授課教師XXX第十四章近代物理及其應用簡介第一節(jié)狹義相對論及其應用簡介第二節(jié)量子物理及其應用簡介第十四章近代物理及其應用簡介14.1狹義相對論及其應用簡介了解狹義相對論的兩條基本原理，理解洛倫茲坐標變換。了解狹義相對論時空觀的主要觀點，理解狹義相對論動力學的幾個重要結論。了解狹義相對論的實踐應用。學

習

要

求情境與問題導航衛(wèi)星上原子鐘的計時與地面時間一樣嗎？1慣性參考系牛頓力學的困難一、慣性參考系牛頓力學的困難慣性參考系:牛頓運動定律成立的參考系稱為慣性參考系．絕對時間:時間均勻流逝,與物質運動無關,所有慣性系有統(tǒng)一的時間.

牛頓力學的相對性原理,在宏觀、低速的范圍內,是與實驗結果相一致的.但在高速運動情況下則不適用.

絕對空間:空間與運動無關,空間絕對靜止.空間的度量與慣性系無關,絕對不變．一、慣性參考系牛頓力學的困難

邁克耳孫-莫雷實驗否定了“以太”的存在為相對論的提出提供了決定性的實驗證據2狹義相對論基本原理洛倫茲變換二、狹義相對論基本原理洛倫茲變換20世紀最偉大的物理學家之一,1905年、1915年先后創(chuàng)立狹義和廣義相對論,1905年提出了光量子假設,1921年獲得諾貝爾物理學獎,

還在量子理論方面有重要貢獻.1.狹義相對論的基本原理二、狹義相對論基本原理洛倫茲變換①相對性原理②

光速不變原理物理定律在所有慣性系中都具有相同的表達形式.

真空中的光速是常量，沿各個方向都等于c

，與光源或觀測者的運動狀態(tài)無關.2.洛倫茲變換二、狹義相對論基本原理洛倫茲變換設時，重合①

洛倫茲坐標變換式經典極限條件下,洛倫茲變換退化為伽利略變換，這表明在低速情況下，經典力學的描述是適用的。2.洛倫茲變換二、狹義相對論基本原理洛倫茲變換設時，重合②

洛倫茲坐標逆變換式3狹義相對論的時空觀和動力學基礎三、狹義相對論的時空觀和動力學基礎1.同時的相對性

在一個慣性系中不同地點同時發(fā)生的事件在另一個與之作相對運動的慣性系中觀察并不是同時發(fā)生的。三、狹義相對論的時空觀和動力學基礎2.時間延緩（動鐘變慢）

在相對于事件運動的參考系中，觀測事件發(fā)生的時間間隔變大了，稱為時間延緩或動鐘變慢效應。

飛船上的時鐘測量到的時間間隔為固有時間?t'=50s解

地面上的時鐘測量的時間隔為三、狹義相對論的時空觀和動力學基礎三、狹義相對論的時空觀和動力學基礎3.長度收縮（動尺變短）

相對于細棒運動的坐標系中，測量得到的運動長度要比細棒在相對靜止的坐標系中測得的固有長度短一些。

4相對論質量與動量四、相對論質量與動量1.相對論質量靜止質量：m02.相對論動量當

時當

時

5相對論能量與質能關系四、相對論能量與質能關系1.相對論動能靜止質量：m02.質能關系

靜止能量：

物體靜止時所具有的能量.3.總能量

相對論能量和質量守恒是一個統(tǒng)一的物理規(guī)律.6相對論動量與能量的關系六、相對論動量與能量的關系1.相對論動量和能量之間的關系

光子

例2靜止的電子經過106V高壓加速后，其質量、速率、動量各為多少？電子的靜能為解靜止的電子經過高壓加速后，其動能為三、狹義相對論的時空觀和動力學基礎

考慮相對論效應，電子的質量為

電子的動量大小

知識拓展狹義相對論應用1.質能關系，在核能和核武器的發(fā)展中起到了關鍵作用；2.粒子動量、能量和相互作用關系為粒子加速器的設計和高能物理實驗的解釋提供了支持；3.光速是物質傳播的極限速度，在通信技術和光學領域的發(fā)展中具有重要影響；4.狹義相對論還是激光技術的發(fā)展，以及光學時鐘的設計和測量的理論基礎。科技與物理衛(wèi)星導航應用導航衛(wèi)星向地面接收器發(fā)射信號的示意圖能源與物理原子核能應用秦山核電基地1.2.狹義相對論基本原理

洛倫茲變換

狹義相對論的時空觀和動力學基礎

感謝***【查閱資料】通過查閱資料，了解光伏發(fā)電的物理原理和我國光伏發(fā)電的規(guī)模。【作業(yè)】PX14-X；14-X第一節(jié)狹義相對論及其應用簡介第二節(jié)量子物理及其應用簡介第十四章近代物理及其應用簡介14.2量子物理及其應用簡介了解黑體的概念，普朗克量子假說及其意義，理解光電效應和康普頓效應的實驗規(guī)律；知道愛因斯坦光電效應方程、康普頓散射公式。了解波函數及其統(tǒng)計解釋；理解不確定關系的物理意義。了解量子物理的實踐應用。學

習

要

求情境與問題九章量子計算機采用的是光量子技術。什么是光量子呢？1量子理論的產生一、量子理論的產生1.普朗克量子假設黑體：能吸收所有外來電磁輻射的物體

普朗克量子假設是量子力學的里程碑.

一、量子理論的產生2.光電效應光電效應：物體在光照射下發(fā)射電子的現象對某種金屬來說，只有入射光的頻率大于某一頻率

0時，電子才會從金屬表面逸出.

0稱為截止頻率或紅限頻率,僅與金屬的種類相關.只要照射光的頻率超過金屬的截止頻率，即使光的強度非常微弱，金屬表面也能在極短的時間內發(fā)射出電子.無法用經典電磁理論解釋.愛因斯坦提出了光量子(光子)假說

電子的逸出功W：即電子為克服金屬表面的束縛力而需要做的功

解三、狹義相對論的時空觀和動力學基礎

一、量子理論的產生3.康普頓效應4.德布羅意波光子電子

1920年，美國物理學家康普頓在觀察X

射線被物質散射時，發(fā)現散射線中含有波長發(fā)生了變化的成分——散射束中除了有與入射束波長

0相同的射線，還有波長

>

0

的射線.用經典物理學理論無法解釋.愛因斯坦的光子理論，從光子與電子碰撞的角度,可解釋實驗現象

康普頓波長1924年，法國物理學家德布羅意在博士論文《關于量子理論的研究》中提出把粒子性和波動性統(tǒng)一起來。假設：實物粒子具有波粒二象性2量子力學簡介二、量子力學簡介1925年，奧地利物理學家薛定諤首先提出用物質波的波函數描述微觀粒子的運動狀態(tài)。

自由粒子波函數動量為、能量為的粒子平面簡諧波的波函數

或約化普朗克常量物質波也稱為概率波

概率密度:t時刻，粒子在空間處單位體積中出現的概率.波函數必須滿足單值、有限、連續(xù)的條件,且1.波函數1927年，海森伯提出：粒子在某方向上坐標的不確定度與該方向上動量的不確定度乘積必不小于約化普朗克常數除以2，即:

2.不確定關系電子單縫衍射實驗驗證:縫越窄，電子在底片上的分布范圍就越寬。二、量子力學簡介

解

二、量子力學簡介

電子在任一時刻沒有完全確定的位置和速度，故不能看成經典粒子。1926年薛定諤提出了適用于低速情況的物質波函數所滿足的方程，即薛定諤方程：3.薛定諤方程二、量子力學簡介為粒子的勢能如果勢能不顯含時間，粒子處于定態(tài)，定態(tài)波函數為：粒子在一維空間運動粒子在空間各點出現的概率密度定態(tài)薛定諤方程（不含時的薛定諤方程）薛定諤方程是量子力學中最基本的方程知識拓展量子力學應用1.基于量子物理學的原理，科學家們建立了固體導電理論，并發(fā)現了絕緣體、半導體、導體、超導體的微觀機制；2.半導體工業(yè)，包括電路板、電腦芯片、發(fā)光二極管、光伏電池、顯示器等，都得益于量子物理的深入研究；3.在醫(yī)療領域，醫(yī)院檢查的檢查設備，都是基于量子效應實現的；4.基于量子物理學，科學家已經開發(fā)出了一系列尖端的觀測工具；5.核電站的發(fā)電、衛(wèi)星導航系統(tǒng)、高精度磁測量、光譜檢測技術等，都或多或少依賴于對量子現象的理解。科技與物理光電倍增管及應用光電倍增管光電倍增管是一種將極微弱的光信號轉化為電信號的真空器件。它能夠使進入的微弱光信號增強至原來的100多倍，從而使光信號可以被測量。科技與物理光電倍增管及應用PET系統(tǒng)：其成像探頭的關鍵部件之一就是光電倍增管。以宇宙線觀測研究為核心目標的國家重大科技基礎設施“拉索”的水切倫科夫探測器陣列中，光電倍增管是接收從宇宙奔騰而來