现代物理基础学科市公开课金奖市赛课一等奖课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,当代物理-,基础学科,物理学,-尤其是,当代物理学,已成为当代科学,基础学科,甚么是基础学科？,语言学（语言，文学，外语等）,数学（包括计算机及计算数学,）,绪 论,第1页,第1页,当代物理学？,相对论,E,=,Mc,2,量子论,19：普朗克 1932年：海德堡,1933年:薛 定 谔、狄 拉 克,1945年：泡 利 1954年:玻 恩,第2页,第2页,物质,反物质,反物质是一个假想物质形式，在,粒子物理学,里，反物质是,反粒子,概念延伸，反物质是由反粒子构成,宏观物体都是由,质子,、,中子,和,电子,所构成。这些粒子因而被称为,基本粒子,，在30年代初，就有些人发觉了带正电电子，这是人们结识反物质第一步。到了50年代，伴随,反质子,和,反中子,发觉，人们开始明确地意识到，任何基本粒子都在自然界中有相应反粒子存在。,第3页,第3页,量子力学：,亚原子世界，或者一切事物中物理量都是,量子化,：原子能量、角动量、磁矩.。,量子力学,Photon,E,=,h,第4页,第4页,光学显微镜不能研究原子内部结构,!,量子力学,：粒子含有波动性，波含有粒子性,l=,h,/,p,用电子显微镜,大型电子正电子对撞机LEP是当前世界上最大电子显微镜,l=,h,/,p,10,-3,fm=10,-18,m,电子,第5页,第5页,隧穿几率,不,越,可势穿,垒,可,势,穿,垒,越,典型力学,量子力学,d,E,V,0,第6页,第6页,物理学研究尺度,第7页,第7页,第8页,第8页,Electrons(10,-18,m),Atom nucleus nucleon quark,10,-10,m 10,-14,m 10,-15,m 10,-18,m,微观结构,see,原子,原子核,核子,夸克,第9页,第9页,African,Elephant Height,3.3 m,Rabbit,(Length),3 x 10,-1,m,Red Blood Cell,7x10,-6,m by,10,-5,m,Virus(Length),9 x 10,-7,m,10,-7,m,Carbon-Carbon,Bond Length,1.5 x 10,-10,m,Cross section of human hair,8 x 10,-5,m,10,-4,m,Housefly,7.5 x 10,3,m,10,2,m,第10页,第10页,10,7,m,较大结构及尺度,地球,第11页,第11页,太阳,（Sun）,日冕,10,9,m,Sun 2x10,30,kg 10,57,(,核子,),第12页,第12页,10,11,m,地球轨道,第13页,第13页,旋涡星系,（,Spiral Galaxy）,10,21,m,10,11,stars,第14页,第14页,galaxy cluster of galaxies,10,21,m 10,22,m 10,23,m,super-cluster metagalaxy universe,m,10,24,m 10,25,m 10,26,m,第15页,第15页,构成物质基本粒子,第16页,第16页,作用力及传播子,引力,作用,引力子,（尚未发觉）,电磁作用,光子,（,1905,爱因坦）,弱作用,中间玻色子,(CERN 83),强作用,胶子,（DESY 1979）,质量生成 HIGGS 玻色子(？),第17页,第17页,物理学尺度,从,10,26,m 到,10,-18,m,物质基本构成,夸克和,轻子及各种相,互作用传播子,第18页,第18页,物理学与其它学科关系,近代,物理学,化学,生命科学,材料科学,近代力学,天体与,天文学,地学,金融、,社会学,电子技术,计算机,量子 激光 计算化学,结构生物学,细观力学,纳米科技、材料,量子计算机,金融物理,第19页,第19页,物理学与其它学科关系,杨振宁,：,“,近些年来物理学对化学和生命科学发展起了极主要作用”,物理学已改造了化学,-正在改变生命科学、材料科学,-已进军电子学、金融、社会学,当代物理学吸取其它学科资源,也将渗入和改变整个当代科学,第20页,第20页,1989年,纳米科技,Scanning Probe Techniques,第21页,第21页,物理学近十年一个新方向,用科学语言阐述并研究社会科学中各种问题，使社会科学问题更靠近物理学,交通流,都市膨胀,人 迹 系 统,社会网络几何学,科学研究之经济回报,金 融 物 理,第22页,第22页,第二届,“物理学在金融分析中应用”国际学术讨论会,Application of Physics in Financial Analysis,University of Liege,Institut Zoologique Liege,Belgium July 13-15,Conference,第一届,“物理学在金融分析中应用”国际学术讨论会,1999,年7月爱尔兰都柏林三叶学院（Trinity College）,金融物理研究崛起,金融物理专项讨论国际会议屡屡召开,第23页,第23页,经济物理国际高级研讨班及金融复杂性学术讨论会,9月合肥,中国科技大学非线性科学中心主办,第二届复杂性科学和经济物理学理论与应用国际学术会议（广西师范大学 桂林.8.22-26）,第24页,第24页,当代物理学基础地位决定了它“多交叉学科性”,界面,古典,物理学,当代,物理学,第25页,第25页,研究对象,一、课程定位,整个宇宙各层次尺寸（单位m）,10,26,宇宙,10,20,银河系,10,12,日地距离,10,6,地球半径,10,0,人,10,-3,尘埃,10,-6,细胞、大分子、分子,10,-10,原子,10,-15,原子核,10,-18,基本粒子,课程定义：,研究原子内部结构、性质及其运动规律物理学分支,原子,第26页,第26页,二、原子物理学发展简史,1、古人对物质结构探讨与结识,国外,古希腊,（B.C.400),德膜克利特：,万物本原是原,子(atom)和虚空。,atom，希腊文原意就是“不可分割性”,亚里士多德：,万物由水气火土（以太）构成；物质无限可分,“吾爱吾师，吾更爱真理”；“法律是不受情欲影响理智”；主张学生德智体美全面发展,第27页,第27页,中国，,B.C.475-2,战国时期,墨翟，墨经中，“,端，体之无序而最前者也”,当连续递进分割过程，至先后顺序将不复存在时，端将是最后分析结果,公孙龙，,一尺之棰，日取其半，万世不竭,五行说：,物质由金、木、水、火、土构成,阴阳说：,物质由阴、阳二气构成,直觉、猜想、思辨,第28页,第28页,2、19世纪，建立了原子学说,物质原子学说：所有化学元素都由原子构成,热原子学说：利用原子运动解释热力学定律,电原子学说：自然界存在带电原子,试验总结，结识到原子是物质结构一个层次,3、19世纪末20世纪初，建立了严格原子物理理论量子力学。,重大发觉有：,第29页,第29页,1869，周期表发觉，门捷列夫,1885，氢原子光谱规律发觉，巴耳末,1895，X射线发觉，伦琴,1896，放射线发觉，贝克勒耳,1897，电子发觉，汤姆逊,1900，能量子概念建立，普朗克,1911，原子核式结构建立，卢瑟福,1913，玻尔量子理论建立，玻尔,1925前后，量子力学建立，,近代物理序幕,原子物理新篇章,对原子这一层次结识，从试验到理论取得比较完全结识。,4、20世纪初至现在，对物质结构结识不断地进一步，原子-原子核-基本粒子-夸克,分子是由原子构成,第30页,第30页,基本粒子指人们认知组成物质最小最基本单位。但在夸克理论提出后，人们认识到基本粒子也有复杂结构，故现在普通不提“基本粒子”这一说法。依据作用力不同，粒子分为强子、轻子和传输子三大类。,基本粒子，即在不改变物质属性前提下最小体积物质,。,原子是由原子核和电子构成。,原子核由质子与中子构成（氢原子核只有一个质子）。,原子序数=质子数=,核电荷数,=核外电子数,质子由两个,上夸克,和一个,下夸克,构成，带一个单位正电荷。,20世纪60年代，美国物理学家,默里盖尔曼,和G.,茨威格,各自独立提出了中子、质子这一类强子是由更基本单元夸克（quark）构成。,所有中子都是由三个夸克构成，,反中子,则是由三个相应反夸克构成，比如质子，中子。质子由两个上夸克和一个下夸克构成，中子是由两个下夸克和一个上夸克构成。,第31页,第31页,三、课程内容,（章节简介。）,四、课程特点,1、新概念、原理较抽象，不够直观,2、重试验，理论由试验建立，不完全靠逻辑推理从理论推导出试验结果,（,光谱是研究原子内部结构与电子运动规律主要试验手段,。,）,第32页,第32页,五、课程学习主要性,当代物理学一门主要课程。,理解与掌握当代高科技基础,如：宇宙起源与演化，星际分子，激光技术及光电子领域，材料科学，医学，化学，生命科学中应用。,第33页,第33页,六、原子物理学学习中应注意问题,1.实践是检查真理原则，科学是逐步地不断地发展,2.对微观体系不能要求都按宏观规律来描述,3.要善于观测、善于学习、善于动脑、开拓进取，不断创新,第34页,第34页,谢谢！,希望我们共同努力完毕该课程,第35页,第35页,