光相对论量.ppt

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,*,期末复习,2011.6,量子物理,74,一,.,（,2,）静止质量为,m,e,的电子，经电势差为,U,12,的静电场加速后，若不考虑相对论效应，电子的德布罗意波长,_,关于不确定关系,，有以下几种理解：,(1),粒子的动量不可能确定,(2),粒子的坐标不可能确定,(3),粒子的动量和坐标不可能同时准确地确定,(4),不确定关系不仅适用于电子和光子，也适用于其它粒子,其中正确的是：,(A)(1),，,(2).(B)(2),，,(4).,(C)(3),，,(4).(D)(4),，,(1).,(C),75,一,.,（,1,）,3,设描述微观粒子运动的波函数为,，则,表示,:,须满足的条件是,_,；,其归一化条件是,_,单值、有限、连续,粒子在,t,时刻在,(,r,),处出现的概率密度,76,一,.,（,3,）,1,）,狭义,相对性原理,:,一切物理规律在任何惯性系 中形式相同,2,）,光速不变原理,:,光在真空中的速度与发射体及 观察者的运动状态无关,都是,c,狭义相对论的两条基本原理,狭义相对论,63,一,.,（,2,）,3,狭义相对论确认,时间和空间的测量值都是,-,它们于观察者的,-,密切相关,.,相对的,运动,(1),对某观察者来说，发生在某惯性系中同一地点、同一时刻的两个事件，对于相对该惯性系作匀速直线运动的其它惯性系中的观察者来说，它们是否同时发生？,(2),在某惯性系中发生于同一时刻、不同地点的两个事件，它们在其它惯性系中是否同时发生？,关于上述两个问题的正确答案是：,(A)(1),同时，,(2),不同时,(B)(1),不同时，,(2),同时,(C)(1),同时，,(2),同时,(D)(1),不同时，,(2),不同时,A,64 5,从洛仑兹变换看同时性的相对性,设在,S,系中有两个事件同时（不同地）发生：,在,S,系中观测这两个事件有：,两个事件绝对同时的条件是什么？,在一个参照系中的异地同时事件,在另一个惯性系中一定是不同时的,-,同时性的相对性,只有在一个参照系中的同地又同时的事件,在另一个惯性系中才一定是同时的。,6.,由一直尺固定在,K,系中,它与,OX,轴的夹角,=45,o,，,如果,K,系以速度,u,沿,OX,方向相对于,K,系运动,K,系中观察者测得该尺与,OX,轴的夹角,.,(A),大于,45,o,(B),小于,45,o,(C),等,于,45,o,(D),当,K,系沿,OX,正方向运动时大于,45,o,而当,K,系沿,OX,负方向运动时小于,45,o,。,Z,o,o,Z,K,K,Y,Y,u,X,X,45,o,L,分析：,设该尺的静长为,L,在,K,系中,L,x,=L,y,L,y,L,x,由于,K,沿,X,轴运动,在,K,系的观察者看到,L,y,=L,y,L,x,L,x,L,y,L,x,（A）,外,有一速度为,u,的宇宙飞船沿,x,轴正方向飞行,飞船头尾各有一个脉冲光源在工作,处于船尾的观察者测的船头光源发出的光脉冲的传播速度大小为,-,;,处于船头的观察者测的船尾光源发出的光脉冲的传播速度大小为,-,.,为,c,根据光速不变原理,.,c,c,64,页,7,一观测者测得一沿米尺长度方向匀速运动着的米尺的长度为,0.5m,则此米尺以速度,v=,-,m.s,-1,接近观察者,.,长度收缩,分析：,64,页二（,1,）、一艘宇宙飞船的船身固有长度为 ，相对于,地面以 的匀速度在地面观测站上空飞过。,（,1,）观测站测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？,（,2,）宇航员测得飞船的船身通过观测站的时间间隔是多少？,解：,外理论推导与证明题,静止的,子的平均寿命约为,t,0,=210,-6,s,今在,8 km,的高空，,由于,介子的衰变产生一个速度为,v,=0.998,c,(,c,为真空中光速,),的,子，,试论证此,子有无可能到达地面,解：考虑相对论效应，以地球为参照系，,m,子的平均寿命：,s,9.46 km,m,子的飞行距离大于高度，有可能到达地面,P66,一个电子运动速度,v,=0.99,c,，它的动能是：,(,电子的静止能量为,0.51,MeV,),(A)4.0MeV,(B)3.5,MeV,(C)3.1,MeV,(D)2.5,MeV,C,P66,4.,质子在加速器中被加速，当其动能为静止能量的,4,倍时，其质量为静止质量的（）,(A)4,倍,(B)5,倍,(C)6,倍,(D)8,倍,B,P66,6.,当粒子的动能等于它的静止能量时，它的运动速度为,_,P66,观察者甲以,0.8,c,的速度（,c,为真空中光速）相对于静止的观察者乙运动，,若甲携带一质量为,1 kg,的物体，则,(1),甲测得此物体的总能量为,_,；,(2),乙测得此物体的总能量为,_,=910,16,J,=1.510,17,J,外,.,匀质细棒静止时的质量为,m,0,，长度为,l,0,，当它沿棒长方向作高速的匀速直线运动时，,测得它的长为,l,，那么，该棒的运动速度,v,=_,，该棒所具有的动能,E,K,=_,光学,p,干涉加强、,明纹,位置,干涉减弱、暗,纹,位置,两,相邻明（或暗）条纹间的距离称为条纹间距。,光学,2,在双缝干涉实验中，设缝是水平的若双缝所在的平板稍微向上平移，其它条件不变，则屏上的干涉条纹,(A),向下平移，且间距不变,(B),向上平移，且间距不变,(C),不移动，但间距改变,(D),向上平移，且间距改变,(B),53,页一,.,4,如图，在双缝干涉实验中，若把一厚度为,e,、折射率为,n,的薄云母片覆盖在,S,1,缝上，中央明条纹将向,_,移动；,覆盖云母片后，两束相干光至原中央明纹,O,处的光程差为,_,上,(,n,-1),e,1,2,1,在真空中波长为,的单色光，在折射率为,n,的透明介质中从,A,沿某路径传播到,B,，若,A,、,B,两点相位差为,3,，则此路径,AB,的光程为 ，路径,AB,为 ,(A)1.5,(B)1.5,/n,(C)1.5,n,(D)3,(A),(B),a,b,x,x,u,传播方向,54,页一,.,S,M,劈尖角,一 劈 尖,(1),劈尖任意相邻两明（或暗）条纹中心对应的薄膜厚度差：,(2),任意相邻明条纹,(,或暗条纹,),中心之间的距离,l,为：,在,入射光一定时，劈尖的楔角,愈小，干涉条纹愈疏；,楔角,愈大，则干涉条纹愈密。,明纹,暗纹,d,k,d,k+1,l,d,1,两块平玻璃构成空气劈形膜，左边为棱边，用单色平行光垂直入射若上面的平玻璃慢慢地向上平移，则干涉条纹,(A),向棱边方向平移，条纹间隔变小,(B),向棱边方向平移，条纹间隔变大,(C),向棱边方向平移，条纹间隔不变,(D),向远离棱边的方向平移，条纹间隔不变,相当于增加劈尖的厚度，条纹间距不变。条纹向左移动。,(C),54,页,13.5,一,.,若劈尖的角度增大，干涉条纹又将发生怎样的变化,使劈尖倾角增大，由条纹宽度公式,可知条纹宽度将减小，即条纹变窄。,二、牛顿环,空气薄层中，任一厚度,d,处的反射相干光干涉条件为,：,各级明、暗干涉条纹的半径为,：,随着牛顿环半径的增大，条纹变得越来越密。,d=0,处,两反射光的光程差为,/2,，中心处为暗斑。,3,在图示三种透明材料构成的牛顿环装置中，用单色光垂直照射，在反射光中看到干涉条纹，则在接触点,P,处形成的圆斑为,(A),全明,(B),全暗,(C),右半部明，左半部暗,(D),右半部暗，左半部明,(D),极值条件,半波损失项的确定,满足,n,1,n,3,(,或,n,1,n,2,n,2,n,3,(,或,n,1,n,2,n,3,),不计入半波损失项。,对于反射光,P,L,D,C,3,4,E,5,A,1,B,2,5,在玻璃,(,折射率,n,2,1.60),表面镀一层,MgF,2,(,折射率,n,2,1.38),薄膜作为增透膜为了使波长为,500 nm(1nm=10,9,m,),的光从空气,(,n,1,1.00),正入射时尽可能少反射，,MgF,2,薄膜的最少厚度应是,(A)78.1 nm (B)90.6 nm (C)125 nm (D)181 nm (E)250nm,解：因为 ，所以反射光,经历两次半波损失。反射光相干相,消的条件是：,代入,k=0,和,n,2,求得：,(B),54,页一,.,7,折射率分别为,n,1,和,n,2,的两块平板玻璃构成空气劈尖，用波长为,的单色光垂直照射如果将该劈尖装置浸入折射率为,n,的透明液体中，且,n,2,n,n,1,，则劈尖厚度为,e,的地方两反射光的光程差的改变量是,_,e,光程差的改变量,二,、,工作原理,虚空气膜,半反半透膜,M,1,和,M,2,是两块平面反射镜,其中,M,1,可作微小移动，,M,2,是固定,的,。,M,2,是,M,2,对,G,1,形成的虚像。,M,1,和,M,2,间形成虚的空气薄膜作为产生干涉的薄膜。,G,1,和,G,2,是两块完全相同的光学平板玻璃。,G,1,后表面镀有半透明半反射的银膜，,G,1,和,G,2,与水平方向成,45,o,角放置；,G,1,称为分光板，,G,2,称为补偿板。,光束,1,和,2,发生干涉,光束,1,和光束,2,好像来自于虚的空 气薄膜 的上下表面。,光程差,1,在迈克耳孙干涉仪的一支光路中，放入一片折射率为,n,的透明介质薄膜后，测出两束光的光程差的改变量为一个波长,l,，则薄膜的厚度是,(A),l,/2,(B),l,/(2,n,),(C),l,/,n,(D),/2(,n,-1),d,解：插入厚度为,d,的介质片后，两相干光的光程差的改变量为,2(n-1)d,2(n-1)d=,，,得：,(D),57,页一,3,已知在迈克耳孙干涉仪中使用波长为,的单色光在干涉仪的可动反射镜移动距离,d,的过程中，干涉条纹将移动,_,条,2,d,/,干涉相消,(,暗纹,),干涉加强,(,明纹,),（介于明暗之间）,个半波带,个半波带,中央明纹中心,当半波带数不是整数时，汇聚点的光强介于明暗之间。光强的变化是连续的。,6,在单缝夫琅禾费衍射实验中，如果缝宽等于单色入射光波长的,2,倍，则中央明条纹边缘对应的衍射角,=_,a=2,30,58,页一,7,波长为,l,=480.0 nm,的平行光垂直照射到宽度为,a,=0.40 mm,的单缝上，单缝后透镜的焦距为,f,=60 cm,，当单缝两边缘点,A,、,B,射向,P,点的两条光线在,P,点的相位差为,p,时，,P,点离透镜焦点,O,的距离等于,_,X=0.36 mm,x,f,0,屏,a,b,P,一、光栅,dsin,=k,k=0,1,2,3 ,此式称为,光栅方程,。,主极大,缺级级数,4,某元素的特征光谱中含有波长分别为,1,450 nm,和,2,750 nm(1 nm,10,-9,m),的光谱线在光栅光谱中，这两种波长的谱线有重叠现象，重叠处,2,的谱线的级数将是 ,(A)2,，,3,，,4,，,5,(B)2,，,5,，,8,，,11,(C)2,，,4,，,6,，,8,(D)3,，,6,，,9,，,12,(D),59,页一,3,要使一束线偏振光通过偏振片之后振动方向转过,90,，至少需要让这束光通过,_,块理想偏振片在此情况下，透射光强最大是原来光强的,_,倍,.,P,2,P,1,I,0,1/4,2,60,页一,2.,一束自然光自空气射向一块平板玻璃,(,如图,),，设入射角等于布儒斯特角,i,0,，则在界面,2,的反射光 ,(A),是自然光,(B),是线偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面,(C),是线偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面,(D),是部分偏振光,(B),61,页一,