大学物理 课件 第13章 近代物理及其应用简介

授课教师XXX第十四章近代物理及其应用简介第一节狭义相对论及其应用简介第二节量子物理及其应用简介第十四章近代物理及其应用简介14.1狭义相对论及其应用简介了解狭义相对论的两条基本原理，理解洛伦兹坐标变换。了解狭义相对论时空观的主要观点，理解狭义相对论动力学的几个重要结论。了解狭义相对论的实践应用。学

习

要

求情境与问题导航卫星上原子钟的计时与地面时间一样吗？1惯性参考系牛顿力学的困难一、惯性参考系牛顿力学的困难惯性参考系:牛顿运动定律成立的参考系称为惯性参考系．绝对时间:时间均匀流逝,与物质运动无关,所有惯性系有统一的时间.

牛顿力学的相对性原理,在宏观、低速的范围内,是与实验结果相一致的.但在高速运动情况下则不适用.

绝对空间:空间与运动无关,空间绝对静止.空间的度量与惯性系无关,绝对不变．一、惯性参考系牛顿力学的困难

迈克耳孙-莫雷实验否定了“以太”的存在为相对论的提出提供了决定性的实验证据2狭义相对论基本原理洛伦兹变换二、狭义相对论基本原理洛伦兹变换20世纪最伟大的物理学家之一,1905年、1915年先后创立狭义和广义相对论,1905年提出了光量子假设,1921年获得诺贝尔物理学奖,

还在量子理论方面有重要贡献.1.狭义相对论的基本原理二、狭义相对论基本原理洛伦兹变换①相对性原理②

光速不变原理物理定律在所有惯性系中都具有相同的表达形式.

真空中的光速是常量，沿各个方向都等于c

，与光源或观测者的运动状态无关.2.洛伦兹变换二、狭义相对论基本原理洛伦兹变换设时，重合①

洛伦兹坐标变换式经典极限条件下,洛伦兹变换退化为伽利略变换，这表明在低速情况下，经典力学的描述是适用的。2.洛伦兹变换二、狭义相对论基本原理洛伦兹变换设时，重合②

洛伦兹坐标逆变换式3狭义相对论的时空观和动力学基础三、狭义相对论的时空观和动力学基础1.同时的相对性

在一个惯性系中不同地点同时发生的事件在另一个与之作相对运动的惯性系中观察并不是同时发生的。三、狭义相对论的时空观和动力学基础2.时间延缓（动钟变慢）

在相对于事件运动的参考系中，观测事件发生的时间间隔变大了，称为时间延缓或动钟变慢效应。

飞船上的时钟测量到的时间间隔为固有时间∆t'=50s解

地面上的时钟测量的时间隔为三、狭义相对论的时空观和动力学基础三、狭义相对论的时空观和动力学基础3.长度收缩（动尺变短）

相对于细棒运动的坐标系中，测量得到的运动长度要比细棒在相对静止的坐标系中测得的固有长度短一些。

4相对论质量与动量四、相对论质量与动量1.相对论质量静止质量：m02.相对论动量当

时当

时

5相对论能量与质能关系四、相对论能量与质能关系1.相对论动能静止质量：m02.质能关系

静止能量：

物体静止时所具有的能量.3.总能量

相对论能量和质量守恒是一个统一的物理规律.6相对论动量与能量的关系六、相对论动量与能量的关系1.相对论动量和能量之间的关系

光子

例2静止的电子经过106V高压加速后，其质量、速率、动量各为多少？电子的静能为解静止的电子经过高压加速后，其动能为三、狭义相对论的时空观和动力学基础

考虑相对论效应，电子的质量为

电子的动量大小

知识拓展狭义相对论应用1.质能关系，在核能和核武器的发展中起到了关键作用；2.粒子动量、能量和相互作用关系为粒子加速器的设计和高能物理实验的解释提供了支持；3.光速是物质传播的极限速度，在通信技术和光学领域的发展中具有重要影响；4.狭义相对论还是激光技术的发展，以及光学时钟的设计和测量的理论基础。科技与物理卫星导航应用导航卫星向地面接收器发射信号的示意图能源与物理原子核能应用秦山核电基地1.2.狭义相对论基本原理

洛伦兹变换

狭义相对论的时空观和动力学基础

感谢***【查阅资料】通过查阅资料，了解光伏发电的物理原理和我国光伏发电的规模。【作业】PX14-X；14-X第一节狭义相对论及其应用简介第二节量子物理及其应用简介第十四章近代物理及其应用简介14.2量子物理及其应用简介了解黑体的概念，普朗克量子假说及其意义，理解光电效应和康普顿效应的实验规律；知道爱因斯坦光电效应方程、康普顿散射公式。了解波函数及其统计解释；理解不确定关系的物理意义。了解量子物理的实践应用。学

习

要

求情境与问题九章量子计算机采用的是光量子技术。什么是光量子呢？1量子理论的产生一、量子理论的产生1.普朗克量子假设黑体：能吸收所有外来电磁辐射的物体

普朗克量子假设是量子力学的里程碑.

一、量子理论的产生2.光电效应光电效应：物体在光照射下发射电子的现象对某种金属来说，只有入射光的频率大于某一频率

0时，电子才会从金属表面逸出.

0称为截止频率或红限频率,仅与金属的种类相关.只要照射光的频率超过金属的截止频率，即使光的强度非常微弱，金属表面也能在极短的时间内发射出电子.无法用经典电磁理论解释.爱因斯坦提出了光量子(光子)假说

电子的逸出功W：即电子为克服金属表面的束缚力而需要做的功

解三、狭义相对论的时空观和动力学基础

一、量子理论的产生3.康普顿效应4.德布罗意波光子电子

1920年，美国物理学家康普顿在观察X

射线被物质散射时，发现散射线中含有波长发生了变化的成分——散射束中除了有与入射束波长

0相同的射线，还有波长

>

0

的射线.用经典物理学理论无法解释.爱因斯坦的光子理论，从光子与电子碰撞的角度,可解释实验现象

康普顿波长1924年，法国物理学家德布罗意在博士论文《关于量子理论的研究》中提出把粒子性和波动性统一起来。假设：实物粒子具有波粒二象性2量子力学简介二、量子力学简介1925年，奥地利物理学家薛定谔首先提出用物质波的波函数描述微观粒子的运动状态。

自由粒子波函数动量为、能量为的粒子平面简谐波的波函数

或约化普朗克常量物质波也称为概率波

概率密度:t时刻，粒子在空间处单位体积中出现的概率.波函数必须满足单值、有限、连续的条件,且1.波函数1927年，海森伯提出：粒子在某方向上坐标的不确定度与该方向上动量的不确定度乘积必不小于约化普朗克常数除以2，即:

2.不确定关系电子单缝衍射实验验证:缝越窄，电子在底片上的分布范围就越宽。二、量子力学简介

解

二、量子力学简介

电子在任一时刻没有完全确定的位置和速度，故不能看成经典粒子。1926年薛定谔提出了适用于低速情况的物质波函数所满足的方程，即薛定谔方程：3.薛定谔方程二、量子力学简介为粒子的势能如果势能不显含时间，粒子处于定态，定态波函数为：粒子在一维空间运动粒子在空间各点出现的概率密度定态薛定谔方程（不含时的薛定谔方程）薛定谔方程是量子力学中最基本的方程知识拓展量子力学应用1.基于量子物理学的原理，科学家们建立了固体导电理论，并发现了绝缘体、半导体、导体、超导体的微观机制；2.半导体工业，包括电路板、电脑芯片、发光二极管、光伏电池、显示器等，都得益于量子物理的深入研究；3.在医疗领域，医院检查的检查设备，都是基于量子效应实现的；4.基于量子物理学，科学家已经开发出了一系列尖端的观测工具；5.核电站的发电、卫星导航系统、高精度磁测量、光谱检测技术等，都或多或少依赖于对量子现象的理解。科技与物理光电倍增管及应用光电倍增管光电倍增管是一种将极微弱的光信号转化为电信号的真空器件。它能够使进入的微弱光信号增强至原来的100多倍，从而使光信号可以被测量。科技与物理光电倍增管及应用PET系统：其成像探头的关键部件之一就是光电倍增管。以宇宙线观测研究为核心目标的国家重大科技基础设施“拉索”的水切伦科夫探测器阵列中，光电倍增管是接收从宇宙奔腾而来