高二物理競賽緒論 物理學的發(fā)展 課件

物理學的發(fā)展０-1歷史的透視一、17?19世紀——經(jīng)典物理第1次突破：以17世紀牛頓力學的建立為標志建立兩個定律運動定律：在力作用下物體的運動規(guī)律萬有引力定律：物體間相互作用的規(guī)律1687年發(fā)表劃時代著作：《自然哲學的數(shù)學原理》“如果說我看得遠，那是因為我站在巨人的肩上”羅伯特·胡克——英國歷史上第一位職業(yè)科學家萊布尼茲數(shù)學上的爭論第2次突破：以18、19世紀熱力學理論和氣體分子動理論的建立為標志蒸汽機：導致以解決動力機械為主導的第一次工業(yè)革命瓦特1892年研制的蒸汽機車開爾文1824~1907第3次突破：以19世紀法拉第-麥克斯韋電磁場理論的建立為標志電力和無線電通訊：開始工業(yè)電氣化進程，導致第二次工業(yè)革命二、20世紀——近代物理1900年英國物理學家開爾文展望20世紀科學：“在已經(jīng)基本建成的科學大廈中，后輩物理學家只要做一些零碎的修補工作就行了”——黑體熱輻射實驗——邁克耳遜-莫雷實驗“但是，在物理學晴朗天空的遠處,還有兩朵小小的令人不安的烏云”相對論和量子力學引發(fā)物理學的革命風暴相對論量子力學近代物理的理論基礎高新技術——核能、晶體管、激光、大規(guī)模集成電路、計算機等：導致第三次工業(yè)革命物理學進一步發(fā)展：核物理、半導體物理、固體物理、激光物理上海磁懸浮歷史上物理與技術的關系大致有兩種模式:

技術

物理

技術

(以第一次工業(yè)革命為標志)

物理

技術

物理

(以電氣化進程為標志)愛因斯坦受激輻射理論（1917）第一臺激光器誕生（1960）現(xiàn)代光學（物理）（技術）（物理）晶體管誕生（1947）集成電路（1962）大規(guī)模集成電路（70年代后期）量子力學費米-狄拉克統(tǒng)計固體能帶理論（20年代）微結構物理21世紀~x世紀微觀世界兩大疑問宇宙中的兩大疑問①弱相互作用中宇稱不守恒②自由夸克沒有觀測到①暗物質由什么構成?②類星體緣何具有巨大能量？“真空”黑洞？灰洞！§０-2自然界的物理圖象一、物質存在的形態(tài)A實物非凝聚態(tài)液體等離子體凝聚態(tài)固體氣體

自然界由物質組成，一切物質都處于永不停息的運動中物質第五態(tài)：玻色－愛因斯坦凝聚態(tài)(1995年)

1924年，S.N.Bose將光子作為全同粒子推導黑體輻射Planck公式的論文寄給A.Einstein，Einstein將其譯成德文并發(fā)表——玻色-愛因斯坦凝聚(BEC)隨后，Einstein將Bose的結論推廣到有質量的原子系統(tǒng)，并且預言了一個非常吸引人的量子現(xiàn)象：極低溫度下，氣體原子可聚集到同一個量子態(tài)上Ketterle納原子氣中實現(xiàn)的BEC1995年，麻省理工學院的Ketterle和科羅拉多大學的Wieman和Cornell在實驗上實現(xiàn)了BEC——分享2001年度諾貝爾物理學獎KetterleCornellWieman物質第六態(tài)：費米子凝聚態(tài)(2004年)

BEC和費米子凝聚態(tài)都是物質在量子狀態(tài)下的形態(tài)1995年科羅拉多大學的DeborahJin在同事BEC研究基礎上開始費米子凝聚研究Jin的研究小組利用過度冷卻（兩千萬分之一度）的鉀原子實現(xiàn)了費米子凝聚，創(chuàng)造出新的物質形態(tài)B場穩(wěn)恒場電場、磁場物質內(nèi)強作用場、弱作用場引力場運動的場——電磁場(波)二、物質存在的條件時間、空間是物質存在的條件“宇”——空間“宙”——時間四方上下曰宇，古往今來曰宙——《三蒼》物質存在的形態(tài)之B《淮南子·原道訓》注1.時間宇宙年齡：約10171018s

時間測量跨越1042-43量級粒子最短壽命：約10－25s2.空間宇宙線度：約1026m(200億l.y)層子(夸克

guark)：約10－20m空間測量跨越1046量級無盡的過去與無盡的未來宇宙大爆炸說1946年伽莫夫提出大爆炸學說：180(150)億年前密度極高的宇宙大爆炸宇宙膨脹溫度下降

出現(xiàn)質子、中子、電子、光子、星系、生命等三、物質基本屬性之一——質量質量內(nèi)涵慣性的大小引力的大小能量的多少質量分類動質量——物體的質量與運動有關靜質量——物體靜止時的質量四、物質間的相互作用——自然力物質的基本屬性之一1.四種相互作用的自然力(2)弱作用：引起粒子間的某些過程，如：衰變(短程：約10－18m)(1)強作用：原子核結合力，它使原子核牢固地保持為一個整體(短程：約10－15m)β衰變中放出電子和中微子之間只有弱力作用強度是強相互作用力的1/1013弱作用β衰變過程中，原子核內(nèi)中子衰變成質子而失去的能量。然而，實驗結果表明，電子所帶走的能量，總比原子核應該放出的能量少得多。大膽的青年物理學家泡利，于1933年提出了一個嶄新的理論：在微觀世界，確實存在著一個“竊能賊”，把原子核內(nèi)釋放的一部分能量偷走了。它可能不帶電，質量也非常小，同周圍的相互作用力很弱，所以就不知不覺地從測量儀器下溜走了---“中微子。費米利用“中微子”的假設，提出核衰變過程(3)電磁作用：發(fā)生在電荷間(電作用)、運動電荷間(磁作用)的相互作用(長程作用)(4)引力作用：物體間表現(xiàn)出的固有的相互作用(長程作用)——最弱的一種宏觀物體間所能觀測的是電磁和引力作用強相互作用的1/1038-42,強相互作用的1/137,各力的作用