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1、经典近代物理学史 兼谈诺贝尔物理学奖和一些技术物理实验中心近代物理实验室1完整版课件ppt历史回顾一、经典物理学的成就和基本观念一、经典物理学的成就和基本观念二、现代物理学革命的序幕二、现代物理学革命的序幕三、相对论的建立三、相对论的建立四、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五、原子结构理论的发展五、原子结构理论的发展六、原子核物理的建立与发展六、原子核物理的建立与发展七、传感及测量技术七、传感及测量技术2完整版课件ppt历史回顾（I）1900年普朗克量子论1905年爱因斯坦相对论开辟了现代物理学的新纪元研究范围在空间尺度上从亚核世界到整个字宙，在时间尺度上从小于
2、10-21秒到宇宙年龄3完整版课件ppt历史回顾（II）百多年前创立的麦克斯韦电磁场理论为无线电、电视、雷达的技术发明和庞大的工业电力网络以及现代通汛系统的建立奠定了理沦基础拉姆（美国）发明了微波技术，拉姆（美国）发明了微波技术，进而研究氢原子的精细结构；库什（美国）用射频束技术精确地测定出电子磁矩，创新了核理论，共同获得了1955年诺贝尔物理学奖微波实验基本知识和实验微波实验基本知识和实验4-1 反射式速调管的特性和反射式速调管的特性和波导工作状态的测量波导工作状态的测量4完整版课件ppt历史回顾（III） 磁光效应指的是具有固有磁矩的物质在外磁场的作用下，电磁特性发生变化，因而使光波在其内
3、部的传输特性也发生变化的现象。1845年，Michael Faraday首先发现了磁光效应，他发现当外加磁场加在玻璃样品上时，透射光的偏振面将发生旋转5完整版课件ppt历史回顾（IV）1877年John Kerr在观察偏振光从抛光过的电磁铁磁极反射出来时，发现了磁光克尔效应（magneto-optic Kerr effect）实验实验2-3 2-3 法拉第效应法拉第效应实验实验2-4 2-4 磁光克尔效应磁光克尔效应6完整版课件ppt历史回顾（V）本世纪20年代创立的量子力学理论为描述微观物体的行为提供了一个全新的框架，改变了我们最基本的测量原理，并为了解原子、分子和凝聚态物质的结构铺平了道路
4、。因而导致了诸如半导体、光通讯等新兴技术的崛起，并为研制奇异材料和激光器件开辟了道路7完整版课件ppt历史回顾（VI）1947年肖克莱、巴丁和布喇顿所发现的晶体管效应揭开了今天发生在我们周围的计算机革命的序幕。没有人能够知道这场革命最终将会如何改变我们的生活和人类社会，但是它所显露出的信息社会的近期前景巳十分诱人肖克利、巴丁、布拉顿因发明晶体管及对晶体管效应的研究共同获得了1956年诺贝尔物理学奖计算机的基本技术，计算机的仿真技术，计算机的数值计算技术8完整版课件ppt历史回顾（VII）实验实验5-4 5-4 计算机系统结构原理及组装调试计算机系统结构原理及组装调试 实验实验实验实验5-1 5
5、-1 计算机虚拟仿真物理实验计算机虚拟仿真物理实验实验实验5-2 5-2 计算机数值模拟实验（混沌系统计算机数值模拟实验（混沌系统 模型的一个例子）模型的一个例子）9完整版课件ppt一、经典物理学的成就和基本观念（一）经典力学和机械决定论（一）经典力学和机械决定论（二）热力学与能量和熵（二）热力学与能量和熵（三）经典电动力学和（三）经典电动力学和“以太以太”说说（四）经典物理学的完成和局限（四）经典物理学的完成和局限10完整版课件ppt由伽利略(15641642)和牛顿(16421727)等人于17世纪创立的经典物理学，经过18世纪在各个基础部门的拓展到19世纪得到了全面、系统和迅速的发展达到
6、了它辉煌的顶峰。到19世纪末，已建成了一个包括力、热、声、光、电力、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经典力学、经典电动力学、经经典力学、经典电动力学、经典热力学和统计力学典热力学和统计力学已臻于成熟和完善，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11完整版课件ppt（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，实现了近代物理学发展史上第一次理论大综合。在l687年出版的自然哲学的数学原理中，牛顿提出了动力学的三个基本原理和万有引力动力
7、学的三个基本原理和万有引力定律定律。利用变分法的数学方法和“最小作用量原理”的物理学基础建立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1834年由英国的哈密顿(18051865)提出了哈密顿哈密顿原理和正则方程原理和正则方程，建立了“分析力学”理论，实现了牛顿后力学理论的一个最大的飞跃12完整版课件ppt （二）热力学与能量和熵（二）热力学与能量和熵能量守恒原理的建立，使物理学思想和理论结构获得了辉煌的进展是19世纪自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熵原理的发现，实际上把演化的思想带进了物理学，指出了自然过程的不可逆性和历史性13完整版课件
8、ppt在经典力学和电磁场理论中，基本物理定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质性的意义14完整版课件ppt“统计力学”这个名称是1884年由美国物理学家吉布斯(1839一1903)首先提出的。吉布斯在麦克斯韦和玻耳兹曼思想的基础上，明确形成了“系综”概念，创立了系综统计方法。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综合15完整版课件ppt（三）经典电动力
9、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的准力学模型和“位移电流”假设，1864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16完整版课件ppt （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1895年前后，以经典力学、经典热力学和统计力学、经典电动力学为三大支柱的经典物理学，结合成一座具有雄伟的建筑体系和动人心弦的“美丽的殿堂”，达到了它的颠峰时期17完整版课件ppt在力学方面，与机械观相联系的
10、绝对时间、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力看作是一种瞬时传递的超距作用，这与19世纪发展起来的场物理学是根本对立的18完整版课件ppt在热学方面，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，已使经典力学的严格确定性出现了缺口19完整版课件ppt在光学和电磁学方面，作为光波与电磁波的传播媒介的“以太”，其令人难以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
11、一筹莫展。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背离20完整版课件ppt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 2放射性的发现 3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“以太”学说 2第二朵乌云“紫外灾难”21完整版课件ppt（一）（一）19世纪末的三大发现世纪末的三大发现22完整版课件ppt伦琴（Willhelm Konrad Rotgen, 1845-1923) 1901年，首届诺贝尔物理学奖授予德国物理学
12、家伦琴以表彰他在1895年发现的X射线。 23完整版课件ppt1X射线的发现射线的发现1895年11月伦琴发现X射线，一种具有强穿透力的新的射线，它是由阴极射线打到玻璃管壁上所产生的；它可以穿透厚达一千页的书、几厘米厚的木板、15毫米厚的铝片，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24完整版课件ppt劳厄 (Max von Laue ,1879-1960) 1914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X射线衍射。25完整版课件ppt亨利布拉格 劳伦斯布拉格 (William Henry
13、Bragg ,1862-1942) （William Lawrence Bragg, 1890-1971） 1915年诺贝尔物理学奖授予英国伦敦大学的亨利.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.布拉格以表彰他们用X射线对晶体结构的分析所作的贡献。 26完整版课件ppt1912年，德国物理学家劳厄才从晶体衍射的新发现判定X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中内层电子跃迁所发出的辐射劳厄（德国）发现晶体中的X射线衍射现象获得了1914年诺贝尔物理学奖WH布拉格、WL布拉格（英国）因用X射线对晶体结构的研究共同获得了1915年诺贝尔物理学奖实验4-2 微波布拉格衍射
14、27完整版课件ppt 贝克勒尔（Antoine Henri Becquerel ,1852 -1908） 1903年诺贝尔物理学奖一半授予法国物理学家亨利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家皮埃尔居里（Pierre Curie ,1859 -1906）和玛丽斯可罗夫斯卡居里（Marie 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。 居里夫妇28完整版课件ppt2放射性的发现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，而且纯金属铀
15、的辐射比铀化合物强许多倍，铀辐射不但能使底片感光，还能使气体电离变成导体波兰出生的物理学家玛丽居里当时选择了放射性物质作为她博士论文的题目29完整版课件ppt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，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为“放射性”，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1903年诺贝尔物理学奖30完整版课件ppt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。这个理
16、论虽然受到了门捷列夫和开尔文等科学泰斗的激烈反对，但终因实验事实的不断证实而得到科学界的承认实验5-3 盖革弥勒计数器特性和放射性核衰变统计规律的模拟实验（碳14）31完整版课件pptJ.J.汤姆孙爵士（Sir Joseph Thomon,1856-1940） 1906年诺贝尔物理学奖授予英国剑桥大学的J.J.汤姆孙爵士以表彰他对气体导电的理论和实验所作的贡献。 32完整版课件ppt3电子的发现英国物理学家J.J.汤姆逊支持带电微粒说。于1897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的千分之一，而其速度大约在109厘米/秒的数量级33完整版课件ppt约瑟夫汤姆生（J.J.汤姆逊）（英国）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1906年诺贝尔物理学奖34完整版课件ppt（二）经典物理学的两朵乌云（二）经典物理学的两朵乌云1900年4月27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
