经典和近代物理学史演示文稿优秀PPT.ppt

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1、经典和近代物理学史演示文稿你现在浏览的是第1页，共85页由伽利略由伽利略(15641642)和牛顿和牛顿(16421727)等人等人于于17世纪创立的经典物理学，经过世纪创立的经典物理学，经过18世纪在各个世纪在各个基础部门的拓展到基础部门的拓展到19世纪得到了全面、系统和迅世纪得到了全面、系统和迅速的发展达到了它辉煌的顶峰。到速的发展达到了它辉煌的顶峰。到19世纪末，已世纪末，已建成了一个包括力、热、声、光、电诸学科在内建成了一个包括力、热、声、光、电诸学科在内的、宏伟完整的理论体系。特别是它的三大支柱的、宏伟完整的理论体系。特别是它的三大支柱经典力学、经典电动力学、经典热力学和统计经典力学

2、、经典电动力学、经典热力学和统计力学力学已臻于成熟和完善，不仅在理论的表述和已臻于成熟和完善，不仅在理论的表述和结构上已十分严谨和完美，而且它们所蕴涵的十分结构上已十分严谨和完美，而且它们所蕴涵的十分明晰和深刻的物理学基本观念，对人类的科学认识明晰和深刻的物理学基本观念，对人类的科学认识也产生了深远的影响。也产生了深远的影响。你现在浏览的是第2页，共85页（一）经典力学和机械决定论（一）经典力学和机械决定论由牛顿把它概括在一个严密的统一理论中，实现了由牛顿把它概括在一个严密的统一理论中，实现了近代物理学发展史上第一次理论大综合。在近代物理学发展史上第一次理论大综合。在l687年年出版的自然哲学

3、的数学原理中，牛顿提出了出版的自然哲学的数学原理中，牛顿提出了动动力学的三个基本原理和万有引力定律力学的三个基本原理和万有引力定律。利用变分法的。利用变分法的数学方法和数学方法和“最小作用量原理最小作用量原理”的物理学基础建立的物理学基础建立起了和牛顿动力学方程等价的起了和牛顿动力学方程等价的欧拉欧拉拉格朗日方程拉格朗日方程，并最终于并最终于1834年由英国的哈密顿年由英国的哈密顿(18051865)提出提出了了哈密顿原理和正则方程哈密顿原理和正则方程，建立了，建立了“分析力学分析力学”理论，理论，实现了牛顿后力学理论的一个最大的飞跃。实现了牛顿后力学理论的一个最大的飞跃。你现在浏览的是第3页

4、，共85页（二）热力学与能量和熵（二）热力学与能量和熵能量守恒原理能量守恒原理的建立，使物理学思想和的建立，使物理学思想和理论结构获得了辉煌的进展是理论结构获得了辉煌的进展是19世纪自世纪自然科学上的一个伟大胜利也是近代物理然科学上的一个伟大胜利也是近代物理学发展中的第二次理论大综合学发展中的第二次理论大综合熵原理的发现，实际上把演化的思想带熵原理的发现，实际上把演化的思想带进了物理学，指出了进了物理学，指出了自然过程的不可逆自然过程的不可逆性和历史性性和历史性你现在浏览的是第4页，共85页在在经典力学和电磁场理论经典力学和电磁场理论中，基本物理中，基本物理定律中的时间都是对称的、可逆的，它定

5、律中的时间都是对称的、可逆的，它们的基本方程对时间反演都是具有对称们的基本方程对时间反演都是具有对称性的，运动对于过去和未来没有本质的性的，运动对于过去和未来没有本质的区别，时间在那里仅仅是从外部描述运区别，时间在那里仅仅是从外部描述运动的一个参量，它的变化对运动的性质动的一个参量，它的变化对运动的性质并无影响。因而时间箭头在那里没有实并无影响。因而时间箭头在那里没有实质性的意义质性的意义你现在浏览的是第5页，共85页“统计力学统计力学”这个名称是这个名称是1884年由美国年由美国物理学家吉布斯物理学家吉布斯(1839一一1903)首先提出首先提出的。吉布斯在麦克斯韦和玻耳兹曼思想的。吉布斯在

6、麦克斯韦和玻耳兹曼思想的基础上，明确形成了的基础上，明确形成了“系综系综”概念，概念，创立了创立了系综系综统计方法。从而将热学的唯统计方法。从而将热学的唯象的和分子运动论的两个基本的研究方象的和分子运动论的两个基本的研究方向统一到一个有机整体之中，完成了统向统一到一个有机整体之中，完成了统计力学这个经典物理学的又一次理论大计力学这个经典物理学的又一次理论大综合。综合。你现在浏览的是第6页，共85页（三）经典电动力学和（三）经典电动力学和“以太以太”说说1862年，麦克斯韦引入了一个电磁以太年，麦克斯韦引入了一个电磁以太的准力学模型和的准力学模型和“位移电流位移电流”假设，假设，1864年提出了

7、电动力学方程组，预言了年提出了电动力学方程组，预言了电磁波的存在，井揭示了光的电磁波动电磁波的存在，井揭示了光的电磁波动本性。麦克斯韦的方案使媒递接触观念本性。麦克斯韦的方案使媒递接触观念得以完全实现，并使电磁学理论的全部得以完全实现，并使电磁学理论的全部物理基础得以奠定，成为近代物理学发物理基础得以奠定，成为近代物理学发展中的第三次理论大综合。展中的第三次理论大综合。你现在浏览的是第7页，共85页（四）经典物理学的完成和局限（四）经典物理学的完成和局限大约到了大约到了1895年前后，以年前后，以经典力学、经典力学、经典经典热力学和统计力学、热力学和统计力学、经典电动力学经典电动力学为三大支为

8、三大支柱的经典物理学，结合成一座具有雄伟的建柱的经典物理学，结合成一座具有雄伟的建筑体系和动人心弦的筑体系和动人心弦的“美丽的殿堂美丽的殿堂”，达到，达到了它的颠峰时期了它的颠峰时期你现在浏览的是第8页，共85页在在力学方面力学方面，与机械观相联系的绝对时，与机械观相联系的绝对时间、绝对空间的概念以及关于质量的定间、绝对空间的概念以及关于质量的定义，都已受到普遍的批评，牛顿对于引义，都已受到普遍的批评，牛顿对于引力的本质问题也采取了回避的态度。而力的本质问题也采取了回避的态度。而牛顿力学的理论框架实际上必然要把引牛顿力学的理论框架实际上必然要把引力看作是一种瞬时传递的超距作用，这力看作是一种瞬

9、时传递的超距作用，这与与19世纪发展起来的场物理学是根本对世纪发展起来的场物理学是根本对立的。立的。你现在浏览的是第9页，共85页在在热学方面热学方面，熵增加原理揭示的与热现象有关的自然，熵增加原理揭示的与热现象有关的自然过程的不可逆性，反映出热力学原理与经典力学和经过程的不可逆性，反映出热力学原理与经典力学和经典电动力学原理之间深刻的内在矛盾，而统计力学中典电动力学原理之间深刻的内在矛盾，而统计力学中引入的概率统计思想以及热力学规律的统计性质，已引入的概率统计思想以及热力学规律的统计性质，已使经典力学的严格确定性出现了缺口使经典力学的严格确定性出现了缺口你现在浏览的是第10页，共85页在在光

10、学和电磁学方面光学和电磁学方面，作为光波与电磁，作为光波与电磁波的传播媒介的波的传播媒介的“以太以太”，其令人难以，其令人难以理解的特殊性质以及关于它的存在的检理解的特殊性质以及关于它的存在的检测，都使科学家们费尽心血而一筹莫展。测，都使科学家们费尽心血而一筹莫展。根据电磁学理论，可用空间坐标的连续根据电磁学理论，可用空间坐标的连续函数描写的场，是具有能量的不能再简函数描写的场，是具有能量的不能再简化的物理实在，这又与经典力学把运动化的物理实在，这又与经典力学把运动的质点看作能量的唯一裁体的观点严重的质点看作能量的唯一裁体的观点严重背离。背离。你现在浏览的是第11页，共85页二、现代物理学革命

11、的序幕二、现代物理学革命的序幕（一）（一）19世纪末的三大发现世纪末的三大发现 1X射线的发现射线的发现 2放射性的发现放射性的发现 3电子的发现电子的发现（二）经典物理学的两朵乌云（二）经典物理学的两朵乌云 1第一朵乌云第一朵乌云“以太以太”学说学说 2第二朵乌云第二朵乌云“紫外灾难紫外灾难”你现在浏览的是第12页，共85页伦琴（伦琴（Willhelm Konrad Rotgen,1845-1923)19011901年，首届诺贝尔物理学奖授予德国物理学年，首届诺贝尔物理学奖授予德国物理学家伦琴以表彰他在家伦琴以表彰他在18951895年发现的年发现的X X射线。射线。你现在浏览的是第13页，

12、共85页1X射线的发现射线的发现1895年年11月伦琴发现月伦琴发现X射线，一种具有强射线，一种具有强穿透力的新的射线，它是由阴极射线打到穿透力的新的射线，它是由阴极射线打到玻璃管壁上所产生的；它可以穿透厚达一玻璃管壁上所产生的；它可以穿透厚达一千页的书、几厘米厚的木板、千页的书、几厘米厚的木板、15毫米厚的毫米厚的铝片，并可用照相的方法透过人体显示骨铝片，并可用照相的方法透过人体显示骨骼的轮廓和金属物体内部的缺陷骼的轮廓和金属物体内部的缺陷伦琴由于这一发现，理所当然地获得了伦琴由于这一发现，理所当然地获得了1901年首届诺贝尔物理学奖。年首届诺贝尔物理学奖。你现在浏览的是第14页，共85页劳

13、厄劳厄(Max von Laue,1879-1960)(Max von Laue,1879-1960)19141914年诺贝尔物理学奖授予德国法兰克福大学的年诺贝尔物理学奖授予德国法兰克福大学的劳厄以表彰他发现了晶体的劳厄以表彰他发现了晶体的X X射线衍射。射线衍射。你现在浏览的是第15页，共85页亨利亨利布拉格布拉格 劳伦斯劳伦斯布拉格布拉格 (William Henry Bragg,1862-1942)（William Lawrence Bragg,1890-1971）1915 1915年诺贝尔物理学奖授予英国伦敦大学的年诺贝尔物理学奖授予英国伦敦大学的亨利亨利.布拉格和他的儿子英国曼彻斯

14、特维克托利布拉格和他的儿子英国曼彻斯特维克托利亚大学的劳伦斯亚大学的劳伦斯.布拉格以表彰他们用布拉格以表彰他们用X X射线对晶射线对晶体结构的分析所作的贡献。体结构的分析所作的贡献。你现在浏览的是第16页，共85页1912年，德国物理学家劳厄才从晶体衍年，德国物理学家劳厄才从晶体衍射的新发现判定射的新发现判定X射线是频率极高的电磁射线是频率极高的电磁波。不久以后，莫塞莱证实它是由原子波。不久以后，莫塞莱证实它是由原子中内层电子跃迁所发出的辐射中内层电子跃迁所发出的辐射劳厄（德国）发现晶体中的劳厄（德国）发现晶体中的X射线衍射现射线衍射现象获得了象获得了1914年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖W

15、H布拉格、布拉格、WL布拉格（英国）因用布拉格（英国）因用X射线对晶体结构的研究共同获得了射线对晶体结构的研究共同获得了1915年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖你现在浏览的是第17页，共85页 贝克勒尔贝克勒尔（Antoine Henri Becquerel,1852-1908）1903 1903年诺贝尔物理学奖一半授予法国物理学家亨利年诺贝尔物理学奖一半授予法国物理学家亨利贝克贝克勒尔以表彰他发现了自发放射性；另一半授予法国物理学勒尔以表彰他发现了自发放射性；另一半授予法国物理学家皮埃尔家皮埃尔居里（居里（Pierre Curie,1859-1906Pierre Curie,1859-190

16、6）和玛丽）和玛丽斯可罗夫斯卡斯可罗夫斯卡居里（居里（Marie Sklodowska,1867-1934Marie Sklodowska,1867-1934）,以表彰他们对贝克勒尔发现的辐射现象所作的卓越贡献。以表彰他们对贝克勒尔发现的辐射现象所作的卓越贡献。居里夫妇居里夫妇你现在浏览的是第18页，共85页2放射性的发现放射性的发现贝可勒尔发现底片上有铀盐包的清晰的贝可勒尔发现底片上有铀盐包的清晰的廓影。贝可勒尔推想，感光必定是由于廓影。贝可勒尔推想，感光必定是由于铀盐自身发出的某种神秘射线所致，实铀盐自身发出的某种神秘射线所致，实验证明，辐射只与铀元素的存在有关，验证明，辐射只与铀元素的存

17、在有关，而且纯金属铀的辐射比铀化合物强许多而且纯金属铀的辐射比铀化合物强许多倍，铀辐射不但能使底片感光，还能使倍，铀辐射不但能使底片感光，还能使气体电离变成导体气体电离变成导体波兰出生的物理学家玛丽波兰出生的物理学家玛丽居里当时选居里当时选择了放射性物质作为她博士论文的题目择了放射性物质作为她博士论文的题目你现在浏览的是第19页，共85页她首先证实了铀的辐射强度同铀的数量她首先证实了铀的辐射强度同铀的数量成正比，而同其化学形式无关，随后，成正比，而同其化学形式无关，随后，她和德国的施米特同时发现了钍也具有她和德国的施米特同时发现了钍也具有这种性质，她建议把物质的这种性质称这种性质，她建议把物质

18、的这种性质称为为“放射性放射性”，以区别于一般的射线。，以区别于一般的射线。以后钋和镭的发现，动摇了长期以来科以后钋和镭的发现，动摇了长期以来科学家们所信守的基本理论。居里夫妇和学家们所信守的基本理论。居里夫妇和贝可勒尔共同获得了贝可勒尔共同获得了1903年诺贝尔物理年诺贝尔物理学奖学奖你现在浏览的是第20页，共85页元素衰变理论是一个革命性的理论，它元素衰变理论是一个革命性的理论，它打破了自古以来一直认为的原子永远不打破了自古以来一直认为的原子永远不能破坏和毁灭的传统观念，证明一种元能破坏和毁灭的传统观念，证明一种元素的原子可以变成另一种元素的原子。素的原子可以变成另一种元素的原子。这个理论

19、虽然受到了门捷列夫和开尔文这个理论虽然受到了门捷列夫和开尔文等科学泰斗的激烈反对，但终因实验事等科学泰斗的激烈反对，但终因实验事实的不断证实而得到科学界的承认实的不断证实而得到科学界的承认实验实验5-3 盖革盖革弥勒计数器特性和放射弥勒计数器特性和放射性核衰变统计规律的模拟实验（碳性核衰变统计规律的模拟实验（碳14）你现在浏览的是第21页，共85页J.J.J.J.汤姆孙爵士汤姆孙爵士（Sir Joseph Thomon,1856-1940）1906 1906年诺贝尔物理学奖授予英国剑桥大学的年诺贝尔物理学奖授予英国剑桥大学的J.J.J.J.汤姆孙爵士以表彰他对气体导电的理论和实验汤姆孙爵士以表

20、彰他对气体导电的理论和实验所作的贡献。所作的贡献。你现在浏览的是第22页，共85页3电子的发现电子的发现英国物理学家英国物理学家J.J.汤姆逊支持带电微粒说。汤姆逊支持带电微粒说。于于1897年对阴极射线进行了周密的实验考年对阴极射线进行了周密的实验考察。用磁场使阴极射线发生偏转而进入法拉察。用磁场使阴极射线发生偏转而进入法拉第筒，证明负电荷确实来自阴极射线。他通第筒，证明负电荷确实来自阴极射线。他通过阴极射线在电场和磁场中分别发生偏转时过阴极射线在电场和磁场中分别发生偏转时偏转量的测定，计算出了阴极射线的荷质比偏转量的测定，计算出了阴极射线的荷质比和速度，发现其荷质比的数值大约是氢离子和速度

21、，发现其荷质比的数值大约是氢离子的千分之一，而其速度大约在的千分之一，而其速度大约在109厘米厘米/秒的秒的数量级数量级你现在浏览的是第23页，共85页约瑟夫约瑟夫汤姆生（汤姆生（J.J.汤姆逊）（英国）汤姆逊）（英国）对气体放电理论和实验研究作出重要贡对气体放电理论和实验研究作出重要贡献并发现电子而获得了献并发现电子而获得了1906年诺贝尔物年诺贝尔物理学奖理学奖你现在浏览的是第24页，共85页（二）（二）经典物理学的两朵乌云经典物理学的两朵乌云1900年年4月月27日，开尔文在英国皇家学会以日，开尔文在英国皇家学会以19世纪热和光的动力理论上空的乌云世纪热和光的动力理论上空的乌云为题所作的

22、长篇演讲中，虽然认为物理学是为题所作的长篇演讲中，虽然认为物理学是万里晴空，但又说：万里晴空，但又说：“动力学理论断言热和动力学理论断言热和光都是运动的方式，可是现在，这种理论的光都是运动的方式，可是现在，这种理论的优美性和明晰性被两朵乌云遮蔽得黯然失色优美性和明晰性被两朵乌云遮蔽得黯然失色了。了。你现在浏览的是第25页，共85页第一朵乌云第一朵乌云是随着光的波动理论而开始是随着光的波动理论而开始出现的。菲涅耳和托马斯出现的。菲涅耳和托马斯杨研究过这杨研究过这个理论，它包括这样一个问题：地球如个理论，它包括这样一个问题：地球如何通过本质上是光以太这样的弹性固体何通过本质上是光以太这样的弹性固体

23、而运动呢？而运动呢？第二朵乌云第二朵乌云是麦克斯韦玻是麦克斯韦玻耳兹曼关于能量均分的学说。耳兹曼关于能量均分的学说。”这两朵这两朵乌云涉及到两方面的实验发现与力学、乌云涉及到两方面的实验发现与力学、电磁学、气体分子运动论理论的困难电磁学、气体分子运动论理论的困难你现在浏览的是第26页，共85页1第一朵乌云第一朵乌云“以太以太”学说学说相对性原理是经典力学的一个最基本的相对性原理是经典力学的一个最基本的原理，这个原理认为，绝对静止和绝对原理，这个原理认为，绝对静止和绝对匀速运动都是不存在的，一切可测量的、匀速运动都是不存在的，一切可测量的、因而也是有物理意义的运动，都是相对因而也是有物理意义的运

24、动，都是相对于某一参照物的相对运动。牛顿本人也于某一参照物的相对运动。牛顿本人也充分意识到了确定充分意识到了确定“绝对运动绝对运动”的困难，的困难，最后只能以臆测性的最后只能以臆测性的“绝对空间绝对空间”的存的存在作为避难所在作为避难所你现在浏览的是第27页，共85页麦克斯韦的电磁场理论获得成功之后，麦克斯韦的电磁场理论获得成功之后，电磁波的载体以太，就成了物化的绝对电磁波的载体以太，就成了物化的绝对空间，静止于宇宙中的以太就构成了一空间，静止于宇宙中的以太就构成了一切物体的切物体的“绝对运动绝对运动”的背景框架。既的背景框架。既然以太也是一种物质存在，或者说它表然以太也是一种物质存在，或者说

25、它表征着物化了的绝对空间，当然就可以通征着物化了的绝对空间，当然就可以通过精密的实验测出物体相对于以太背景过精密的实验测出物体相对于以太背景的绝对运动的绝对运动你现在浏览的是第28页，共85页美国物理学家迈克尔逊（美国物理学家迈克尔逊（18521931）在在1881年，他和莫雷（年，他和莫雷（18381923）在）在1887年利用干涉仪所进行的精密光学实年利用干涉仪所进行的精密光学实验，都未能观察到所预期的以太相对于验，都未能观察到所预期的以太相对于地球的运动地球的运动你现在浏览的是第29页，共85页第二朵乌云第二朵乌云“紫外灾难紫外灾难”第二朵乌云涉及的是经典物理学另一分支，第二朵乌云涉及的

26、是经典物理学另一分支，热力学和分子运动论中的一个重要问题。开热力学和分子运动论中的一个重要问题。开尔文明确提到的是尔文明确提到的是“麦克斯韦玻耳兹曼关麦克斯韦玻耳兹曼关于能量均分的学说于能量均分的学说”。实际上是指。实际上是指19世纪世纪末关于黑体辐射研究中所遇到的严重困难末关于黑体辐射研究中所遇到的严重困难你现在浏览的是第30页，共85页为了解释黑体辐射实验的结果，物理学家为了解释黑体辐射实验的结果，物理学家瑞利和金斯认为能量是一种连续变化的物瑞利和金斯认为能量是一种连续变化的物理量，建立起在波长比较长、温度比较高理量，建立起在波长比较长、温度比较高的时候和实验事实比较符合的黑体辐射公的时候

27、和实验事实比较符合的黑体辐射公式。但是，这个公式推出，式。但是，这个公式推出，在短波区（紫在短波区（紫外光区）随着波长的变短，辐射强度可以外光区）随着波长的变短，辐射强度可以无止境地增加，这和实验数据相差十万八无止境地增加，这和实验数据相差十万八千里，是根本不可能的。千里，是根本不可能的。所以这个失败被所以这个失败被埃伦菲斯特称为埃伦菲斯特称为“紫外灾难紫外灾难”你现在浏览的是第31页，共85页20世纪初的这两朵乌云最终导致了物理世纪初的这两朵乌云最终导致了物理学的一场大变革。学的一场大变革。第一朵乌云第一朵乌云“以太以太”学说导致了相对论的诞生学说导致了相对论的诞生。第二朵乌云第二朵乌云“紫

28、外灾难紫外灾难”导致了量子力学的产生导致了量子力学的产生。因此也可以说，对这两朵因此也可以说，对这两朵“乌云乌云”的研的研究就标志着现代物理时代的到来究就标志着现代物理时代的到来你现在浏览的是第32页，共85页三、相对论的建立三、相对论的建立（一）狭义相对论的建立（一）狭义相对论的建立 1以太漂移实验与收缩假说以太漂移实验与收缩假说 2洛仑兹变换洛仑兹变换 3彭加勒的相对性原理彭加勒的相对性原理 4狭义相对论基本原理的提出狭义相对论基本原理的提出 5闵科夫斯基的闵科夫斯基的4维世界维世界（二）广义相对论的建立（二）广义相对论的建立你现在浏览的是第33页，共85页（一）狭义相对论的建立（一）狭义

29、相对论的建立你现在浏览的是第34页，共85页1以太漂移实验与收缩假说以太漂移实验与收缩假说自从自从19世纪初，光的波动说复活以来，世纪初，光的波动说复活以来，关于传光的媒质，始终是一个争论的话关于传光的媒质，始终是一个争论的话题。人们认为光的波动必须有一个载体，题。人们认为光的波动必须有一个载体，它就是它就是“以太以太”。关于以太的存在形式。关于以太的存在形式在当时有两种不同的观点，以菲涅耳为在当时有两种不同的观点，以菲涅耳为代表的一派认为以太是静止，以斯托克代表的一派认为以太是静止，以斯托克斯为代表的一派认为以太是可以被部分斯为代表的一派认为以太是可以被部分曳引的曳引的你现在浏览的是第35页

30、，共85页如果静止以太说是正确的，在地球高速如果静止以太说是正确的，在地球高速运动时，应存在着运动时，应存在着“以太风以太风”。多年来，。多年来，人们做了一系列光学的与电学的以太漂人们做了一系列光学的与电学的以太漂移实验，企图测量地球在静止以太中的移实验，企图测量地球在静止以太中的相对运动，它们均给出了否定的结果。相对运动，它们均给出了否定的结果。其中最著名的实验是由迈克尔逊和莫雷其中最著名的实验是由迈克尔逊和莫雷完成的完成的你现在浏览的是第36页，共85页迈克耳孙迈克耳孙（Albert Abrham Michelson,1852-1931）1907 1907年诺贝尔物理学奖授予芝加哥大学的迈

31、年诺贝尔物理学奖授予芝加哥大学的迈克耳孙以表彰他对光学精密仪器及用之于光谱学与克耳孙以表彰他对光学精密仪器及用之于光谱学与计量学研究所作的贡献。计量学研究所作的贡献。你现在浏览的是第37页，共85页迈克尔逊在光速测量方面一直享有国际迈克尔逊在光速测量方面一直享有国际上的盛誉上的盛誉迈克尔逊由于光学精密仪器以及光谱学迈克尔逊由于光学精密仪器以及光谱学与计量学的研究成果而获得了与计量学的研究成果而获得了 1907年诺年诺贝尔物理学奖贝尔物理学奖实验实验2-2 2-2 光拍法测量光的速度光拍法测量光的速度你现在浏览的是第38页，共85页2洛仑兹变换洛仑兹变换1895年，洛仑兹发表了题为运动物体年，洛

32、仑兹发表了题为运动物体中电磁现象和光现象的理论研究的论中电磁现象和光现象的理论研究的论文。这篇论文讨论了在相对运动与相对文。这篇论文讨论了在相对运动与相对静止参照系间，同一物理现象间的坐标静止参照系间，同一物理现象间的坐标变换问题，在一级近似下，提出了洛仑变换问题，在一级近似下，提出了洛仑兹变换关系。这一工作对以后的狭义相兹变换关系。这一工作对以后的狭义相对论理论体系有着重要的意义对论理论体系有着重要的意义你现在浏览的是第39页，共85页1905年年5月，洛仑兹完成了速度小于光速月，洛仑兹完成了速度小于光速系统中的电磁现象的论文。在这篇论文系统中的电磁现象的论文。在这篇论文中，他发表了著名的时

33、空相对论变换公式，中，他发表了著名的时空相对论变换公式，这就是后来所称的洛仑兹变换式，并且进这就是后来所称的洛仑兹变换式，并且进一步证明了，在洛仑兹变换下，电磁方程一步证明了，在洛仑兹变换下，电磁方程具有不变形式。在这篇论文中，他还给出具有不变形式。在这篇论文中，他还给出了两点极为重要的给论，一个是粒子质量了两点极为重要的给论，一个是粒子质量随速度变化的公式，一个是粒子在以太中随速度变化的公式，一个是粒子在以太中运动的速度不可能大于光速运动的速度不可能大于光速你现在浏览的是第40页，共85页3彭加勒的相对性原理彭加勒的相对性原理在物理学的这场变革中，彭加勒在物理学的在物理学的这场变革中，彭加勒

34、在物理学的几个领域中都做出了重要的贡献。其中著名几个领域中都做出了重要的贡献。其中著名的有彭加勒相对性原理的建立。的有彭加勒相对性原理的建立。1895年，年，彭加勒首次提出了相对性原理的想法。他认彭加勒首次提出了相对性原理的想法。他认为，各种实验事实的结论都可以表明，为，各种实验事实的结论都可以表明，“要要证明物质的绝对运动，或者更确切地说，要证明物质的绝对运动，或者更确切地说，要证明可称量物质相对以太的运动是不可能的。证明可称量物质相对以太的运动是不可能的。”你现在浏览的是第41页，共85页4狭义相对论基本原理的提出狭义相对论基本原理的提出在狭义相对论中，爱因斯坦成功地把时间与在狭义相对论中

35、，爱因斯坦成功地把时间与空间、物质与运动、质量与能量、多普勒效空间、物质与运动、质量与能量、多普勒效应与光行差效应、电场与磁场分别统一起来应与光行差效应、电场与磁场分别统一起来了，直至把经典力学与经典电动力学统一起了，直至把经典力学与经典电动力学统一起来，使物理学在抛弃旧力学理论的框架后，来，使物理学在抛弃旧力学理论的框架后，得以在新的理论体系中继续发展得以在新的理论体系中继续发展你现在浏览的是第42页，共85页5闵科夫斯基的闵科夫斯基的4维世界维世界闵科夫斯基以优美的数学形式，揭示了闵科夫斯基以优美的数学形式，揭示了3维空间与维空间与1维时间的内在联系。在他所提维时间的内在联系。在他所提供的

36、供的4维空间中，不仅全部力学与电动力维空间中，不仅全部力学与电动力学的概念及重要规律得以进一步地简化学的概念及重要规律得以进一步地简化与统一，它们被自然与和谐地纳入到相与统一，它们被自然与和谐地纳入到相对论的理论之中对论的理论之中你现在浏览的是第43页，共85页（二）广义相对论的建立（二）广义相对论的建立按狭义相对性原理，由于在洛仑兹变换按狭义相对性原理，由于在洛仑兹变换下，许多物理定律都具有协变形式，相下，许多物理定律都具有协变形式，相对各物理定律而言。各个惯性系都应彼对各物理定律而言。各个惯性系都应彼此等效。狭义相对论在说明惯性运动的此等效。狭义相对论在说明惯性运动的相对性上取得了极大的成

37、功，它却存在相对性上取得了极大的成功，它却存在明显的缺陷。首先是惯性系是什么？如明显的缺陷。首先是惯性系是什么？如何确定物体在做惯性运动。最终又回到何确定物体在做惯性运动。最终又回到了了不动的绝对空间不动的绝对空间你现在浏览的是第44页，共85页四、量子论的初期发展与量子力学建立四、量子论的初期发展与量子力学建立（一）量子论的初期发展（一）量子论的初期发展 1黑体辐射的研究黑体辐射的研究 2普朗克的普朗克的“量子量子”假说假说 3光量子假说光量子假说（二）量子力学理论的建立（二）量子力学理论的建立 1德布罗意波德布罗意波 2薛定谔的波动力学薛定谔的波动力学 3海森伯的矩阵力学海森伯的矩阵力学

38、4量子力学的万本哈根学派的诠释量子力学的万本哈根学派的诠释你现在浏览的是第45页，共85页1黑体辐射的研究黑体辐射的研究1879年德国物理学家斯特藩从实验结果中年德国物理学家斯特藩从实验结果中得出了黑体单位表面积单位时间的热辐射总得出了黑体单位表面积单位时间的热辐射总能量与绝对温度的四次方成正比的定律，这能量与绝对温度的四次方成正比的定律，这个结果在个结果在1884年被玻耳兹曼从光的电磁理年被玻耳兹曼从光的电磁理论和热力学理论做出了论证。这就是斯特藩论和热力学理论做出了论证。这就是斯特藩-玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律你现在浏览的是第46页，共85页维维 恩恩(WilhelmWien,1864-19

39、28)(WilhelmWien,1864-1928)1911 1911年诺贝尔物理学奖授予德国乌尔兹堡大年诺贝尔物理学奖授予德国乌尔兹堡大学的维恩以表彰他发现了热辐射定律。学的维恩以表彰他发现了热辐射定律。你现在浏览的是第47页，共85页 1893年维恩也由电磁学和热力学理论得年维恩也由电磁学和热力学理论得出了辐射能量最强的波长与黑体的温度出了辐射能量最强的波长与黑体的温度成反比的成反比的“位移定律位移定律”，但这两个定律，但这两个定律都不能具体反映辐射能量随频率和温度都不能具体反映辐射能量随频率和温度的分布情况，只能在一定的范围和条件的分布情况，只能在一定的范围和条件下与实验曲线相吻合。维恩

40、因为在黑体下与实验曲线相吻合。维恩因为在黑体辐射方面的研究成果获得了辐射方面的研究成果获得了1911年诺贝年诺贝尔物理学奖尔物理学奖你现在浏览的是第48页，共85页普郎克普郎克 （Max Karl Ernst Ludwig Plank,1858-1947）1918 1918年诺贝尔物理学奖授予德国柏林大学的普郎年诺贝尔物理学奖授予德国柏林大学的普郎克以承认他发现能量级对物理学的进展所作的贡献。克以承认他发现能量级对物理学的进展所作的贡献。你现在浏览的是第49页，共85页2普朗克的普朗克的“量子量子”假说假说 1900年，对热力学有长期研究的德国物理年，对热力学有长期研究的德国物理学家普朗克综合

41、了维恩公式和瑞利学家普朗克综合了维恩公式和瑞利-金斯公金斯公式，利用内插法，引入了一个自己的常数，式，利用内插法，引入了一个自己的常数，结果得到一个公式，而这个公式与实验结果结果得到一个公式，而这个公式与实验结果精确相符，它就是普朗克公式，即普朗克辐精确相符，它就是普朗克公式，即普朗克辐射定律射定律你现在浏览的是第50页，共85页普朗克的能量子假说：辐射黑体分子、普朗克的能量子假说：辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状子只能处于某些分立的状态，在这

42、些状态中，谐振子的能量并不像经典物理学态中，谐振子的能量并不像经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量（称为能量子）的整数倍某一最小能量（称为能量子）的整数倍你现在浏览的是第51页，共85页能量子的概念是非常新奇的，它冲破了能量子的概念是非常新奇的，它冲破了传统的概念，揭示了微观世界中一个重传统的概念，揭示了微观世界中一个重要规律，开创了物理学的一个全新领域。要规律，开创了物理学的一个全新领域。由于普朗克发现了能量子，对建立量子由于普朗克发现了能量子，对建立量子理论做出了卓越贡献，获得了理论做出了卓越贡献，获得了1918年诺年诺贝尔物理学奖贝尔

43、物理学奖你现在浏览的是第52页，共85页普朗克关于能量只能以普朗克关于能量只能以“能量子能量子”为最为最小单元作不连续变化的假设，冲击了经小单元作不连续变化的假设，冲击了经典物理学长期信奉的典物理学长期信奉的“自然界无跳跃自然界无跳跃”的信条，彻底变革了经典物理学中一切的信条，彻底变革了经典物理学中一切因果关系都是以物理量的连续变化为基因果关系都是以物理量的连续变化为基础的物理学思想方法础的物理学思想方法你现在浏览的是第53页，共85页爱因斯坦爱因斯坦 (Allbert Einstein,1879-1955)1921 1921年诺贝尔物理学奖授予德国柏林马克斯年诺贝尔物理学奖授予德国柏林马克斯

44、普普朗克物理研究所的爱因斯坦以表彰他在理论物理学朗克物理研究所的爱因斯坦以表彰他在理论物理学上的发现上的发现,特别是发现了光电效应的定律特别是发现了光电效应的定律.你现在浏览的是第54页，共85页3光量子假说光量子假说1905年年6月，爱因斯坦在德国物理学纪事上发月，爱因斯坦在德国物理学纪事上发表的关于光的产生和转化的一个启发性观点，表的关于光的产生和转化的一个启发性观点，为研究辐射问题带来了一个崭新的观点。他认为，为研究辐射问题带来了一个崭新的观点。他认为，在普朗克的理论中，只考虑了腔壁上振子能量的量在普朗克的理论中，只考虑了腔壁上振子能量的量子化，但对空腔内电磁辐射的处理，还是用的麦克子化

45、，但对空腔内电磁辐射的处理，还是用的麦克斯韦电磁波动理论，这种观点是不彻底的。在爱因斯韦电磁波动理论，这种观点是不彻底的。在爱因斯坦看来，电磁场能量本身也是量子化的，辐射场斯坦看来，电磁场能量本身也是量子化的，辐射场不是连续的，而是由分立的能量子组成的。他把这不是连续的，而是由分立的能量子组成的。他把这种能量子称为种能量子称为“光量子光量子”。后来美国物理学家路易。后来美国物理学家路易斯把它改称为斯把它改称为“光子光子”你现在浏览的是第55页，共85页爱因斯坦研究了用光的能量连续分布的爱因斯坦研究了用光的能量连续分布的理论难以解释的光电效应现象理论难以解释的光电效应现象由于爱因斯坦在数学物理学

46、的成就，特由于爱因斯坦在数学物理学的成就，特别是光电效应定律的发现获得了别是光电效应定律的发现获得了1921年年诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖你现在浏览的是第56页，共85页（二）量子力学理论的建立（二）量子力学理论的建立你现在浏览的是第57页，共85页路易斯路易斯.德布罗意德布罗意 (Prince Louis-victor de Broglie,1892-1987)1929 1929年诺贝尔物理学奖授予法国巴黎索本大学的年诺贝尔物理学奖授予法国巴黎索本大学的路易斯路易斯.德布罗意以表彰他发现了电子的波动性德布罗意以表彰他发现了电子的波动性.你现在浏览的是第58页，共85页1德布罗意波德布罗意波

47、1923年年9月至月至10月间，德布罗意在连续发月间，德布罗意在连续发表了三篇论文辐射表了三篇论文辐射波和量子、波和量子、光学光量子、衍射和干涉、物光学光量子、衍射和干涉、物理学量子、气体运动理论以及费马原理学量子、气体运动理论以及费马原理。在这几篇短文中，提出了理。在这几篇短文中，提出了“德布德布罗意波罗意波”的思想。的思想。1824年，德布罗在年，德布罗在量子理论研究的博士论文中，系统量子理论研究的博士论文中，系统地阐述了他在前几篇文章中提出的相波地阐述了他在前几篇文章中提出的相波理论理论你现在浏览的是第59页，共85页他因为发现了电子的波动性而获得了他因为发现了电子的波动性而获得了192

48、9年诺贝尔物理学奖，他也是唯一一个因博士年诺贝尔物理学奖，他也是唯一一个因博士论文而获得诺贝尔物理学奖的人（以前的观论文而获得诺贝尔物理学奖的人（以前的观点）点）你现在浏览的是第60页，共85页五、原子结构理论的发展五、原子结构理论的发展1原子有核模型的建立原子有核模型的建立2玻尔原子结构的量子理论玻尔原子结构的量子理论3玻尔理论的推广玻尔理论的推广你现在浏览的是第61页，共85页尼尔斯尼尔斯玻尔玻尔 （Niels Bohr,1885-1962）1922 1922年诺贝尔物理学奖授予丹麦哥本哈根的尼年诺贝尔物理学奖授予丹麦哥本哈根的尼尔斯尔斯玻尔以表彰他在研究原子结构玻尔以表彰他在研究原子结构

49、,特别是研究特别是研究从原子发出的辐射所作的贡献。从原子发出的辐射所作的贡献。你现在浏览的是第62页，共85页1原子有核模型的建立原子有核模型的建立1909年，卢瑟福的助手盖革，学生马斯登年，卢瑟福的助手盖革，学生马斯登从粒子被很薄的金箔散射的实验中，观察到从粒子被很薄的金箔散射的实验中，观察到了一种出人意料的现象：大约有八千分之一了一种出人意料的现象：大约有八千分之一的粒子的偏转角度超过的粒子的偏转角度超过90度，有的甚至被度，有的甚至被反弹回来。粒子散射实验的意外结果，为建反弹回来。粒子散射实验的意外结果，为建立正确的原子有核棋型据供了科学依据立正确的原子有核棋型据供了科学依据你现在浏览的

50、是第63页，共85页2玻尔原子结构的量子理论玻尔原子结构的量子理论1913年玻尔提出的原子结构理论，是量年玻尔提出的原子结构理论，是量子论发展史上的一个重要阶段。在此之子论发展史上的一个重要阶段。在此之前，量子论主要被用于与辐射有关的问前，量子论主要被用于与辐射有关的问题，玻尔的理论却表明在描述原子的结题，玻尔的理论却表明在描述原子的结构和运动规律中，作用量子也具有本质构和运动规律中，作用量子也具有本质的意义。他希望把量子概念与卢瑟福原的意义。他希望把量子概念与卢瑟福原子模型结合起来，以解决原子结构的稳子模型结合起来，以解决原子结构的稳定性问题定性问题你现在浏览的是第64页，共85页玻玻尔尔理