近代物理序精选文档.ppt

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1、近代物理序本讲稿第一页，共十三页一、辉煌的物理学大厦16世纪末伽利略开创用科学方法研究物体的运动经开普勒、笛卡儿、惠更斯等人的工作，至1687年牛顿的自然哲学的数学原理问世，牛顿力学体系形成。18世纪以后，力学的发展推广到其它领域。经过达郎贝尔、拉格朗日、哈密顿等努力，至19世纪初，建立分析力学体系。严谨、完备、自洽的力学体系完全形成。普郎克的老师不同意他学物理，认为物理学已经终结。1847年亥姆霍兹论力的守恒：“我们最终发现，所有涉及到的物理学问题都能归结为不变的引力和斥力”、“整个自然界的最终目的溶化在力学之中”。1894年迈克尔逊的演讲指出：“物理学的真理在小数点后第六位以后去寻找。开尔

2、文指出：物理学的大厦已经建成，简直是金碧辉煌，谁想动它的一草一木都非常困难，以后物理学家只能做一点修修补补的工作。本讲稿第二页，共十三页二、世纪之交的三大发现电子及电磁质量的发现1834年法拉第发现了电解当量定律，1874年斯通尼提出“基本电荷”的概念，1890年引入“电子（electron)”一词。1858年普吕克发现阴极射线，人们对其本质争论了二十多年，推动了物理学的发展。1897年J.J汤姆逊对佩兰实验做了改进，研究阴极射线，发现了电子，并测定了电子的荷质比。J.J汤姆逊1856.12.18出生在英国曼彻斯特。1880年毕业与剑桥三一学院，并成为研究生。1883年任该院讲师，第二年接替瑞

3、利任卡文迪许实验室教授。在他的领导下，先后有七位获得诺贝尔奖。并使该实验室成为当时世界上的物理学研究中心。1881年汤姆逊就指出电微粒除力学质量外，还有一个电磁质量。1901年考夫曼实验证实了电磁质量的存在。本讲稿第三页，共十三页X-射线的发现德国维尔兹堡大学校长物理学家伦琴为了探明阴极射线的性质，重复赫兹、勒纳德等人的实验。1895.11.8日晚，为了防止外界对放电管的影响，也不使管内光外泻，用黑纸把管包了起来，却以外发现一米外的荧光屏发光。他断定这是一种新的射线。为了进一步研究新射线的性质，伦琴连续六周吃住在实验室，用各种方法反复进行实验。12月22日伦琴夫人来到实验室，伦琴为其拍下了左手

4、照片1895.12.28日伦琴将论一种新的射线递交给了维尔兹堡物理学医学学会，总结了其部分性质：直线传播、不被棱镜反射和折射、不被磁场偏转、使照相底片感光，能显示盒子里的砝码、猎枪弹膛、人手指骨的轮廓等。1896年元旦伦琴将论文和X射线照片寄出，1月4日在柏林展出，1.5日维也纳新闻报报道，第二天轰动全世界本讲稿第四页，共十三页天然放射性现象的发现贝克勒尔法研究X射线的来源，他选用硫酸钾铀酰做材料。1896.2.24日他向法国科学院报告说：“磷光物质射出能穿透不透光纸的辐射”。贝克勒尔报告后继续实验，正巧一连几个阴雨天，他把铀盐和底片一起放进抽屉。3月1日，他先检查质量冲洗后，底片明显感光。即

5、使照相底片感光的射线与磷光无任何关系，是铀盐发出的射线。此后，又发现只要有铀元素存在，就有这种射线产生。当时叫“贝克勒尔”射线。1897.年9月，玛丽居里用静电计验证了贝克勒尔的发现并进行了精密的测量，发现辐射强度与铀含量成正比。发现钍也具有类似性质，建议用“放射性”来描述。1898年7月，玛丽居里和丈夫皮埃尔居里在异常简陋的棚屋里，用巧妙的分析方法找到比铀放射性强几百倍的钋。同年12月分离出与钡伴存的镭。于1902年3月提炼出0.12克氯化镭，测定镭的原子量为225，其放射性比铀强二百万倍。镭的发现促进了放射性的研究使元素不变观念受到巨大冲击本讲稿第五页，共十三页三、物理学上空的“乌云”19

6、00.4.27开尔文勋爵发表了长篇演说十九世纪热和光的动力理论上空的乌云他认为经典物理学是晴空万里，但却从远处飘来两朵乌云。他说：“动力学理论断言热和光都是运动的方式，这种理论的优美性和明晰性被两朵乌云遮蔽得黯然失色了。1、地球如何通过本质是光以太的弹性固体而运动的呢？2、关于迈克斯韦-玻尔兹曼能量均分的学说。对于第一朵乌云开尔文认为：“无论在实验的设想或实施方面，我无法看出任何缺陷”。“该实验的结果可以保证是可靠的”。他理智的认识到这个问题的重要性和解决这一问题的难度。他认为：“恐怕我们还必须把第一朵乌云看作是很稠密的”对于第二朵乌云，开尔文分析了能量均分原理产生的过程、内容和遇到的困难。他

7、认为，麦克斯韦-玻尔兹曼的学说遇到的困难是不可克服的。本讲稿第六页，共十三页四、经典物理学的危机三大发现和“两朵乌云”都突破了经典物理学的框架，被认为“永恒真理”的经典理论产生了革命性的转变，从而引起了人们自然观的巨大变化，对整个自然科学和哲学都发生了深刻的影响。首先，关于“原子不可分、元素不可变”的观念受到了冲击打开了一个新的研究领域，使人们看到了前所未知的微观世界。其次，物质质量和运动毫无联系的传统观念受到冲击，使人的认识由底速进入到高速运动的领域。（考夫曼的实验证实）第三，“以太漂移”的“零结果”和关于热辐射的探索，使经典理论遇到无法解决的矛盾，引起了人们对经典物理学基础的怀疑。本讲稿第

8、七页，共十三页五、新发现的意义与思想混乱系列新发现的意义 1、破除了物理学已经达到了“绝对真理”的思想，敞开了通往微观高速领域的大门，发现了物理学发展的生长点；2、暴露了经典物理学的局限性，冲击和动摇了一系列基本概念和基本规律，如质量、能量等，揭开物理学革命序幕。3、给当时占统治地位的形而上学机械论以巨大打击，证实和丰富了辨证唯物主义哲学。思想上的混乱洛伦兹用11个假设解释“以太漂移”的零结果，仍不能自圆其说，哀叹道：“在今天，人们提出了与昨天完全相反的主张，就无所谓真理的标准了，我真后悔没有在这些矛盾出现的五年前死去。”路乌尔维格：“原子非物质化了，物质消失了。”“与其说电的理论，不如说是物质的理论，新体系直接用电代替了物质。”本讲稿第八页，共十三页现代宇宙学概述宇宙学原理膨胀的宇宙大爆炸模型天体演化 黑洞本讲稿第九页，共十三页宇宙学原理牛顿万有引力回顾 普适性：无论地上天上都适用。G=6.673（10）10-11 M3/kg s 2开普勒行星三定律轨道定律面积定律周期定律宇宙没有中心,是个向均匀各向同性的同一时刻向任何方向看去,都看到同样的宇宙.本讲稿第十页，共十三页哈勃定律爱因斯坦宇宙模型 .有限无边静态解 .哈勃红移本讲稿第十一页，共十三页大爆炸模型宇宙年龄3k微波背景辐射宇宙形成 氦元素丰度本讲稿第十二页，共十三页天体演化 黑洞本讲稿第十三页，共十三页