现代物理学革命(2011).ppt

现代物理学革命 * 思考题 1.简述19世纪末物理学三大实验发现的过程及其主要内容。 2.从物理学的发展中，我们可以得到哪些启示？ 3.物理学对其他自然科学或高新技术的发展有哪些影响？ 4.简述量子力学的基本理论观点 5.牛顿绝对时空观和相对论时空观有什么区别？ 6.简述狭义相对论和广义相对论的基本原理。 * * * * * * * * * 现代物理学革命 * 光物理的基础研究孕育了激光器的诞生 19世纪的科学家们进行了关于电磁波的卓越的研究 1905年爱因斯坦提出了光量子和光电效应的概念，揭示了辐射的波粒二象性 1916年爱因斯坦提出了受激辐射的概念 1900年普朗克引入的能量量子的概念 基础性、探索性研究 现代物理学革命 * 激光走向新技术的开发和工程应用阶段 1954年研制成第一台微波激射器 1958年美国的汤斯和苏联的巴索夫及普罗霍洛夫等人提出了激光的概念和理论设计 1960年美国的梅曼研制成功第一台红宝石激光器；贾万等人研制成氦氖激光器。 我国的第一台激光器于1961年在长春光机所创制成功 光物理的基础研究孕育了激光器的诞生 现代物理学革命 * 绚丽多彩的激光 应用：金属加工、医疗、武器、通讯、光盘信息存储、全息技术、科研 …… 现代物理学革命 * 激光的高方向性 例：口径为1 mm 的激光器，发散角θ～ 7.7×10-4弧度， 如将其扩束到5m，则θ～ 1.5×10-7弧度。 现代物理学革命 * 1960年人类第一支激光器诞生（谐振腔光放大 ） 比太阳亮度高8个数量级(几千万倍） 高亮度 现代物理学革命 * 原子发光的量子理论 闪光法（氪灯 ），气体放电（氦氖激光器） 激光的颜色极纯-单色性强 现代物理学革命 * 四十多年来，激光器的品种迅速增加： 半导体激光器 固体激光器（半导体激光泵浦） 化学激光器（HF/DF激光、氧碘化学激光器、CO2激光、燃料激光、氦氖激光） 自由电子激光器 x射线激光器 准分子激光器 金属蒸气激光器等。 激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响 铜蒸气激光 现代物理学革命 * 激光器的输出水平不断提高： 中、小功率器件 高功率、高能量激光器； 脉冲体制从连续波、准连续波到各种短脉冲、超短脉冲的激光。 连续的高能激光单次输出能量已达百万焦耳以上； 超短脉冲：纳秒 皮秒 费秒 阿秒 脉冲功率密度则可高达1020瓦/cm2以上。 激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响 现代物理学革命 * 输出激光的频率覆盖着越来越广的范围： 长至亚毫米（太赫兹） 短至x射线 γ激光也在探索中，分立的激光谱线达几千条； 输出激光的光束质量，好的可达近衍射极限。 激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响 现代物理学革命 * 激光应用的开创性表现在 ： ① 激光光谱技术比传统的分辨率提高了百万倍，灵敏度提 高了百亿倍； ② 激光为信息技术开拓了丰富的频率资源； 布满全球的光纤网，加上卫星通信网，形成了信息高速公路的基础； 光存储、激光全息、激光照排、打印及条码扫描技术等，提供了全新的多样化的信息服务。 激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响 现代物理学革命 * ③ 激光可在很小的区域上聚焦很高的功率密度： 在工业制造中可进行精确的切削和表面改性 做精密的医疗手术 作用于微型靶实现激光核聚变。 激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响 现代物理学革命 * ④ 激光技术开辟了崭新的军事应用，包括： 激光瞄准、制导、测距 激光雷达 激光陀螺 激光引信 激光致盲传感器 高能强激光武器等。 激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响 三、物理学与宇航工程 现代物理学革命 * 物理学为宇航奠定理论基础 宇航学的开端与物理学的进展密不可分。正是物理学的基础和现代技术的发展才使“嫦娥奔月”的佳话和“万户”航天的理想得以变为现实。 现代物理学革命 * 17世纪开普勒通过计算，发现行星沿椭圆轨道运行等开普勒三定律 1957年10月苏联成功发射了世界上第一颗人造卫星，这是人类航天历史上的一个里程碑 17世纪牛顿力学形成体系，认识了万有引力定律 物理学为宇航奠定理论基础 20世纪初叶，齐奥尔科夫斯基给出了三个宇宙速度的概念并精确计算了它们的数值。 现代物理学革命 * 低温物理的一个光辉篇章是超导体的研究。 四、物理学与其他工程技术 1911年发现超导现象 20世纪的最后十几年，高温超导研究取得重要进展 1957年BCS超导理论问世 1、物理学与超导技术 现代物理学革命 * 超导（1911年，K. Onnes） 当温度T降到一定值以下，通过各自和原子的相互作用，电子和电子之间可形成具有