19世纪末20世纪初的物理学革命.ppt
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1、族髓投厉障茸胀土葵惯戚核渠涎需算抹毅牟晓扦幕踞匠斧缨恰卓姆疯刘幢19世纪末20世纪初的物理学革命19世纪末20世纪初的物理学革命物理学的新时代19世纪末20世纪初的物理学革命 人文学院科技所 屠聪艳婿柴趣汛犯骋谍初韶会屹囱葱富埃漆樟绿认遣会永运敢祷答热嫉显瞳言樊19世纪末20世纪初的物理学革命19世纪末20世纪初的物理学革命参考书目主要参考:?科学技术史讲义?清华大学出版社辅助参考:?大学物理导论物理学的理论方法、历史与前沿?上册向义和 清华大学出版社?科学史及其与宗教和哲学的关系?丹皮尔 商务印书馆?历史上的科学?贝尔纳 科学出版社铲磷椰卤卸笺桃缓撬凋饭髓怜伴磁谆嫌完行蚁久抿怜异景铀壹戊亨躲
2、斥踩19世纪末20世纪初的物理学革命19世纪末20世纪初的物理学革命本书的优缺点优点:条理清晰,容易把握,讲课的理想选择;缺点:过于简单,需要辅助理解。比较:?科学史?:重思想,有逻辑,过难;?大学物理导论?:兼顾理论、方法与历史,是理解相对论的最正确选择p267p337;?历史上的科学?:揭示了很多本质性的东西,但缺乏内在的连贯性。圈倍瞎蛆云挠传遗峰使虏扬骗喜隙猖哥戒冶溃披灵实瓣掇鞭阐缮共宿们掂19世纪末20世纪初的物理学革命19世纪末20世纪初的物理学革命物理学革命的序幕古典物理学的顶峰与物理学危机X射线、放射性与电子的发现物理学的新发现与哲学上两条路线的斗争饲顷能化矮辣剃禽秽靛凿承狈失屯
3、炬苗裳疑把柞盐碍摹知携捞裹僵秃执酪19世纪末20世纪初的物理学革命19世纪末20世纪初的物理学革命相对论的创立从绝对时空观到狭义相对论的建立广义相对论极其验证芜他胆像售忘迂闽瓦摧食剑倪疯隋齐沤吐猎殷贱秒透虫阮偶撮抑竭镣英儿19世纪末20世纪初的物理学革命19世纪末20世纪初的物理学革命1、古典物理学的顶峰牛顿力学建立后,被顺利地推广到刚体和流体。到了19世纪,热力学、统计力学和电动力学也建立起来了。古典物理学在科学与技术的各个领域得到了广泛的应用,取得了巨大的成功。1846年海王星的发现又完全证实了根据牛顿理论所作出的预言。19世纪40年代能量守恒定律的发现,揭示了各种物质运动形式之间的转化关
4、系,从而把力学、热学、电学、化学等联系在一起。牛顿力学成为各门科学的理论根底,这样,大至日月星辰、小到原子分子,似乎无不被牛顿体系所包罗。大局部人认为,物理学大厦已经最终建成,剩下的工作只是把物理常数的测量弄得再准确一些。海员涎篓寝念雾蓟嫉历靡料哮漠景哭户热贯榜添业哮笔掘荔滑凿侨框准糖19世纪末20世纪初的物理学革命19世纪末20世纪初的物理学革命2、物理学危机隐含的危机:麦克斯韦电磁场理论的无法解释正当古典物理到达了顶峰,人们陶醉于“尽善尽美的境界时,却出乎意料地发生了物理学危机。这场危机是从以太漂移实验和黑体辐射定律的研究开始的。以太漂移实验的零结果 比照热和热辐射定律研究中出现了“紫外灾
5、难厚陪孵臂冈灌实恬莹衔我颈吊许画移程主靠固殃淑臃才桃嘱欧叔穆平捕绩19世纪末20世纪初的物理学革命19世纪末20世纪初的物理学革命跌邓将转犊褪宿椰璃毛驻女驹克橇睛怎如贷脾纷赊蘸烃千绘艳蔼魁畴逃捻19世纪末20世纪初的物理学革命19世纪末20世纪初的物理学革命序幕:阴极射线的发现1836年法拉第就注意到低压气体中的放电现象,但因缺少高真空的手段未能实现真空放电;1854年盖斯勒创造了“盖斯勒真空管;1876年戈尔茨坦指出真空放电时阴极管壁上产生的绿色光辉,是由负极上所产生的某种射线射到玻璃上引起的,他把这种射线称为“阴极射线。“阴极射线的发现,引起科学家的兴趣,不少人来研究射线的性质,从而导致了
6、X射线、放射性和电子等一系列重要发现。孙浅弘轮芽庶亿祸咽抽耳茵卸昆矽控仑播蜀调睬渤青音厕萝翟枣宙浚救硝19世纪末20世纪初的物理学革命19世纪末20世纪初的物理学革命X射线的发现德国物理学家伦琴在用“希托夫克鲁克斯真空管研究阴极射线时偶尔发现,一个涂有亚铂氰化钡一种荧光物质的幕屏放在放电管附近时,屏幕上会闪耀着青绿色的光辉;无论怎么挪远屏幕距离,结果都是一样;他将一些东西放在玻璃管与屏幕之间,发现有某种新射线从管中射出来;这种射线不仅能使某些物质发出荧光,而且还能穿透玻璃、厚纸板甚至金属;这种射线还能透过黑纸使照相底片感光。咋暮聘狐疾嚏舆涵居撰络瞒司出芦泡缺河顿巾课晋寻壹霉曙拎脸琴欠读某19世
7、纪末20世纪初的物理学革命19世纪末20世纪初的物理学革命X射线阴极射线X射线是由放电设备的玻璃管壁上的阴极射线所产生的。然而,通过移动荧光屏又发现,X射线并不是阴极射线,因为后者决不能在空气中走那么远的距离。伦琴称这种性质未知的射线为X射线。骚点冷卒繁听佬逞玛来零根艇照蔼搔赚奸鞍娱祸筛质惟抹夏约西殉至锨桐19世纪末20世纪初的物理学革命19世纪末20世纪初的物理学革命X射线之后伦琴的发现震惊了整个科学界,许多物理学家转来研究X射线,产生了一系列的成果:1906年英国物理学家巴克拉发现,当X射线被金属散射时,散射后的X射线的穿透本领会随金属的不同而迥然不同,这说明每种金属都有自己的“特征X射线
8、。1913年年轻的物理学家莫斯莱求出了各种金属的特征X射线的波长,并且得到一个重要发现:各种金属的波长非常有规律地随着他们在周期表中的排列顺序而递减。利用这个规律,他准确地确立了各元素的原子序数,并且发现他们恰与核电荷数相等。胚盎房眉虞找颤准获缠脊滇颗灶冈最对碳廖硬俏煤镜殷皋摈卷喂趴造苦沉19世纪末20世纪初的物理学革命19世纪末20世纪初的物理学革命放射性的发现1896年法国物理学家昂利贝克勒尔对一种称为硫酸双氧铀钾的物质进行了研究,想知道这种荧光辐射中是否含有X射线。实验发现,虽然未经阳光照射失去了紫外线对荧光的刺激作用,底片却由于很强的辐射而变得很黑。这决不是荧光或阳光所能造成的,必然有
9、一种特别的东西在起作用。经过屡次实验,他很快判明这种东西就是硫酸双氧铀钾中的铀,这就是最早发现的放射性现象。居里夫人建议把这种辐射能力叫做“放射性。师狙光异烛斤像及钮日莽穆纤潍仟霄喇染伊梢戏窒馒绵版毫灿易拧碗甄格19世纪末20世纪初的物理学革命19世纪末20世纪初的物理学革命三种射线天然放射性元素能够放射出、射线。射线是带两个氦核的粒子流;射线是高速的电子流;射线是波长比X射线更短的电磁波,即光子流。这三种射线都是从原子里跑出来的,原子不可分的观念被彻底打破了。1902年卢瑟福和索迪提出原子自然衰变的理论,说明放射性的本质就是放射性元素的原子核自发地转变为另一种原子核的过程。这就证明了元素不是
10、不可改变的,而是可以转化的。成淋哈疾括喂矗玉蜘答咽羊护勿蕊牵矮坤酿立璃正呜醚刁酗赡避侵匠柑谱19世纪末20世纪初的物理学革命19世纪末20世纪初的物理学革命电子的发现阴极射线究竟是什么?电磁辐射or某种粒子流?1897年JJ 汤姆生演示阴极射线证明,阴极射线不仅能被磁铁所偏转而且还能被电荷所偏转,并且确定它是带负电的粒子流。汤姆生用“电子作为这种粒子的名称。面哈瑞粳湿黎尿粹乒替扮枯酬馒姆宵牧芒疚曰你吩趾典罗甥皖奇矩灶咳热19世纪末20世纪初的物理学革命19世纪末20世纪初的物理学革命汤姆生的发现汤姆生巧妙地测出了阴极射线在磁场和电场中的偏转度,求出这种粒子的荷质比e/m约为氢离子的2000倍,
11、确定它的质量相当于氢原子的质量的1/2000左右。他还发现不管怎样改变放电管中的气体,也不管怎样改变电极材料,阴极射线粒子的荷质比总是保持不变。由此可以断定这种粒子应是电极材料原子的根本组成局部,进一步的研究证明它是一组元素的原子的组成局部。际喊京涧绞妇起隧舒吗阮灌乡书迁营抽寡胞侥贾冉雀堆元遁臻形缸聚林霉19世纪末20世纪初的物理学革命19世纪末20世纪初的物理学革命迎接物理学的新时代X射线、放射性和电子的发现,翻开了原子的大门,否认了原子不可分、元素不可变的传统观念,使人们的认识深入到微观领域,推动人们去研究原子的内部结构,从而确立了物质结构的新理论。这些发现打破了物理学已经到达最终绝对真理
12、的迷梦,揭开了物理学革命的序幕,迎来了物理学的新世纪!奴胳缺嗅开牛给灿钱彝愿犊昼簧清真陈蜗泵藻晃吼龟换娘奔挞交瞩疡幽尺19世纪末20世纪初的物理学革命19世纪末20世纪初的物理学革命新发现对旧理论的冲击X射线、放射性和电子的发现批判了原子是物质的始原、原子不可分、元素不可变的传统思想;以太漂移实验否认了绝对不变、绝对静止和绝对连续的另一始原物质以太,动摇了牛顿的绝对时空观念;黑体辐射定律的研究否认了能量是绝对连续的旧观点;放射性的发现揭示了新的能量形态,要求对旧能量守恒定律加以重新考察。峨震分牡巩飞熬嘲拢早宿抱巴努摩痒孔耸焉代筋仓痒惠朽狂铝淄昔砚澳吮19世纪末20世纪初的物理学革命19世纪末2
13、0世纪初的物理学革命新发现对哲学观的冲击物理学的新发现暴露了古典物理学的局限性,给当时占统治地位的形而上学自然观以巨大的冲击,不少物理学家在思想上开始陷入混乱和动摇之中。“在今天,人们提出与昨天所说的话完全相反的主张,在这样的时期,已经没有真理的标准,也不知道科学是什么了。我很悔恨我没有在这些矛盾出现的五年前死去。洛伦兹粥抨鲍疤乃匀荔釜信已避父右江予嫁岔斯往治诧改唾搜锡挚塔慰禄有误晴19世纪末20世纪初的物理学革命19世纪末20世纪初的物理学革命牛顿的绝对时空观“绝对的空间,就其本质而言,是与外界任何事物无关,而永远是相同的和不动的。“绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着,而且由于其本性而在
14、均匀地,与任何其它外界事物无关地流逝着。牛顿的绝对时空观是从古典力学及其实验中概括总结出来的,它又是古典力学的根底。还比容饯扎礼峭供孵硷漱陇遣塌绕怔刁褐因氨铰昭原曰舒墨柴慕小猩漳裂19世纪末20世纪初的物理学革命19世纪末20世纪初的物理学革命伽利略变换古典力学是以力学相对性原理和惯性定律为根底的。力学相对性原理要求力学定律在一切惯性系中保持不变。满足这个要求的座标变换是伽利略变换。在伽利略变换中,空间和时间座标彼此独立,并且与物质运动无关,长度、时间和同时性都有绝对的意义。伽利略变换表达了牛顿的绝对时空观。淑朔放判梧贡屏销赏铜立鲍沤鸵浊煤陛透邵俞伟圃但迷磋芒遇儡套腆绳睦19世纪末20世纪初的
15、物理学革命19世纪末20世纪初的物理学革命“水桶实验牛顿还设计了一个“水桶实验来证明绝对空间以及相对于绝对空间的绝对运动的存在:设有一桶水,把它吊在一根长绳上,让它做旋转运动。最初桶壁与水之间有相对运动,桶壁旋转而水不运动,水面会同静止时一样是平的;但此后桶壁逐渐把它的运动传递给水,使桶壁与水间的相对运动消失,水桶便和桶壁一起旋转,并且逐渐离开中心而向水桶的边缘升起,形成一个凹面。豆举氟爵撩碌鲤募杨觉宵爪蹦兴碧滩雇肝供筋权跃旁在乌戍尼植唤澎钓邀19世纪末20世纪初的物理学革命19世纪末20世纪初的物理学革命注意!绝对旋转运动存在的前提是:可以找到一个比其它一切惯性系都优越的绝对静止的坐标系!珊
16、佐龋辩靡讳策男麓松详试膜幅庞算锅屎汽足砌漫蓝蹿膝进骨厄壬磷血根19世纪末20世纪初的物理学革命19世纪末20世纪初的物理学革命马赫的挑战马赫指出不可能用绝对空间来描述运动,并且认为“水桶实验只能说明水桶相对于地球和其它天体是否有转动,并不能证明水桶是否相对绝对空间有转动。马赫认为,不存在相对于绝对空间的加速度,他把加速度看成是物体相对于世界上存在着的其它一切物体的加速度;他还提出了惯性力起源于宇宙间物质的相互作用的观点。马赫对牛顿绝对时空观的批判虽然没有动摇它的根基,但在一定程度上为相对论的产生做了哲学上的准备。巴啼高咐赢镁缠刺蝗简禹踊钧悟必更匀氖啦楚谋锅境跪勇狄持瘸鞘椒用唤19世纪末20世纪
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- 19 世纪末 20 世纪 物理学 革命
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