量子论初步相对论简介.ppt
,本课件主要使用工具为office2003，Mathtype5.0,几何画板4.0,flashplayer10.0,4 量子论初步相对论简介,光相对论电磁振荡与电磁波,第十二章,1.能量子假设物质发射(或吸收)能量时，能量是，而是一份一份地进行的，每一份就是一个最小的能量单位，这个不可再分的能量单位称为“能量子”，它的数值等于辐射的频率乘以一个常量h，即=h.常数h则被叫做普朗克常数，实验测得h=6.6310-34Js,不连续的,2.光的波粒二象性干涉、衍射和偏振以无可辩驳的事实表明光是一种；光电效应和康普顿效应又用无可辩驳的事实表明光是一种；因此现代物理学认为：光具有波粒二象性.,波,粒子,3.物质波(德布罗意波)由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任何运动着的物体上去，得出物质波(德布罗意波)的概念：任何一个运动着的物体都有一种波与它对应，该波的频率=，该波的波长=.物质波是一种 波.,概率,4.不确定性关系由不确定性关系，x、px不可能同时为零，即粒子坐标和相应方向的动量不能同时测定准确.x测得越准，即x越小时，px测得越不准，即px越大.当精确确定粒子坐标x(如x0)时，则Px必然无法精确测量(x0时，px)，反之亦然.不确定性关系是微观粒子具有 的必然反映.对微观粒子不能用坐标和动量描述其运动状态.,波粒二象性,5.经典力学的局限性 牛顿经典力学的适用范围：、.在高速运动情况下，代替了经典力学；对于原子、质子、电子等微观粒子，代替了牛顿力学.从参考角度来看，牛顿运动定律在 中才成立，在 中不成立.,宏观物体,低速运动,相对论力学,量子力学,惯性系,非惯性系,6.相对论的基本原理（1）相对性原理相对性原理是不断发展和演化的.伽利略相对性原理：一切力学规律在所有惯性参考系中都相同.狭义相对性原理：一切物理规律在所有惯性参考系中都相同.广义相对性原理：一切物理规律在所有参考系中都相同.,（2）光速不变原理光在真空中的速度在任何参考系中都是相同的.7.相对论的基本结论（1）高速运动的物体质量与速度有关：,(2)动尺变短：(3)动钟变缓：(4)同时的相对性(5)相对论速度变换：,1.怎样理解波粒二象性？波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义.波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性，是一份能量.(1)个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性.(2)高的光子容易表现出粒子性；低的光子容易表现出波动性.,(3)光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性.(4)由光子的能量=h，光子的动量 表示式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量频率和波长.由以上两式和波速公式c=还可以得出：=pc.,2.怎样理解物质波是一种概率波？物质波，又叫德布罗意波，是法国物理学家德布罗意于1924年提出来的，其内容是：一切实物粒子也都具有波粒二象性.如原来认为是粒子的电子、质子、中子、原子等在运动状态下都具有波粒二象性.,在德布罗意提出物质波的概念之后，物理学家们曾经提出了关于物质波属于什么性质的波的多种解释，1926年，物理学家波恩提出了符合事实的，为大家公认的统计规律，统一了粒子概念和波动概念.一方面微观粒子具有集中的能量、质量和动量；,另一方面它们在各处的出现具有一定的概率，由这个概率可以算出它们在空间的分布，这种分布又与波动规律一致.物质波在某一地方的强度跟在该处找到粒子的概率成正比.按照波恩的解释，物质波是一种概率波.对于概率波，一般情况下不能用确定的坐标来描述它们的位置，也无法用轨迹来描述它们的运动，但它们在空间各处出现的概率却是受波动规律支配的.,用统计规律总结出来的物质波的特性，能很好地解释电子等微观粒子的衍射现象.电子流通过金属薄片光栅后，物质波发生衍射.有的地方由于波的叠加而使物质波的强度增大，电子到达这里的几率就大，,因而到达这里的电子数就较多，有的地方由于波的叠加而使物质波的强度减小甚至为零，电子到这里的几率就较少甚至为零，因而到达这里的电子数很少甚至没有.可见，具有物质波的微观粒子与光子很相似，都同时具有波动性和粒子性，也都属于概率波.,3.不确定性关系的物理意义和微观本质(1)物理意义：微观粒子不可能同时具有确定的位置和动量.粒子位置的不确定量x越小，动量的不确定量px就越大，反之亦然.(2)微观本质：是微观粒子的波粒二象性及粒子空间分布遵从统计规律的必然结果.不确定性关系式表明：,微观粒子的坐标测得愈准确(x0)，动量就愈不准确(px)；微观粒子的动量测得愈准确(px0)，坐标就愈不准确(x).但这里要注意，不确定性关系不是说微观粒子的坐标测不准；也不是说微观粒子的动量测不准；更不是说微观粒子的坐标和动量都测不准；而是说微观粒子的坐标和动量不能同时测准.,为什么微观粒子的坐标和动量不能同时测准?这是因为微观粒子的坐标和动量本来就不同时具有确定量.这本质上是微观粒子具有波粒二象性的必然反映.由以上讨论可知，不确定性关系是自然界的一条客观规律，不是测量技术和主观能力的问题.,不确定性关系提供了一个判据：当不确定性关系施加的限制可以忽略时，可以用经典理论来研究粒子的运动.当不确定性关系施加的限制不可以忽略时，只能用量子力学理论来处理问题.,1.光的波粒二象性 在光的双缝干涉实验中，在光屏上放上照相底片，并设法减弱光的强度.使光子只能一个一个地通过狭缝，设每个光子在狭缝上通过，打在底片上就留下一点.则(),ABC,A.若曝光时间不太长，则在底片上出现一些无规则的点B.若曝光时间足够长，则底片上出现干涉条纹C.这个实验表明光具有粒子性D.这一实验结果表明光只有波动性,对光的波粒二象性的说法中，正确的是()A.有的光是波，有的光是粒子B.光子和电子是同样的粒子C.光的波长越长，其波动性越显著D.光的频率越高，其波动性越显著 波粒二象性是光的本身属性，即光子本身就具有波动性和粒子性.高的光子容易表现出粒子性；低的光子容易表现出波动性.,C,2.物质波 试估算一个中学生在跑百米时(用时约14s)的德布罗意波的波长.估计一个中学生的质量m50kg，百米跑时速度v7m/s，则由计算结果看出，宏观物体的物质波波长非常小，所以很难表现出其波动性.,3.经典力学与相对论力学（2009江苏）如图12-4-1所示，强强乘速度为0.9c(c为光速)的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为.(填写选项前的字母)c B.0.5cc c,图12-4-1,D,(2009广东）物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步.下列表述正确的是()A.牛顿发现了万有引力定律B.洛伦兹发现了电磁感应定律C.光电效应证实了光的波动性D.相对论的创立表明经典力学已不再适用,A,4.相对论的基本结论 一艘以0.9c的速率离开地球的宇宙飞船，以相对于自己0.9c的速率向前发射一枚导弹，求该导弹相对于地球的速率.以地面为K系，宇宙飞船为K系，按速度合成公式即导弹相对于地面的速率v仍小于c.,一长杆在车厢中静止，杆与车厢前进的方向平行，在车厢中测得杆长为1.0m，若车厢以0.6c的速率行驶(c为光速)，则在地面上测得的杆长为.,0.8m,本节完，谢谢聆听,立足教育，开创未来,
