9第九章 物理新世界.ppt

五、粒子对撞机等实验手段的增强 　　为了探测更深层次的物质结构，人们又设计了对撞机。对撞机的能量利用效率高，能适应发现新粒子的需要。欧洲粒子研究中心在1982年建成的质子、反质子对撞机，能量为2.7×1011电子伏＋2.7×1011电子伏，成功地发现了波色子 和 。 第三节　激光的发展 一、爱因斯坦提出的受激辐射的原理 　　1916年，爱因斯坦提出，原子中处于高能级的电子，受外来光子的作用，当外来光子的频率与它的跃迁频率一致时，原子中的电子就会从高能级跳到低能级，并发射一个光子，新光子与原光子频率、发射方向、相位等都相同，这样一个光子变成了两个光子，条件合适的情况下，光子就会象雪崩一样，得到加强和放大，这种放大的光称为激光。 二、研制过程 　　1.1954年制成第一个微波量子放大器。 　　2.1958年，美国的肖洛和汤斯发表《红外区和光学激射器》，汤斯因此获诺贝尔奖。 　　在研制过程中，汤斯设计谐振腔遇到很大困难，他去探望贝尔实验室的肖洛妹夫，肖洛对光学中的法布里——珀洛仪器很有研究，突然联想到是否可以类比用F—P仪做谐振腔，这样产生激光的一个关键性问题解决了。所以在物理研究中，借鉴和类比是我们探索之路。 　　3. 1960年，第一台红宝石激光器由梅曼制成。1961年汤斯的研究生加万制成了氦氖激光器。40多年后，爱因斯坦的受激辐射概念，获得实际应用。 三、激光的优点 　　1.巨型脉冲固体激光器亮度比太阳高上百亿倍。 2.单色性好 例 的单色性很好， 纳米。 而激光的 纳米。 　　3.方向性好相干性好，频率高 　　激光束的发射角小于10-3弧度，光能量集中于很窄的光束中。 四、激光的应用 　　电视机、录像机的遥控器中就有红外激光半导体发射器，VCD、CD也是靠激光二极管去读取光盘信息。激光还可用于全息摄影。由于激光的单色性、方向性好，用作光通讯的载波很合适，用光纤传播激光的光通讯已日益发展。 　　激光在工业上，在农业上、医学上、军事上的应用很广。 　　现在人们正在研究开发一种同步辐射光源，这种光源在某些性质上已超过激光。 第四节　凝聚态物理的进展 一、概述 　　1.凝聚态：物质的固态和液态的总称。 　　2.凝聚态物理学 　　是研究凝聚态物质的宏观及微观本质的学科。由它衍生出了半导体物理、超导物理、液体物理、固体表面物理等分支，已成为当前物理学的重要发展方向。 二、从电子管到晶体管、集成电路 　　1.1904年世界上第一只真空二级电子管由英国人弗莱明发明，因此于1929年获爵士爵位。1906年美国人弗雷斯特又发明了真空三级电子管，卖专利获39万美元。 　　2.巴丁、肖克莱、布拉坦发现晶体管 　　晶体管的发明是固体物理理论发展的产物，也是一些科学家不怕困难集体努力的结果。 巴丁： 1908年5月生于美国，是贝尔研究所所长。 　　肖克莱：1910年2月生于英国，主要研究固体物理，提出著名P－N结理论。 　　布拉坦：1902年2月生于中国，实验物理学家。 　　经历了多次试验失败，但百折不挠，终于在1947年12月23日，研制成功第一个晶体管。经多年来不断改进，1999年9月法国科学家研制出的晶体管直径仅为20纳米，表面积仅为第一个晶体管的两亿分之一。 　　晶体管廉价、耐久、耗能小，显示出电子管不可比的优越性，奏响了微电子革命的序曲，半导体物理学应运而生。 （3.集成电路 　　但晶体管仍然存在着太大、过重和不可靠的缺点，人造卫星，计算机等的发展需要更优越的半导体电路。美国科学家达默首先提出集成电路的创意，即把二极管、三集管、电阻、电容、电感等元件直接做在一块芯片上，按某种功能连接成电路。1959年，美国制成第一块集成电路，现已可以制成集成密度达70万个元件/毫米2的芯片。真是鬼斧神工，人类所具有的无限创造力的确令人赞叹！ 三、超导物理和超导材料 　　1.1911年，昂纳斯首先发现4.2K水银电阻突然消失。 　　2.1933年，迈斯纳发现超导体内部的磁场实际为零。 　　3.1935年，伦敦兄弟提出了伦敦方程，解释超导体的完全抗磁性。 　　4.1957年，巴丁、库柏、施里佛共同提出了超导电性的微观理论，即B.C.S理论，获诺贝尔奖。 　5.高温超导的探索 　　人们看到超导体所具有的科学和经济价值。近年来，科学家们为找寻高温超导材料的确花费了力气。 　　有人预测，掺杂金属原子的 有可能成为室温超导体。 6.超导电性的应用展望 　　1)可制成时速超过500千米的磁悬浮列车，现德国、英国、日本都试制运行。 　　2)可实现无损耗长距离输电。而目前30%的电能因长距离输送而浪费，而用超导材料输电可实现无损耗。 四、其他 　　对凝聚态理论的深入研究，将促进材料科学的新的革命，超微颗粒的纳米材料由于其奇特的性质，在21世纪将迎来它的黄金时代；而