现代物理科学前沿 PPT

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结合蒸汽机的发明和电气技术的应用，说明科 技进步对社会发展产生了怎样的作用
(1)两次科技应用的作用 ①蒸汽机发明后，火车出现，铁路到处伸展，商品流通速度加 快，从而促进了世界经济的发展，世界各国联系日益密切。② 电气技术的应用，如电气化火车的出现，使物流速度更加迅速， 从而使世界经济的联系更加密切，发展更快。③这充分说明科 学技术的发展在提高生产力方面的作用越来越大，科学技术不 仅是生产力，而且是第一生产力。
答案：D
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研究思考预测
1.古代欧洲人们一直将亚里士多德的理论当成真理，牛顿力学体系建 立后，也一度被看做绝对权威的理论，相对论出现后，解决了经典 力学无法解决的难题。这说明( ) A.随着社会不断进步，人们会否定更多的真理 B.社会不断发展，促进社会发展的自然科学理论也不断进步 C.人类永远无法找到真理 D.经典力学体系已经过时，为社会所抛弃 答案：B
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现代科技对人类生产生活产生了重大影响
2.右面漫画《进步与退步》所反映的实质问题是( ) A.书写工具的进步导致了书写质量的下降 B.计算机的应用给传统文化带来严重冲击 C.传播手段的进步导致了传统媒体的衰退 D.计算机的使用减弱了文字的作用 解析：书写艺术是中国传统艺术的重要组成部分，漫画中书写质量 的下降，显示了计算机的应用对传统文化的严重冲击，A项反映的 是漫画的表面信息；C项表述不符合题意，毛笔、钢笔也不是传播 媒体；D项表述错误，计算机的使用只是改变了文字的书写方式， 并没有减弱文字的作用。 答案：B
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重难要点
(1)主要内容：相对论的两个基本原理是相对性原理和光速不变原 理。时间、空间、质量不是绝对不变的，而是相对的，可以互相 转化。 (2)历史意义：①物理学自身发展：它在很大程度上解决了19世纪 末出现的经典物理学的危机，可以广泛地解释不同运动状态的物 质，创立了一个全新的时空观、运动观和物质观，极大地扩展了 物理学应用的领域。②人类思想认识的发展：相对论打破了经典 物理学绝对化的思维，为人们提供了辩证地看待世界的途径，是 人类思想发展史上的一次根本性变革。总之，相对论的提出是物 理学领域最伟大的革命。

40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
物理学与现代高科技
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子

近年来，随着强激光技术的发展，激光与原子 相互作用的研究已经成为原子物理学中的一个热 点，随着激光强度的增加，会出现一系列的新现 象，例如多光子电离，隧穿电离，阈上电离ATI 和稳定化电离等现象，同时电离后的电子在强激 光场的作用下，可能会回到核附近，与核发生相 互作用从而放出高能光子，产生高次谐波HHG 等现象 。阈上电离是人们观察到的第一个不能 用微扰论解释的非线性效应，而高次谐波则因为 其极有潜力的应用前景成为目前研究较为活跃的 一项内容，两者同属强场物理中的重要现象，其 产生机理密切相关。
当一个重核分裂成两个中等质量的核时,会释放能量； 释放能量的大小可由爱因斯坦的质能关系式计算得 出,E=Δmc2,Δm 即裂变或聚变反应时原子核质量的变化, 称作质量亏损,而一次核聚变时放出的能量要比核裂变时大 4倍以上。 基于核聚变反应堆的聚变电站是解决人类未来能源问 题的一个希望,它既要实现热核燃料的“点火”并有净能量输 出,还必须控制热核能聚变反应的速率,其中高温等离子体 物理的研究具有重要意义。目前较有希望的技术途径是磁 约束受控聚变(MCF),这是一项有难度的大科学工程,目前 处于前期实验研究阶段。国际上有ITER合作研究计划,我 国在国内研究的基础上,也积极参与国际合作。目前是实验 堆阶段,然后还要经过演示堆阶段,再进入商用堆开发。据 估计,在21 世纪后半期,受控聚变核能将开始为清洁能源作 出实际贡献。这对能源的长期持续发展具有重要意义。
原子物理技术在原子光谱方面的应用
原子光谱与激光技术的结合，使光谱分辨率达到 了百万分之一赫兹以下，时间分辨率接近万亿分之 一秒量级，空间分辨达到光谱波长的数量级，实现 了光谱在时间、空间上的高分辨。由于激光的功率 密度已达到一千万瓦每平方厘米以上，光波电场场 强已经超过原子的内场场强，强激光与原子相互作 用产生了饱和吸收和双光子、多光子吸收等现象， 发展了非线性光谱学，从而成为原了物理学中另一 个十分活跃的研究方向。

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机械能守恒定律的表达式
在只有重力或系统内弹力做功的物体系统内，动能与势能可以互相转化
，而总的机械能保持不变。
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刚体的转动
Chapter
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刚体的基本运动
平动
刚体内任意两点间的连线在运动中始终保持平 行且长度不变。
转动
刚体内任意两点间的连线在运动中不保持平行 。
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机械能守恒定律
01 02
机械能守恒定律的内容
在只有重力或弹力做功的物体系统内（或者不受其他外力的作用下）， 物体系统的动能和势能（包括重力势能和弹性势能）发生相互转化，但 机械能的总能量保持不变。
机械能守恒的条件
只有重力或弹力做功；只受重力作用，其他力不做功；除重力和系统内 弹力外，其他力做功的代数和为零。
热力学第二定律的 数学表达式
对于可逆过程，有dS=(dQ/T) ；对于不可逆过程，有 dS>(dQ/T)，其中S为熵，T为 热力学温度。
热力学第二定律的 应用
热力学第二定律揭示了自然界 中宏观过程的方向性，如热传 导、热辐射等过程都是不可逆 的。此外，热力学第二定律还 用于判断热机、制冷机等热力 设备的性能优劣。
加速度与减速度
描述质点速度变化快慢的物理量
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质点的曲线运动
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01 曲线运动的描述：位置矢量、位移、速度、加速 度等物理量的矢量性
02 曲线运动的分类：平面曲线运动和空间曲线运动 03 曲线运动的实例分析：圆周运动、抛体运动等
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相对运动
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参考系与坐标系
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一个宇航员乘着以0.9998c的宇宙飞船去旅行，他临 走的时候有父母妻子和五岁的小女儿。当他遨游太空一 年后又回到地球，他的父母去世了，迎接他的只有他的 妻子和女儿，妻子已是78岁的老太太，女儿也有55岁了。
这种事是可能的吗？按照相对论，这是可能的。不 过这里面存在一个问题：从地球上的人看，飞船上的一 年相当于地球上的50年；可是，从飞船上的人看来，地 球上的一年也相当于飞船上的50年。宇航员回来，到底 是宇航员显得年轻呢，还是地球上的人显得年轻呢？
1.伽利略变换的困难 1) 电磁场理论不服从伽利略变换
19世纪下半叶，随着科学实验的发展，人们对电磁现象的 认识越来越深入。1864年，麦克斯韦总结了电磁现象和电磁运动 规律，得到了著名的麦克斯韦方程组。麦克斯韦方程组概括了库 仑定律等一系列经
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验定律，完整的反映了宏观电磁场运动的规律性， 并且预言了电磁波的存在。23年以后，电磁波得 到了实践的证实。随着电磁运动普遍规律的建立， 很自然地就提出了这样一个问题：这些规律是否 也象牛顿运动定律一样在不同的惯性系中保持着 相同的形式呢？或它们只适用于某一个特定的惯 性参照系，而在另外的惯性参照系中要改变它们 的形式呢？一句话，电磁现象是否遵从伽利略的 相对性原理呢？我们也可以具体一点说，在“伽 利略的船”上，如果进行电磁学实验，能否决定 船是静止还是作匀速直线运动呢？
r '
y
' y
为
y'
轴上的单位矢量
f静e

1
4 0
q1q2 ( y2' )2
ry'
（1）’
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这就是说，静止航船中的观察者对一对电荷间相互作用力测量 的结果，将发现它们仍然遵从库仑定律。

计算机的飞速发展，为量子化学的计算提供了有力 工具。化学也从经验性学科向系统的理论的学科发展。
量子力学的发展使人们的预见性也加强了，进入
到“分子设计”阶段。期待通过理论计算，像设计房
屋那样，按需求设计新材料、新药物。理论表明：
电学性能：半导性、超导电性等
热学性能：热传导等
物 性
磁学性能：磁性转变温度等
目前公认的一种基本观点是：生物电来源于细胞 的功能，细胞是由细胞膜，细胞核和细胞质组成 。膜
上有孔道，允许细胞与周围环 境变换某些物质。若取膜外电 位为零，则膜内侧电压约为 -90~ -70mv，称为净息电 位。外界强刺激达一定阈值， 细胞内的电位可以从负电位 突然普通为正电位（约为
细胞膜
带
细胞质
（2）电荷与能量的迁移 电荷的迁移在生命活动中有重要作用。如叶绿素、 染色体中电子的输运，神经脉冲的传播都与电荷迁移 有关。其中许多电荷迁移现象在极低温下也能进行， 对此只能用量子力学中的隧道效应解释。
（3）生物凝聚态 生物大分子的活性总是在一定的环境中体现出来, 大质、核酸、脂质、多糖、 水以及由它们组成的细胞膜、染色体等。
2. 物理学在认识外部条件对化学反应的影响所起 的作用
从物理学角度看, 影响化学反应的外部条件可分 为两类① 主要用经典物理理论就可其作用机理的条 件（如光、热、电流等），在运用经典物理知识处理 这类问题的基础上，发展出了化学热力学、电化学、 化学动力学、光化学、胶体化学等化学分支学科。通 常把应用热力学方法讨论化学反应和化学平衡的物理 化学。
二十世纪理论与量子力学结合，实验上发展了衍 射和光谱等研究原子、分子、和晶体结构的新方法， 使生物学研究进入到分子层次。最成功的是英国物理 学家克里克和美国物理学沃森发现了DNA的双螺旋结 构，破译了遗传密码。为此获1962年诺贝尔生理学或 医学奖。

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原子的结构
1896年,贝克勒尔发现发射性→原子是不稳定的。
1897年,汤姆生的阴极射线管实验发现电子。
1909年，卢瑟福的阿尔法粒子散射实验发现原子 的质量必須集中在一個很小的区域內, 原子的构造 如太阳系一般, 电子绕原子核运行。
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原子核的结构
1932年，查德威克（Chadwick）用阿尔法粒子撞击
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费米—杨模型(1949)
π介子由一个核子和反核子构成。 π+=pn¯、π-=np¯、 π0=(pp¯-nn¯)。
坂田(Sakata)模型(1956) 所有的强子由 p、n、Λ组成。
K+=pΛ， K-=p¯Λ， Σ+=Λpn¯， Ξ0=ΛΛn¯。
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夸克模型
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它们都是最基本的吗？
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对称性
系统在一种操作或变换下保持不变，我们说系统 对于这种操作或变换具有对称性。
诺特(Noether)定理：
对称性
守恒量
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物理中的对称性
连续对称性： 空间平移不变性 时间平移不变性 空间转动不变性
动量守恒 能量守恒 角动量守恒
物理学科前沿讲座
——粒子物理与宇宙学
“世界是由什么构成的?” 和
“它们是如何相互作用的?”
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基本粒子概念的发展
⑴ 古代对物质结构的猜想 我国夏朝：金、木、水、火、土五行学说 古希腊：水、火、土、空气组成物质 （德谟克利特）提出了原子论（公元前3世纪）

第四节 声与现代科技
故事：英国 7 岁男孩卢卡斯·默里出生时就双目失明, 然而, 在美国加州41 岁盲人丹尼尔·基什的帮助下, 卢卡斯通过 3 天的密集训练, 学会了一种神奇的 “回声定位法” ———通过弹舌头发出响亮的 “嗒嗒冶 声, 然后辨别声音撞上前方物体后返回 的 “回声”, 然后在大脑中建立一幅虚拟的景物 画面。如今, 双眼皆盲的卢卡斯能够像蝙蝠或海豚 一样靠回声来“视物”。 不仅在车水马龙的 大街上也能行走自如, 甚至能打篮 球、 玩攀岩等高难度运动, 而他也 因此被人们称为“蝙蝠男孩”。
频率高于20000Hz的声音称为超声; 频率低于20Hz的声音称为次声. 3、超声的应用： 碎石、B超、声纳定位、超声导航等. 4、次声的危害： 对机械、建筑物、人体有伤害.
1.人无法听到飞翔的蝙蝠发出声音的原因是（ B ）
A蝙蝠没有发出声音
B蝙蝠发出声的频率太高
C蝙蝠发出声音的频率太低 D蝙蝠发出声音的响度太小
2、危害
使人的平衡功能受到破坏，从而产生晕眩、 恶心；强次声可以使飞机解体、建筑物倒塌。
3、应用
预测预报台风、地震、泥石流等地质灾害； 在军事上大范围监测海洋的平均温度、大气 中的核爆等。
三、声识别技术
智能手机用语音通话和发信息
本节课你 学到了什 么？
课堂小结
1、回声、共鸣。 2、超声与次声
3.超声波雷达也叫声呐，可以用来探测海洋深度，探测时 是如何工作的?
解答：需要先知道超声波在水中的传播速度，用 v表示，需要测出从海面上发声到海底及返回的时 间t，便可知道海面到海底的深度。如：超声波在 海水中的传播速度为1500m/s，从海面发出超声到 接受到回声的时间为4s，海深则 S=1/2vt=1/2×1500m/s×4s=3000m

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现代科学技术
微电子与计算机技术
生物技术
航空、航天技术
激光技术
能源技术
材料技术
通信技术
自动化与制造技术
农业技术
医药技术
交通运输技术
海洋技术
环境保护技术
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物理学与应用科学技术
物理学是研究物质运动最普遍规律和物质基础结
构的科学，它作为严格的，定量的自然科学的带头
程技术、遗传工程技术等等的形成与发展，都在不同
程度上与现代物理学息息相关。
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※ 历史上的几次工业革念之间有区别），指资本主义工业化
的早期历程，即资本主义生产完成了从工场手工业向
机器大工业过渡的阶段。18世纪60年代力学、热学的
发展促使英国从发明和使用机器开始的,到19世纪上半期, 机器本身也用机器来生产,标志着工业革命的完成,英国之 后,法、美等欧美各国也相继进行了工业革命。 特点：是 以机器取代人力，以大规模工厂化生产取代个体工场手工 生产的一场生产与科技革命。一般认为，蒸汽机、焦炭、 铁和钢是促成工业革命技术加速发展的四项主要因素。
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3、物理学和天文学：二者是由于研究物 质运动范围的不同而分开，天文学主要研 究天体和宇宙范围内的星球结构和运动规律。 4、物理学和地学：二者是由于研究物质结 构和运动形式的不同而分开，地学主要研究 地球结构、地球内部运动、大气的涡流、气压 的变化、地震地裂等现象和规律。
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5、物理学和数学：它们是科技领域联系最 紧密的两大支柱学科，数学中的许多科目都 是从物理模型中抽象出来的，而物理学又是 数学最重要的应用场所；数学是表述物理规律 的一种最好的方法，在一定意义上讲，没有数 学表达式的物理规律是不完备的规律，而没有物 理或其它具体图象的数学是没用的数学。