近代物理總結(jié)

1、 狹 義 相 對 論一狹義相對論的基本原理一狹義相對論的基本原理二洛倫茲變換二洛倫茲變換三同時的相對性三同時的相對性四四 長度的收縮長度的收縮五五 時間的延緩時間的延緩六六 相對論質(zhì)量、質(zhì)量和動能相對論質(zhì)量、質(zhì)量和動能一狹義相對論的基本原理一狹義相對論的基本原理 1）相對性原理相對性原理：物理定律在：物理定律在所有所有的慣性系中的慣性系中都具有相同的數(shù)學表達形式，都具有相同的數(shù)學表達形式， 2）光速不變原理光速不變原理：真空中的光速是常量，它與：真空中的光速是常量，它與光源或觀察者的運動無關(guān)，即不依賴于慣性系的選擇光源或觀察者的運動無關(guān)，即不依賴于慣性系的選擇. 關(guān)鍵概念：前者是相對性，后者是

2、絕對性關(guān)鍵概念：前者是相對性，后者是絕對性 . 就是說，所有的慣性就是說，所有的慣性參考系都是等價的參考系都是等價的 .u c211二洛倫茲變換二洛倫茲變換z z yx xyuo o ss*) , , , (tzyx),(tzyxP2()1x utxx utyy zz 222()1utxucttxc 設(shè)設(shè) ： 時，時， 重合重合 ; 事件事件 P 的時空的時空坐標如圖所示坐標如圖所示 .0tt,oo洛倫茲變換式：洛倫茲變換式：結(jié)論結(jié)論 ：如果在一個慣性系中，在如果在一個慣性系中，在不同地點不同地點發(fā)生的兩發(fā)生的兩個事件是個事件是同時同時的，的， 在另一慣性系中觀察，則是在另一慣性系中觀察，則是

3、不同不同時時的，所以同時具有的，所以同時具有相對相對意義；只有在一個慣性系意義；只有在一個慣性系中中相同地點同時相同地點同時發(fā)生的兩個事件，在其他慣性系中發(fā)生的兩個事件，在其他慣性系中觀察也是觀察也是同時同時的的 .三同時的相對性三同時的相對性v x y o121236912369 x y o12xyov123691236912369221utxct 221uxc012ttt012xxx 車廂參考系：車廂參考系：同時（不同地）同時（不同地） 地面參考系：地面參考系：不同時不同時02001lll 洛倫茲收縮洛倫茲收縮: 運動運動物體在運動方向上長度物體在運動方向上長度收縮收縮 .212121xx

4、xx120lxxl12xxlxyozs1 x2 x0l y xu o z s1x2x（固有（固有長度）長度）四四 長度的收縮長度的收縮21tt固有固有時間時間 ：同一同一地點發(fā)生的地點發(fā)生的兩兩事件的時間間隔事件的時間間隔 .時間延緩時間延緩 ：運動運動的鐘走得的鐘走得慢慢 .0ttt固有時間固有時間xyosd12369123691x2x12369五五 時間的延緩時間的延緩2）相對論動量相對論動量021m vp六六 相對論質(zhì)量、質(zhì)量和動能相對論質(zhì)量、質(zhì)量和動能1）相對論質(zhì)量相對論質(zhì)量201mm0m靜質(zhì)量靜質(zhì)量 ：物體相對于慣性系靜止時的質(zhì)量：物體相對于慣性系靜止時的質(zhì)量 .mv22k0Emcm

5、 ck202EcmmcE相對論相對論質(zhì)能質(zhì)能關(guān)系關(guān)系 3）相對論動能相對論動能4） 動量與能量的關(guān)系動量與能量的關(guān)系22202cpEE量 子 物 理一一 黑體輻射和普朗克量子假設(shè)黑體輻射和普朗克量子假設(shè)二二 光電效應光電效應三三 光的波粒二象性光的波粒二象性四四 康普頓效應康普頓效應五五 德布羅意波德布羅意波六六 不確定關(guān)系不確定關(guān)系七七 波函數(shù)的統(tǒng)計詮釋波函數(shù)的統(tǒng)計詮釋1）黑體輻射實驗規(guī)律）黑體輻射實驗規(guī)律斯特藩斯特藩-玻耳茲曼定律玻耳茲曼定律黑體的輻出度與黑體的熱力黑體的輻出度與黑體的熱力學溫度的四次方成正比，學溫度的四次方成正比， 4TTM =5.6710-8W m-2 K-4為為斯特藩

6、斯特藩常量常量維恩位移定律維恩位移定律bTm Km10897. 23 b當黑體的熱力學溫度升當黑體的熱力學溫度升高時，與單色輻出度峰高時，與單色輻出度峰值相對應的波長值相對應的波長 m 向短向短波方向移動，波方向移動，)(TM 1700k1500k1300k一一 黑體輻射和普朗克量子假設(shè)黑體輻射和普朗克量子假設(shè)0d)()(TMTMsJ106260755. 634h普朗克常量普朗克常量 2 2） 普朗克量子假設(shè)普朗克量子假設(shè) h能量子能量子 為單元來吸為單元來吸收或發(fā)射能量收或發(fā)射能量. . 為了解決紫外災難問題，普朗克做出假設(shè)：為了解決紫外災難問題，普朗克做出假設(shè)：金屬金屬空腔壁中電子的振動可

7、視為諧振子，它吸收或者發(fā)射空腔壁中電子的振動可視為諧振子，它吸收或者發(fā)射電磁輻射能量時，不是經(jīng)典物理認為的那樣可以連續(xù)電磁輻射能量時，不是經(jīng)典物理認為的那樣可以連續(xù)的吸收或發(fā)射能量，而是以與振子的頻率成正比的的吸收或發(fā)射能量，而是以與振子的頻率成正比的h1h2h3h4h5h6), 3 ,2, 1(nnh 空腔壁上的帶空腔壁上的帶電諧振子吸收或發(fā)射能量應為電諧振子吸收或發(fā)射能量應為 二二 光電效應光電效應1） “光量子光量子”假設(shè)假設(shè)h光子的能量為光子的能量為2） 解釋實驗解釋實驗愛因斯坦方程愛因斯坦方程Wmh221v 對同一種金屬，對同一種金屬， 一定，一定， W 電子能否逸出，取決于電子能否

8、逸出，取決于入射光子的頻率，與光強無關(guān)入射光子的頻率，與光強無關(guān)hW0產(chǎn)生光電效應條件條件產(chǎn)生光電效應條件條件（截止頻率截止頻率）三三 光的波粒二象性光的波粒二象性hE hp 描述光的描述光的 粒子性粒子性 描述光的描述光的 波動性波動性EpcpcEE,00 光子光子 20222EcpE 相對論能量和動量關(guān)系相對論能量和動量關(guān)系hE （2 2）粒子性：粒子性： （光電效應等）（光電效應等）（1 1）波動性：波動性： 光的干涉和衍射光的干涉和衍射hhc04590135（相對強度）（相對強度）（波長）（波長）I00 在散射在散射X X 射線中除有射線中除有與入射波長相同的射線外，與入射波長相同的射

9、線外，還有波長比入射波長更長還有波長比入射波長更長的射線的射線 . 1920 1920年，美國物理學年，美國物理學家康普頓在觀察家康普頓在觀察X X射線被射線被物質(zhì)散射時，發(fā)現(xiàn)物質(zhì)散射時，發(fā)現(xiàn)散射散射線線中含有中含有波長波長發(fā)生發(fā)生變化變化了的了的成分成分. .四四 康普頓效應康普頓效應1）本實驗的本實驗的意義意義 光子假設(shè)光子假設(shè)的正確性，的正確性，狹義相對論力學狹義相對論力學的正確性的正確性 . 微觀粒子也遵守微觀粒子也遵守能量守恒能量守恒和和動量守恒動量守恒定律定律.2）討論討論 若若 則則 ,C00 與與 的關(guān)系的關(guān)系與物質(zhì)無關(guān)與物質(zhì)無關(guān)，是光子與近自由電子，是光子與近自由電子間的相互

10、作用間的相互作用. 散射中散射中 的散射光是因的散射光是因光子光子與金屬中的與金屬中的緊束縛緊束縛0電子電子（原子核）的作用（原子核）的作用.)cos1 ()cos1 (C0cmh康普頓公式康普頓公式可見光觀察不到康普頓效應可見光觀察不到康普頓效應.一個質(zhì)量為一個質(zhì)量為m的實物粒子的實物粒子 運動時，即具有以能量運動時，即具有以能量E和和動量動量P所描述的粒子性，也具有以頻率所描述的粒子性，也具有以頻率 和波長和波長 所描所描述的波動性，波動性和粒子性之間存在如下聯(lián)系：述的波動性，波動性和粒子性之間存在如下聯(lián)系： hE hP這種波稱為德布羅意波，也叫物質(zhì)波。這種波稱為德布羅意波，也叫物質(zhì)波。h

11、m v德布羅意波長公式德布羅意波長公式五五 德布羅意波德布羅意波海森伯不確定關(guān)系：對于微觀粒子海森伯不確定關(guān)系：對于微觀粒子不不能能同時同時用確定用確定的位置和確定的動量來描述的位置和確定的動量來描述 . 1） 微觀粒子微觀粒子同一方向同一方向上的坐標與動量上的坐標與動量不可能不可能同時同時準確測量準確測量,它們的精度存在一個終極的不可逾越它們的精度存在一個終極的不可逾越的限制的限制 . 2） 不確定的根源是物質(zhì)的不確定的根源是物質(zhì)的“波粒二象性波粒二象性”，這是自然界的根本屬性這是自然界的根本屬性 .hpyyhpxxhpzz不確定關(guān)系不確定關(guān)系物理意義物理意義六六 不確定關(guān)系不確定關(guān)系2 某一時刻出現(xiàn)在某點附近在體積元某一時刻出現(xiàn)在某點附近在體積