2021-2022学年高二物理竞赛课件：狭义相对论内容提要（14张PPT）.pptx

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1、狭义相对论内容提要狭义相对论内容提要一一 经典力学的相对性原理经典力学的相对性原理 经典力学的时空观经典力学的时空观 对于任何惯性参照系对于任何惯性参照系,牛顿力学的规律都具有牛顿力学的规律都具有相同的形式相同的形式.时间和空间的量度和参考系无关时间和空间的量度和参考系无关,长度和时间长度和时间的测量是绝对的的测量是绝对的.二二 狭义相对论基本原理狭义相对论基本原理 爱因斯坦相对性原理：物理定律在爱因斯坦相对性原理：物理定律在所有所有的惯性的惯性系中都具有相同的表达形式系中都具有相同的表达形式.光速不变原理：真空中的光速是常量，它与光光速不变原理：真空中的光速是常量，它与光源或观察者的运动无关

2、，即不依赖于惯性系的选择源或观察者的运动无关，即不依赖于惯性系的选择.三三 洛伦兹坐标变换式洛伦兹坐标变换式 时，洛伦兹变换时，洛伦兹变换 伽利略变换。伽利略变换。正正变变换换逆逆 变变 换换 概率密度概率密度 能量能量 波动方程波动方程 波函数波函数 量子数量子数 波函数为波函数为驻波形式驻波形式，阱壁处为波节，波腹的个数，阱壁处为波节，波腹的个数与量子数与量子数 n 相等相等*对应原理对应原理 在某些在某些极限极限的条件下，量子规律可以的条件下，量子规律可以转化转化为经为经典规律典规律.势阱中相邻势阱中相邻能级能级之之差差能量能量 能级能级相对相对间隔间隔当当 时，时，能量视为，能量视为连

3、续连续变化变化.例：例：电子在电子在 的势阱中的势阱中.（近似于连续近似于连续）当当 时时,（能量分立能量分立）当当 很大时，很大时，量子效应不，量子效应不明显，能量可视为明显，能量可视为连续连续变化，此即为变化，此即为经典对应经典对应.物理意义物理意义一维方势垒一维方势垒 隧道效应隧道效应 一维方势垒一维方势垒粒子的能量粒子的能量 隧道效应隧道效应:从左方射入的从左方射入的粒子在各区域内的波函数粒子在各区域内的波函数1.一维方势垒一维方势垒粒子的能量粒子的能量2.隧道效应隧道效应一维方势垒一维方势垒 隧道效应隧道效应从左方射入的从左方射入的粒子在各区域粒子在各区域内的波函数内的波函数 当粒子

4、能量当粒子能量 E Ep0 时，从经典理论来看时，从经典理论来看,粒粒子不可能穿过子不可能穿过进入进入 的区域的区域.但用量子力学分但用量子力学分析，粒子有一定概率穿透势垒，事实表明，量子析，粒子有一定概率穿透势垒，事实表明，量子力学是正确的力学是正确的.粒子的能量虽粒子的能量虽不不足以超越势垒足以超越势垒,但在势垒中似乎但在势垒中似乎有一个隧道有一个隧道,能使少量粒子穿过而进入能使少量粒子穿过而进入 的区的区域域,所以人们形象地称之为所以人们形象地称之为隧道效应隧道效应.隧道效应的隧道效应的本质本质:来源于微观粒子的来源于微观粒子的波粒二波粒二象性象性.这已被许多实验所证实这已被许多实验所证

5、实.量子围栏照片量子围栏照片 1981年宾尼希和罗雷尔利年宾尼希和罗雷尔利用电子的隧道效应制成了扫描用电子的隧道效应制成了扫描隧穿显微镜隧穿显微镜(STM),可观测固可观测固体表面原子排列的状况体表面原子排列的状况.应用应用 STM获得的硅晶获得的硅晶体表面原子排列体表面原子排列 1986年宾尼希又研制了年宾尼希又研制了原子力显微镜原子力显微镜.经典经典量子量子隧道效应隧道效应一、一、一、一、粒子的波动性粒子的波动性粒子的波动性粒子的波动性 德布罗意假设德布罗意假设:粒子的波长粒子的波长位置、动量不确定关系位置、动量不确定关系二、二、二、二、不确定关系不确定关系不确定关系不确定关系三、三、三、三、定态薛定谔方程定态薛定谔方程定态薛定谔方程定态薛定谔方程总结总结 能量量子化能量量子化 一维无限深方势阱中的粒子一维无限深方势阱中的粒子一维无限深方势阱中的粒子一维无限深方势阱中的粒子 德布罗意波长量子化德布罗意波长量子化