高二物理能量量子化省公開課一等獎全國示范課微課金獎課件

經(jīng)典和近代物理學史

——兼談諾貝爾物理學獎和一些技術第1頁歷史回顧一、經(jīng)典物理學成就和基本觀念二、當代物理學革命序幕三、相對論建立四、量子論早期發(fā)展與量子力學建立五、原子結構理論發(fā)展六、原子核物理建立與發(fā)展七、傳感及測量技術第2頁歷史回顧（I）1900年普朗克量子論1905年愛因斯坦相對論開辟了當代物理學新紀元研究范圍在空間尺度上從亞核世界到整個字宙，在時間尺度上從小于10-21秒到宇宙年紀第3頁歷史回顧（II）—百多年前創(chuàng)建麥克斯韋電磁場理論為無線電、電視、雷達技術創(chuàng)造和龐大工業(yè)電力網(wǎng)絡以及當代通汛系統(tǒng)建立奠定了理淪基礎拉姆（美國）創(chuàng)造了微波技術，進而研究氫原子精細結構；庫什（美國）用射頻束技術準確地測定出電子磁矩，創(chuàng)新了核理論，共同取得了1955年諾貝爾物理學獎微波試驗基本知識和試驗4-1反射式速調管特征和波導工作狀態(tài)測量第4頁歷史回顧（III）

磁光效應指是含有固有磁矩物質在外磁場作用下，電磁特征發(fā)生改變，因而使光波在其內部傳輸特征也發(fā)生改變現(xiàn)象。1845年，MichaelFaraday首先發(fā)覺了磁光效應，他發(fā)覺當外加磁場加在玻璃樣品上時，透射光偏振面將發(fā)生旋轉第5頁歷史回顧（IV）1877年JohnKerr在觀察偏振光從拋光過電磁鐵磁極反射出來時，發(fā)覺了磁光克爾效應（magneto-opticKerreffect）試驗2-3法拉第效應試驗2-4磁光克爾效應第6頁歷史回顧（V）本世紀20年代創(chuàng)建量子力學理論為描述微觀物體行為提供了一個全新框架，改變了我們最基本測量原理，并為了解原子、分子和凝聚態(tài)物質結構鋪平了道路。因而造成了諸如半導體、光通訊等新興技術崛起，并為研制奇異材料和激光器件開辟了道路第7頁歷史回顧（VI）1947年肖克萊、巴丁和布喇頓所發(fā)覺晶體管效應揭開了今天發(fā)生在我們周圍計算機革命序幕。沒有些人能夠知道這場革命最終將會怎樣改變我們生活和人類社會，不過它所顯露出信息社會近期前景巳十分誘人肖克利、巴丁、布拉頓因創(chuàng)造晶體管及對晶體管效應研究共同取得了1956年諾貝爾物理學獎計算機基本技術，計算機仿真技術，計算機數(shù)值計算技術第8頁歷史回顧（VII）試驗5-4計算機系統(tǒng)結構原理及組裝調試試驗試驗5-1計算機虛擬仿真物理試驗試驗5-2計算機數(shù)值模擬試驗（混沌系統(tǒng)模型一個例子）第9頁一、經(jīng)典物理學成就和基本觀念（一）經(jīng)典力學和機械決定論（二）熱力學與能量和熵（三）經(jīng)典電動力學和“以太”說（四）經(jīng)典物理學完成和局限第10頁由伽利略(1564—1642)和牛頓(1642—1727)等人于17世紀創(chuàng)建經(jīng)典物理學，經(jīng)過18世紀在各個基礎部門拓展到19世紀得到了全方面、系統(tǒng)和快速發(fā)展到達了它輝煌頂峰。到19世紀末，已建成了一個包含力、熱、聲、光、電諸學科在內、宏偉完整理論體系。尤其是它三大支柱——經(jīng)典力學、經(jīng)典電動力學、經(jīng)典熱力學和統(tǒng)計力學——已臻于成熟和完善，不但在理論表述和結構上已十分嚴謹和完美，而且它們所蘊涵十分明晰和深刻物理學基本觀念，對人類科學認識也產生了深遠影響第11頁（一）經(jīng)典力學和機械決定論由牛頓把它概括在一個嚴密統(tǒng)一理論中，實現(xiàn)了近代物理學發(fā)展史上第一次理論大綜合。在l687年出版《自然哲學數(shù)學原理》中，牛頓提出了動力學三個基本原理和萬有引力定律。利用變分法數(shù)學方法和“最小作用量原理”物理學基礎建立起了和牛頓動力學方程等價歐拉—拉格朗日方程，并最終于1834年由英國哈密頓(1805—1865)提出了哈密頓原理和正則方程，建立了“分析力學”理論，實現(xiàn)了牛頓后力學理論一個最大飛躍第12頁

（二）熱力學與能量和熵能量守恒原理建立，使物理學思想和理論結構取得了輝煌進展是19世紀自然科學上一個偉大勝利也是近代物理學發(fā)展中第二次理論大綜合熵原理發(fā)覺，實際上把演化思想帶進了物理學，指出了自然過程不可逆性和歷史性第13頁在經(jīng)典力學和電磁場理論中，基本物理定律中時間都是對稱、可逆，它們基本方程對時間反演都是含有對稱性，運動對于過去和未來沒有本質區(qū)分，時間在那里僅僅是從外部描述運動一個參量，它改變對運動性質并無影響。因而時間箭頭在那里沒有實質性意義第14頁“統(tǒng)計力學”這個名稱是1884年由美國物理學家吉布斯(1839一1903)首先提出。吉布斯在麥克斯韋和玻耳茲曼思想基礎上，明確形成了“系綜”概念，創(chuàng)建了系綜統(tǒng)計方法。從而將熱學唯象和分子運動論兩個基本研究方向統(tǒng)一到一個有機整體之中，完成了統(tǒng)計力學這個經(jīng)典物理學又一次理論大綜合第15頁（三）經(jīng)典電動力學和“以太”說1862年，麥克斯韋引入了一個電磁以太準力學模型和“位移電流”假設，1864年提出了電動力學方程組，預言了電磁波存在，井揭示了光電磁波動本性。麥克斯韋方案使媒遞接觸觀念得以完全實現(xiàn)，并使電磁學理論全部物理基礎得以奠定，成為近代物理學發(fā)展中第三次理論大綜合第16頁

（四）經(jīng)典物理學完成和局限大約到了1895年前后，以經(jīng)典力學、經(jīng)典熱力學和統(tǒng)計力學、經(jīng)典電動力學為三大支柱經(jīng)典物理學，結合成一座含有雄偉建筑體系和感人心弦“漂亮殿堂”，到達了它顛峰時期第17頁在力學方面，與機械觀相聯(lián)絡絕對時間、絕對空間概念以及關于質量定義，都已受到普遍批評，牛頓對于引力本責問題也采取了回避態(tài)度。而牛頓力學理論框架實際上必定要把引力看作是一個瞬時傳遞超距作用，這與19世紀發(fā)展起來場物理學是根本對立第18頁在熱學方面，熵增加原理揭示與熱現(xiàn)象相關自然過程不可逆性，反應出熱力學原理與經(jīng)典力學和經(jīng)典電動力學原理之間深刻內在矛盾，而統(tǒng)計力學中引入概率統(tǒng)計思想以及熱力學規(guī)律統(tǒng)計性質，已使經(jīng)典力學嚴格確定性出現(xiàn)了缺口第19頁在光學和電磁學方面，作為光波與電磁波傳輸媒介“以太”，其令人難以了解特殊性質以及關于它存在檢測，都使科學家們費盡心血而一籌莫展。依據(jù)電磁學理論，可用空間坐標連續(xù)函數(shù)描寫場，是含有能量不能再簡化物理實在，這又與經(jīng)典力學把運動質點看作能量唯一裁體觀點嚴重背離第20頁二、當代物理學革命序幕（一）19世紀末三大發(fā)覺

1．X射線發(fā)覺

2．放射性發(fā)覺

3．電子發(fā)覺（二）經(jīng)典物理學兩朵烏云

1．第一朵烏云“以太”學說

2．第二朵烏云“紫外災難”第21頁（一）19世紀末三大發(fā)覺第22頁倫琴（WillhelmKonradRotgen,1845---1923)

1901年，首屆諾貝爾物理學獎授予德國物理學家倫琴以表彰他在1895年發(fā)覺X射線。第23頁1．X射線發(fā)覺1895年11月倫琴發(fā)覺X射線，一個含有強穿透力新射線，它是由陰極射線打到玻璃管壁上所產生；它能夠穿透厚達一千頁書、幾厘米厚木板、15毫米厚鋁片，并可用攝影方法透過人體顯示骨骼輪廓和金屬物體內部缺點倫琴因為這一發(fā)覺，理所當然地取得了1901年首屆諾貝爾物理學獎第24頁勞厄(MaxvonLaue,1879-1960)

1914年諾貝爾物理學獎授予德國法蘭克福大學勞厄以表彰他發(fā)覺了晶體X射線衍射。第25頁亨利·布拉格勞倫斯·布拉格(WilliamHenryBragg,1862-1942)（WilliamLawrenceBragg,1890-1971）

1915年諾貝爾物理學獎授予英國倫敦大學亨利.布拉格和他兒子英國曼徹斯特維克托利亞大學勞倫斯.布拉格以表彰他們用X射線對晶體結構分析所作貢獻。第26頁1912年，德國物理學家勞厄才從晶體衍射新發(fā)覺判定X射線是頻率極高電磁波。很快以后，莫塞萊證實它是由原子中內層電子躍遷所發(fā)出輻射勞厄（德國）發(fā)覺晶體中X射線衍射現(xiàn)象取得了1914年諾貝爾物理學獎W·H·布拉格、W·L·布拉格（英國）因用X射線對晶體結構研究共同取得了1915年諾貝爾物理學獎試驗4-2微波布拉格衍射第27頁

貝克勒爾（AntoineHenriBecquerel,1852-1908）

1903年諾貝爾物理學獎二分之一授予法國物理學家亨利·貝克勒爾以表彰他發(fā)覺了自發(fā)放射性；另二分之一授予法國物理學家皮埃爾·居里（PierreCurie,1859-1906）和瑪麗·斯可羅夫斯卡·居里（MarieSklodowska,1867-1934）,以表彰他們對貝克勒爾發(fā)覺輻射現(xiàn)象所作卓越貢獻。居里夫婦第28頁2．放射性發(fā)覺貝可勒爾發(fā)覺底片上有鈾鹽包清楚廓影。貝可勒爾推想，感光必定是因為鈾鹽本身發(fā)出某種神秘射線所致，試驗證實，輻射只與鈾元素存在相關，而且純金屬鈾輻射比鈾化合物強許多倍，鈾輻射不但能使底片感光，還能使氣體電離變成導體波蘭出生物理學家瑪麗·居里當初選擇了放射性物質作為她博士論文題目第29頁她首先證實了鈾輻射強度同鈾數(shù)量成正比，而同其化學形式無關，隨即，她和德國施米特同時發(fā)覺了釷也含有這種性質，她提議把物質這種性質稱為“放射性”，以區(qū)分于普通射線。以后釙和鐳發(fā)覺，動搖了長久以來科學家們所信守基本理論。居里夫婦和貝可勒爾共同取得了1903年諾貝爾物理學獎第30頁元素衰變理論是一個革命性理論，它打破了自古以來一直認為原子永遠不能破壞和毀滅傳統(tǒng)觀念，證實一個元素原子能夠變成另一個元素原子。這個理論即使受到了門捷列夫和開爾文等科學泰斗激烈反對，但終因試驗事實不停證實而得到科學界認可試驗5-3蓋革—彌勒計數(shù)器特征和放射性核衰變統(tǒng)計規(guī)律模擬試驗（碳14）第31頁J.J.湯姆孫爵士（SirJosephThomon,1856-1940）

1906年諾貝爾物理學獎授予英國劍橋大學J.J.湯姆孫爵士以表彰他對氣體導電理論和試驗所作貢獻。第32頁3．電子發(fā)覺英國物理學家J.J.湯姆遜支持帶電微粒說。于1897年對陰極射線進行了周密試驗考查。用磁場使陰極射線發(fā)生偏轉而進入法拉第筒，證實負電荷確實來自陰極射線。他經(jīng)過陰極射線在電場和磁場中分別發(fā)生偏轉時偏轉量測定，計算出了陰極射線荷質比和速度，發(fā)覺其荷質比數(shù)值大約是氫離子千分之一，而其速度大約在109厘米/秒數(shù)量級第33頁約瑟夫·湯姆生（J.J.湯姆遜）（英國）對氣體放電理論和試驗研究作出主要貢獻并發(fā)覺電子而取得了1906年諾貝爾物理學獎第34頁（二）經(jīng)典物理學兩朵烏云1900年4月27日，開爾文在英國皇家學會以《19世紀熱和光動力理論上空烏云》為題所作長篇演講中，即使認為物理學是萬里晴空，但又說：“動力學理論斷言熱和光都是運動方式，可是現(xiàn)在，這種理論優(yōu)美性和明晰性被兩朵烏云遮蔽得黯然失色了。第35頁第一朵烏云是伴隨光波動理論而開始出現(xiàn)。菲涅耳和托馬斯·楊研究過這個理論，它包含這么一個問題：地球怎樣經(jīng)過本質上是光以太這么彈性固體而運動呢？第二朵烏云是麥克斯韋－玻耳茲曼關于能量均分學說?！边@兩朵烏云包括到兩方面試驗發(fā)覺與力學、電磁學、氣體分子運動論理論困難第36頁1．第一朵烏云“以太”學說相對性原理是經(jīng)典力學一個最基本原理，這個原理認為，絕對靜止和絕對勻速運動都是不存在，一切可測量、因而也是有物理意義運動，都是相對于某一參考物相對運動。牛頓本人也充分意識到了確定“絕對運動”困難，最終只能以臆測性“絕對空間”存在作為避難所第37頁麥克斯韋電磁場理論取得成功之后，電磁波載體以太，就成了物化絕對空間，靜止于宇宙中以太就組成了一切物體“絕對運動”背景框架。既然以太也是一個物質存在，或者說它表征著物化了絕對空間，當然就能夠經(jīng)過精密試驗測出物體相對于以太背景絕對運動第38頁美國物理學家邁克爾遜（1852－1931）在1881年，他和莫雷（1838－1923）在1887年利用干涉儀所進行精密光學試驗，都未能觀察到所預期以太相對于地球運動第39頁第二朵烏云“紫外災難”第二朵烏云包括是經(jīng)典物理學另一分支，熱力學和分子運動論中一個主要問題。開爾文明確提到是“麥克斯韋－玻耳茲曼關于能量均分學說”。實際上是指19世紀末關于黑體輻射研究中所碰到嚴重困難第40頁為了解釋黑體輻射試驗結果，物理學家瑞利和金斯認為能量是一個連續(xù)改變物理量，建立起在波長比較長、溫度比較高時候和試驗事實比較符合黑體輻射公式。不過，這個公式推出，在短波區(qū)（紫外光區(qū)）伴隨波長變短，輻射強度能夠無止境地增加，這和試驗數(shù)據(jù)相差十萬八千里，是根本不可能。所以這個失敗被埃倫菲斯特稱為“紫外災難”第41頁20世紀初這兩朵烏云最終造成了物理學一場大變革。第一朵烏云“以太”學說造成了相對論誕生。第二朵烏云“紫外災難”造成了量子力學產生。所以也能夠說，對這兩朵“烏云”研究就標志著當代物理時代到來第42頁三、相對論建立（一）狹義相對論建立

1．以太漂移試驗與收縮假說

2．洛侖茲變換

3．彭加勒相對性原理

4．狹義相對論基本原理提出

5．閔科夫斯基4維世界

（二）廣義相對論建立第43頁（一）狹義相對論建立第44頁1．以太漂移試驗與收縮假說自從19世紀初，光波動說復活以來，關于傳光媒質，一直是一個爭論話題。人們認為光波動必須有一個載體，它就是“以太”。關于以太存在形式在當初有兩種不一樣觀點，以菲涅耳為代表一派認為以太是靜止，以斯托克斯為代表一派認為以太是能夠被部分曳引第45頁假如靜止以太說是正確，在地球高速運動時，應存在著“以太風”。多年來，人們做了一系列光學與電學以太漂移試驗，企圖測量地球在靜止以太中相對運動，它們均給出了否定結果。其中最著名試驗是由邁克爾遜和莫雷完成第46頁邁克耳孫（AlbertAbrhamMichelson,1852-1931）

1907年諾貝爾物理學獎授予芝加哥大學邁克耳孫以表彰他對光學精密儀器及用之于光譜學與計量學研究所作貢獻。第47頁邁克爾遜在光速測量方面一直享受國際上盛譽邁克爾遜因為光學精密儀器以及光譜學與計量學研究結果而取得了1907年諾貝爾物理學獎試驗2-2光拍法測量光速度第48頁2．洛侖茲變換1895年，洛侖茲發(fā)表了題為《運動物體中電磁現(xiàn)象和光現(xiàn)象理論研究》論文。這篇論文討論了在相對運動與相對靜止參考系間，同一物理現(xiàn)象間坐標變換問題，在一級近似下，提出了洛侖茲變換關系。這一工作對以后狹義相對論理論體系有著主要意義第49頁1905年5月，洛侖茲完成了《速度小于光速系統(tǒng)中電磁現(xiàn)象》論文。在這篇論文中，他發(fā)表了著名時空相對論變換公式，這就是以后所稱洛侖茲變換式，而且深入證實了，在洛侖茲變換下，電磁方程含有不變形式。在這篇論文中，他還給出了兩點極為主要給論，一個是粒子質量隨速度改變公式，一個是粒子在以太中運動速度不可能大于光速第50頁3．彭加勒相對性原理在物理學這場變革中，彭加勒在物理學幾個領域中都做出了主要貢獻。其中著名有彭加勒相對性原理建立。1895年，彭加勒首次提出了相對性原理想法。他認為，各種試驗事實結論都能夠表明，“要證實物質絕對運動，或者更確切地說，要證實可稱量物質相對以太運動是不可能。”第51頁4．狹義相對論基本原理提出在狹義相對論中，愛因斯坦成功地把時間與空間、物質與運動、質量與能量、多普勒效應與光行差效應、電場與磁場分別統(tǒng)一起來了，直至把經(jīng)典力學與經(jīng)典電動力學統(tǒng)一起來，使物理學在拋棄舊力學理論框架后，得以在新理論體系中繼續(xù)發(fā)展第52頁5．閔科夫斯基4維世界閔科夫斯基以優(yōu)美數(shù)學形式，揭示了3維空間與1維時間內在聯(lián)絡。在他所提供4維空間中，不但全部力學與電動力學概念及主要規(guī)律得以深入地簡化與統(tǒng)一，它們被自然與友好地納入到相對論理論之中第53頁

（二）廣義相對論建立按狹義相對性原理，因為在洛侖茲變換下，許多物理定律都含有協(xié)變形式，相對各物理定律而言。各個慣性系都應彼此等效。狹義相對論在說明慣性運動相對性上取得了極大成功，它卻存在顯著缺點。首先是慣性系是什么？怎樣確定物體在做慣性運動。最終又回到了"不動絕對空間"第54頁四、量子論早期發(fā)展與量子力學建立（一）量子論早期發(fā)展

1．黑體輻射研究

2．普朗克“量子”假說

3．光量子假說（二）量子力學理論建立

1．德布羅意波

2．薛定諤波動力學

3．海森伯矩陣力學

4．量子力學萬本哈根學派詮釋第55頁1．黑體輻射研究1879年德國物理學家斯特藩從試驗結果中得出了黑體單位表面積單位時間熱輻射總能量與絕對溫度四次方成正比定律，這個結果在1884年被玻耳茲曼從光電磁理論和熱力學理論做出了論證。這就是斯特藩-玻耳茲曼定律第56頁維恩(WilhelmWien,1864-1928)1911年諾貝爾物理學獎授予德國烏爾茲堡大學維恩以表彰他發(fā)覺了熱輻射定律。第57頁1893年維恩也由電磁學和熱力學理論得出了輻射能量最強波長與黑體溫度成反比“位移定律”，但這兩個定律都不能詳細反應輻射能量隨頻率和溫度分布情況，只能在一定范圍和條件下與試驗曲線相吻合。維恩因為在黑體輻射方面研究結果取得了1911年諾貝爾物理學獎第58頁普郎克（MaxKarlErnstLudwigPlank,1858-1947）

1918年諾貝爾物理學獎授予德國柏林大學普郎克以認可他發(fā)覺能量級對物理學進展所作貢獻。第59頁2．普朗克“量子”假說1900年，對熱力學有長久研究德國物理學家普朗克綜合了維恩公式和瑞利-金斯公式，利用內插法，引入了一個自己常數(shù)，結果得到一個公式，而這個公式與試驗結果準確相符，它就是普朗克公式，即普朗克輻射定律第60頁普朗克能量子假說：輻射黑體分子、原子振動可看作諧振子，這些諧振子能夠發(fā)射和吸收輻射能。不過這些諧振子只能處于一些分立狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，諧振子能量并不像經(jīng)典物理學所允許可含有任意值。對應能量是某一最小能量（稱為能量子）整數(shù)倍第61頁能量子概念是非常新奇，它沖破了傳統(tǒng)概念，揭示了微觀世界中一個主要規(guī)律，開創(chuàng)了物理學一個全新領域。因為普朗克發(fā)覺了能量子，對建立量子理論做出了卓越貢獻，取得了1918年諾貝爾物理學獎第62頁普朗克關于能量只能以“能量子”為最小單元作不連續(xù)改變假設，沖擊了經(jīng)典物理學長久信仰“自然界無跳躍”信條，徹底變革了經(jīng)典物理學中一切因果關系都是以物理量連續(xù)改變?yōu)榛A物理學思想方法第63頁愛因斯坦(AllbertEinstein,1879-1955)

1921年諾貝爾物理學獎授予德國柏林馬克斯·普朗克物理研究所愛因斯坦以表彰他在理論物理學上發(fā)覺,尤其是發(fā)覺了光電效應定律.第64頁3．光量子假說1905年6月，愛因斯坦在德國《物理學紀事》上發(fā)表《關于光產生和轉化一個啟發(fā)性觀點》，為研究輻射問題帶來了一個嶄新觀點。他認為，在普朗克理論中，只考慮了腔壁上振子能量量子化，但對空腔內電磁輻射處理，還是用麥克斯韋電磁波動理論，這種觀點是不徹底。在愛因斯坦看來，電磁場能量本身也是量子化，輻射場不是連續(xù)，而是由分立能量子組成。他把這種能量子稱為“光量子”。以后美國物理學家路易斯把它改稱為“光子”第65頁愛因斯坦研究了用光能量連續(xù)分布理論難以解釋光電效應現(xiàn)象因為愛因斯坦在數(shù)學物理學成就，尤其是光電效應定律發(fā)覺取得了1921年諾貝爾物理學獎第66頁（二）量子力學理論建立第67頁路易斯.德布羅意(PrinceLouis-victordeBroglie,1892-1987)1929年諾貝爾物理學獎授予法國巴黎索本大學路易斯.德布羅意以表彰他發(fā)覺了電子波動性.第68頁1．德布羅意波1923年9月至10月間，德布羅意在連續(xù)發(fā)表了三篇論文《輻射―波和量子》、《光學－光量子、衍射和干涉》、《物理學－量子、氣體運動理論以及費馬原理》。在這幾篇短文中，提出了“德布羅意波”思想。1824年，德布羅在《量子理論研究》博士論文中，系統(tǒng)地闡述了他在前幾篇文章中提出相波理論第69頁他因為發(fā)覺了電子波動性而取得了1929年諾貝爾物理學獎，他也是唯一一個因博士論文而取得諾貝爾物理學獎人（以前觀點）第70頁五、原子結構理論發(fā)展1．原子有核模型建立2．玻爾原子結構量子理論3．玻爾理論推廣第71頁尼爾斯·玻爾（NielsBohr,1885-1962）

1922年諾貝爾物理學獎授予丹麥哥本哈根尼爾斯·玻爾以表彰他在研究原子結構,尤其是研究從原子發(fā)出輻射所作貢獻。第72頁1．原子有核模型建立1909年，盧瑟福助手蓋革，學生馬斯登從粒子被很薄金箔散射試驗中，觀察到了一個出人意料現(xiàn)象：大約有八千分之一粒子偏轉角度超出90度，有甚至被反彈回來。粒子散射試驗意外結果，為建立正確原子有核棋型據(jù)供了科學依據(jù)第73頁2．玻爾原子結構量子理論1913年玻爾提出原子結構理論，是量子論發(fā)展史上一個主要階段。在此之前，量子論主要被用于與輻射相關問題，玻爾理論卻表明在描述原子結構和運動規(guī)律中，作用量子也含有本質意義。他希望把量子概念與盧瑟福原子模型結合起來，以處理原子結構穩(wěn)定性問題第74頁玻爾理論提出了一個動態(tài)原于結構輪廓，揭示了光譜線與原子結構內在聯(lián)絡，從而推進了物質結構理論發(fā)展。玻爾因為這一出色工作，取得了1922年諾貝爾物理學獎試驗5-1計算機虛擬仿真物理試驗（前面已提到）試驗5-1附1氫氘原子光譜試驗5-1附2阿貝比長儀和氫氘原子光譜測量操作指南第75頁弗蘭克G.赫茲(JamesFranck,1882-1964)(GustavHertz,1887-1975)

1925年諾貝爾物理學獎授予德國格丁根大學弗蘭克和哈雷大學G.赫茲以表彰他們發(fā)覺原子受電子碰撞定律.第76頁弗蘭克和赫茲（德國）發(fā)覺原子和電子碰撞規(guī)律共同取得了1925年諾貝爾物理學獎試驗1-2夫蘭克—赫茲試驗第77頁洛倫茲塞曼（HendrikLorentz，1853-1928）（PieterZeeman，1865-1943）

1902年諾貝爾物理學獎授予荷蘭萊頓大學洛倫茲和荷蘭阿姆斯特丹大學塞曼,以表彰他們在研究磁性對輻射現(xiàn)象影響所作特殊貢獻。第78頁3．玻爾理論推廣索末菲在1916年把普通量子化條件推廣到四個自由度，即主量子數(shù)，軌道量子數(shù)，磁量子數(shù)和電子自旋量子數(shù)，很好解釋了塞曼效應和堿金屬光譜根本系，漫線系，銳線系等現(xiàn)象洛倫茲（荷蘭）和塞曼（荷蘭）關于磁場對輻射現(xiàn)象影響研究共同取得了1902年諾貝爾物理學獎第79頁試驗1-1鈉原子光譜試驗1-3塞曼效應第80頁六、原子核物理建立與發(fā)展（一）原子核結構早期探索1．質子－電子核模型2．中子發(fā)覺3．核磁矩發(fā)覺（二）粒子加速器創(chuàng)建與發(fā)展（三）核裂變研究（四）原子能應用第81頁（一）原子核結構早期探索第82頁1．質子－電子核模型十九世紀20年代末到30年代初，人們認識到基本粒子僅限于質子、電子和光子。并普遍認為，一切物質都是由電子和質子組成第83頁查德威克(SirJamesChadwick,1891-1974)1935年諾貝爾物理學獎授予英國利物浦查德威克以表彰他發(fā)覺了中子。第84頁2．中子發(fā)覺1932年，查德威克用一個射線（中子束）轟擊氫原子核時，發(fā)覺它被反彈了回來，說明這種射線是含有一定質量中性粒子流。經(jīng)過對反沖核動量測定結果，再利用動量守恒定律進行估算，確定出這種射線中性粒子質量幾乎與質子相同，查德威克把這種粒子定名為中子。于1932年在《自然》雜志上發(fā)表了《中子可能存在》論文第85頁查德威克發(fā)覺中子，不但改變了當初人們對物質結構認識，同時還為研究和變革原子核提供了一個有力伎倆，這促進了核裂變工作發(fā)展以及原子能利用。因為這一主要發(fā)覺，查德威克取得了1935年諾貝爾物理學獎第86頁3．核磁矩發(fā)覺在第七屆索爾維會議上，漢堡大學斯特恩、依斯特曼、弗里施介紹了他們用氫分子束斯特恩－革拉赫試驗成功測定了氫核磁矩第87頁布洛赫珀塞爾(FelixBloch,1905-1983)(EdwardPurcell,1912-1997)1952年諾貝爾物理學獎授予美國加利福尼亞斯坦福大學布洛赫和美國馬薩諸塞州坎伯利基哈佛大學珀塞爾以表彰他們發(fā)覺了核磁精密測量新方法及由此所作發(fā)覺。第88頁由布洛赫和珀塞爾所創(chuàng)建核磁共振技術發(fā)展非?？焖?。先后有80各種樣品核磁矩都由這種方法測出。核磁共振方法在核物理研究、有機化合物判定、未知化合物結構測定、動物和人體組織檢測等方而都有主要應用。核磁共振已成為波譜學一個主要分支。因為布洛赫與泊塞爾所發(fā)覺核磁共振法，他們共同分享了1952年諾貝爾物理學獎第89頁波譜學試驗基本知識試驗3-1核磁共振試驗3-2電子自旋共振試驗3-3光泵磁共振試驗3-4鐵磁共振第90頁七、傳感及測量技術傳感器（Sensor,Transducer）是完成信息拾取、傳輸和轉換器件。光纖傳感器（Opticalfibersensor）則是以光纖為功效材料傳感器。經(jīng)典傳感器是將非電量轉換為電量，而光纖傳感器則是將非光量轉換為光量。光纖傳感器與經(jīng)典傳感器區(qū)分是，光纖傳感器以光作為感知信息載體，而不是電；采取光纖傳送信息，而不是導線。光纖傳感含有靈敏度高、抗電磁干擾以及耐腐蝕防燃等特點試驗2-5光纖光柵傳感試驗第91頁光子計數(shù)也就是光電子計數(shù)，是微弱光（低于10-14W）信號探測中一個新技術。它能夠探測弱到光能量以單光子抵達時能量。當前已被廣泛應用于喇曼散射探測、醫(yī)學、生物學、物理學等許多領域里微弱光現(xiàn)象研究試驗2-6單光子計數(shù)試驗第92頁橢圓偏振測量（橢偏術）是研究兩媒介間界面、表面或薄膜中光學性質改變一個光學方法，其原理是利用偏振光束在界面或薄膜上反射或透射時出現(xiàn)偏振變換。在各種已經(jīng)有測定薄膜厚度方法中，如干涉法等，橢偏法是能測量厚度最薄和測量精度最高一個，而且測量是非破壞性，并能在一次測量中同時測定膜厚及折射率試驗2-1用橢圓偏振儀測透明介質薄膜折射率和膜厚第93頁太陽電池，也稱為光伏電池，是將太陽光輻射能直接轉換為電能器件。由這種器件封裝成太陽電池組件，再按需要將一塊以上組件組合成一定功率太陽電池方陣，經(jīng)與儲能裝置、測量控制裝置及直流-交流變換裝置等相配套，即組成太陽電池發(fā)電系統(tǒng)