十九世纪物理学的成就和危机第四讲汇总.ppt

* * * * * * * * CT 是“Computed Tomography”的缩写,是计算机断层扫描成像。 * * 原来叫贝克勒耳射线，后来居里夫人取名放射性射线。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 3.1 “以太漂移”的探索 一．“超距作用”与“媒递作用” 牛顿的“超距作用” 观点：作用力以无限大的速度“超”越空间“距”离，一下子从一个物体传到另一个物体 。 笛卡儿的“媒递作用”：这种作用是由一种相应的媒质“以太”来传递的。 以太真的存在吗？ 历史上一些物理学家设计各种实验，希望通过运动参考系中所发生的物理现象，找出一种发现绝对运动并测出绝对速度的方法来。1887年，迈克耳孙-莫雷企图利用光干涉的方法，确定“以太”的存在。 迈克耳孙-莫雷实验 G T S 迈克尔孙认为：如果确实存在以太，而且它在宇宙中是静止不动的，那么，当地球在“以太海洋”中运动时，在地球上向不同方向发射的光对于地球将有不同的速度，改变光的传播方向，干涉条纹就会发生移动。 迈克尔孙干涉仪 T G S “以太”风 S T G “以太”风 设法使一束顺着地球运动方向的光与一束垂直此方向的光发生干涉效应，并显示出干涉条纹，然后将干涉仪转过90O，于是，原来顺着地球运动方向的光束成为垂直此方向的光束，原来垂直与此方向的光束成为逆着此方向的光束。这样，如果以太风向地球迎面扑来的话，根据干涉图样应移动0.4个条纹，当时迈克尔孙干涉的实验精度已经能观察到0.01条纹的移动。 结果：未发现条纹有丝毫移动！ 经典物理学的第一朵乌云 迈克耳孙–莫雷实验 放弃哥白尼的日心说 放弃以太 第一朵乌云 1905年，爱因斯坦发表《论运动物体的电动力学》，宣布：“以太是多余的”。 紫外灾难 黑体辐射的经典规律 黑体辐射问题是研究热辐射与周围环境处于平衡态时的能量按波长（频率）的分布问题。 热辐射：由于物体中分子、原子受到热激发而发射电磁波辐射的现象。 黑体辐射规律的探索 单色辐出度：物体从单位面积上发射的，波长介于?和?+d?之间的辐射功率dE?与d?之比。 单色辐出度是波长和温度的函数，它反映了在一定的温度下，辐射能量按波长的分布。 4 0 1 2 3 1700K 1100K 1300K 1500K 黑体：能吸收一切外来辐射，而无反射的物体。 黑体是最理想的发射体 4 0 1 2 3 斯忒藩-玻尔兹曼定律： 物体的辐出度与温度的四次方成正比 斯忒藩常数： 维恩位移定律： 能谱分布曲线的峰值对应的波长? m与温度 T的乘积为一常数。 维恩定律： （c2和c3为经验参数） 4 0 1 2 3 5 6 7 8 9 维恩线 瑞利-金斯定律： 4 0 1 2 3 5 6 7 8 9 瑞利-金斯线 经典理论在短波区域的失败成为“紫外灾难”。 普朗克经验公式： 4 0 1 2 3 5 6 7 8 9 普朗克常数： 经典理论的基本观点： （1）电磁辐射来源于带电粒子的振动，电磁波的频率与振动频率相同。 （2）振子辐射的电磁波含有各种波长，是连续的，辐射能量也是连续的。 （3）温度升高，振子振动加强，辐射能增大。 普朗克量子假设： 对于频率为?的振子，振子辐射的能量不是连续的，而是分立的，它的取值是某一最小能量h?的整数倍。 （n = 1，2，3…） × ? 2马克硬币上的普朗克 普朗克诞辰150周年纪念币 1900年12月24日，普朗克在法国物理学会的圣诞会上宣读了题为《关于正常光谱的能量分布定律》的论文，提出了与经典物理学格格不入的能量量子化假设： 普朗克于1918年度诺贝尔物理学奖。 19世纪和20世纪之间物理学上一系列新发现的重大意义在于：  第一，破除了物理学已经达到“绝对真理”的思想，敞开了通往微观高速领域的大门，发现了物理学的新的生长点。 第二，暴露了经典物理学的局限性，冲击和动摇了经典物理学中一系列基本概念和基本规律，如质量、能量的概念；质量与运动的关系；质量与能量的关系等等，揭开了物理学革命的序幕。 第三，给当时占统治地位的形而上学机械论的自然观以巨大打击，证实和丰富了辩证唯物主义的哲学。 总之，世纪之交物理学上的这些重大发现，决不是物理学的“危机”，而是一场伟大革命的序幕，人类对自然界的探索是永无止境的。 * * * * * * * * * * * * * * * 十九世纪物理学的成就和危机 第四章 十九世纪物理学的成就和危机 本章内容 经典物理框架的完善 世纪之交物理学的三大发现 世纪之交的两朵乌云 开尔文 麦克斯韦 伦琴 J.