高二物理竞赛绪论物理学的发展课件

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拉第-麦克斯韦电磁场理
论的建立为标志 自信是成功的第一秘诀
困,你是人类艺术的源泉,你将伟大的灵感赐予诗人。 困,你是人类艺术的源泉,你将伟大的灵感赐予诗人。
电力和无线电通讯:开始 沧海可填山可移,男儿志气当如斯。
雄心志四海,万里望风尘。 鹰爱高飞,鸦栖一枝。
工业电气化进程,导致第 有志者自有千方百计,无志者只感千难万难。
——玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)
§0-2 自然界的物理图象 ——玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)
•1995年,麻省理工
学院的Ketterle和科 随后,Einstein将Bose的结论推广到有质量的原子系统,并且预言了一个非常吸引人的量子现象:极低温度下,气体原子可聚集到同一个量子态上
第2次突破:以18、19世纪热力学理论和气体分子动理论的建立为标志 费米利用“中微子”的假设,提出核衰变过程
上海磁悬浮
● 历史上物理与技术的关系大致有两种模式:

技术 物理 技术 (以第一次工业革命为标志)

物理 技术 物理 (以电气化进程为标志)
爱因斯坦 受激辐射理论 (1917) (物理) 量子力学
费米-狄拉克统计
固体能带理论
(20年代)
第一台激光 器诞生 (1960)
现代光学
(技术)
(物理)
《淮南子·原道训》注
——《三苍》
1. 时间
无尽的过去与无尽的未来
宇宙年龄:约10171018s
粒子最短寿命:约10-25s
时间测量跨越1042-43量级
2. 空间 1光年(l. y) 9.51015 m
宇宙线度:约1026m (200亿l.y ) 层子(夸克 guark):约10-20m
空间测量跨越1046量级
一、物质存在的形态
固体
凝聚态
液体
A 实物 非凝聚态
气体 等离子体
物质第五态:玻色-爱因斯坦凝聚态 (1995年)
•1924年,S. N. Bose将光子作为全同粒子 推导黑体辐射Planck公式的论文寄给A. Einstein,Einstein将其译成德文并发表 •随后,Einstein将Bose的结论推广到有质 量的原子系统,并且预言了一个非常吸引 人的量子现象:极低温度下,气体原子可 聚集到同一个量子态上
物质第六态:费米子凝聚态(2004年)
1687年发表划时代著作:
Ketterle纳原子气中实现的BEC
物质第六态:费米子凝聚态(2004年)
• 1995年科罗拉多大学 三、物质基本属性之一 ——质量
180(150)亿年前密度极高的宇宙大爆炸
的Deborah Jin在同事 Ketterle纳原子气中实现的BEC
1892年研制的蒸汽机车
宇宙年龄:约1017 1018s
物质形态 运动定律:在力作用下物体的运动规律
1687年发表划时代著作:
使我们不会飞向空间并维持着宇宙中 星系的稳定,支配着宇宙的膨胀。
时间、空间是物质存在的条件
BEC和费米子凝聚态都是物质在量 (1)强作用:原子核结合力,它使原子核牢固地保持为一个整体(短程:约10-15m)
强相互作用的1/1038-42,
1687年发表划时代著作:
180(150)亿年前密度极高的宇宙大爆炸
• Jin的研究小组利用过度冷却( ) 无尽的过去与无尽的未来
1900年英国物理学家开尔文展望20 世纪科学: 宇宙线度:约1026m (200亿l.
两千万分之一度
的钾原子实现了费米子凝聚,创造出新的 物质第五态:玻色-爱因斯坦凝聚态(1995年)
“如果说我看得远,那是因为我站 在巨人的肩上”
第2次突破:以18、19世纪 热力学理论和气体分子动理 论的建立为标志
蒸汽机:导致以解决动力 机械为主导的第一次工业 革命
1892年研制的蒸汽机车
开尔文 1824~1907
瓦特
第3次突破:以19世纪法 沧海可填山可移,男儿志气当如斯。
雄心志四海,万里望风尘。 人生志气立,所贵功业昌。 立志难也,不在胜人,在自胜。
Ketterle
Cornell
Wieman
1892年研制的蒸汽机车 强相互作用的1/137, ① 暗物质由什么构成?
实验上实现了BEC
1995年科罗拉多大学的Deborah Jin在同事BEC研究基础上开始费米子凝聚研究
强相互作用的1/1038-42,
时间、空间是物质存在的条件
时间测量跨越1042-43量级
电磁
作用
维系住了原子,支配着光和无线电波的
传播,引起化学反应。在原子中,使电子
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ不会飞走。
引力 作用
使我们不会飞向空间并维持着宇宙中 星系的稳定,支配着宇宙的膨胀。

作用
维持了原子核的稳定。

作用
导致了某些放射性核的衰变。
“但是,在物理学晴朗天空的远处, 还有 两朵小小的令人不安的乌云”
——黑体热辐射实验
相对论和量
——迈克耳逊-莫雷实验 子力学
引发物理学的革命风暴
相对论
量子力学
近代物理的理 论基础
物理学进一步发展:
核物理、半导体物理、 固体物理、激光物理
高新技术——核能、晶 体管、激光、大规模集 成电路、计算机等:导 致第三次工业革命
180(150)亿年前密度极高的宇宙大爆炸 出现质子、中子、电子、光子、星系、生命等
子状态下的形态
物质存在的形态之B
引力场
电场、磁场
稳恒场
B

物质内强作用场、 弱作用场
运动的场 ——电磁场(波)
二、物质存在的条件
时间、空间是物质存在的条件
“宇”——空间 “宙”——时间
四方上下曰宇,古往今来曰宙
0-1 历史的透视
一、17〜19世纪 ——经典物理
第1次突破:以17世 纪牛顿力学的建立为 标志
1687年发表划时代著作:
《自然哲学的数学原理》
建立两个定律 运动定律:在力作用下物
体的运动规律
万有引力定律:物体间相 互作用的规律
●罗伯特·胡克 ——英国历史上第一位职业科 学家
●莱布尼兹数学上的争论
质量
四、物质间的相互作用 ——自然力
物质的基本属性之一
1. 四种相互作用的自然力
(1)强作用:原子核结合力,它使原子 核牢固地保持为一个整体(短程: 约10-15m)
(2)弱作用:引起粒子间的某些过程,
如: 衰变(短程:约10-18m)
β衰变中放出电子和中微子之间只有弱力作用
强度是强相互作用力的1/1013
在年轻人的颈项上,没有什么东西能比事业心这颗灿烂的宝珠。 有志始知蓬莱近,无为总觉咫尺远。
贫穷是一切艺术职业的母亲。 壮志与毅力是事业的双翼。
二次工业革命
谁不向前看,谁就会面临许多困难。
志正则众邪不生。
器大者声必闳,志高者意必远。
经典励志短句(二)
志之所向,金石为开,谁能御之?
贫穷是一切艺术职业的母亲。
• 费米利用“中微子” 的假设,提出核衰变
(3)电磁作用:发生在电荷间(电作用)、 运动电荷间(磁作用)的相互作用(长 程作用)
强相互作用的1/137,
(4)引力作用:物体间表现出的固有的 相互作用(长程作用) ——最弱的一种
强相互作用的1/1038-42,
宏观物体间所能观测的是电磁和 引力作用
各力的作用
——分享2001年度诺 180(150)亿年前密度极高的宇宙大爆炸
宇宙年龄:约1017 1018s
1687年发表划时代著作: ——迈克耳逊-莫雷实验 第一台激光器诞生(1960)
贝尔物理学奖
它可能不带电,质量也非常小,同周围的相互作用力很弱,所以就不知不觉地从测量仪器下溜走了--- “中微子。
出现质子、中子、电子、光子、星系、生命等
弱作用
● β衰变过程中,原子核内中子衰变成质子而失 去的能量。然而,实验结果表明,电子所带走 的能量,总比原子核应该放出的能量少得多。
●大胆的青年物理学家泡利,于1933年提出了一 个崭新的理论:在微观世界,确实存在着一个 “窃能贼”,把原子核内释放的一部分能量偷 走了。它可能不带电,质量也非常小,同周围 的相互作用力很弱,所以就不知不觉地从测量 仪器下溜走了--- “中微子。
宇宙大爆炸说
1946年伽莫夫提出大爆炸学说:
•180(150)亿年前密度极高的宇宙大爆炸
•宇宙膨胀
温度下降
•出现质子、中子、电子、光子、星 系、生命等
三、物质基本属性之一 ——质量
质量 内涵
惯性的大小 引力的大小
能量的多少
质量 分类
动质量
——物体的质量与 运动有关
静质量 ——物体静止时的
§0-2 自然界的物理图象 (3)电磁作用:发生在电荷间(电作用)、运动电荷间(磁作用)的相互作用(长程作用)
无尽的过去与无尽的未来 物质第六态:费米子凝聚态(2004年) 粒子最短寿命:约10-25s
BEC研究基础上开始
费米子凝聚研究 1900年英国物理学家开尔文展望20 世纪科学:
1892年研制的蒸汽机车
罗拉多大学的 (3)电磁作用:发生在电荷间(电作用)、运动电荷间(磁作用)的相互作用(长程作用)
高新技术——核能、晶体管、激光、大规模集成电路、计算机等:导致第三次工业革命
Wieman和 Cornell在 “但是,在物理学晴朗天空的远处, 还有两朵小小的令人不安的乌云”
β衰变过程中,原子核内中子衰变成质子而失去的能量。 Einstein,Einstein将其译成德文并发表
晶体管诞生(1947)
集成电路 (1962) 大规模集成电路
微结构物 理
(70年代后期)
21世纪~x世纪
微观世界 两大疑问
① 弱相互作用中宇称不守恒 ② 自由夸克没有观测到
“真空”
宇宙中的 ① 暗物质由什么构成? 两大疑问 ② 类星体缘何具有巨大能量?
黑洞?灰洞!
§0-2 自然界的物理图象
自然界由物质组成,一切物质都处于 永不停息的运动中
丈夫志气薄,儿女安得知?
儿童有无抱负,这无关紧要,可成年人则不可胸无大志。
褴褛衣内可藏志。
志之所趋,无远勿届,穷山复海不能限也;志之所向,无坚不摧。
丈夫志气薄,儿女安得知?
二、20世纪 ——近代物理
1900年英国物理学家开尔文展望20 世 纪科学:
“在已经基本建成的科学大厦中,后 辈物理学家只要做一些零碎的修补工 作就行了”
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