现代物理学与工程技术课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《现代物理学与工程技术课件.ppt》由用户(三亚风情)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 现代 物理学 工程技术 课件
- 资源描述:
-
1、2022-6-1? 前言前言? 物理学与核能工程技术物理学与核能工程技术 ? 物理学和激光技术与工程物理学和激光技术与工程 ? 物理学与宇航工程物理学与宇航工程 ? 物理学与工程技术相互联系的普遍性物理学与工程技术相互联系的普遍性? 物理学家和工程技术专家的共同品格物理学家和工程技术专家的共同品格 摘摘 要要2022-6-1前前 言言 自有了人类,就有了原始的生产活动和基于自有了人类,就有了原始的生产活动和基于经验的简单的技术与工具。经验的简单的技术与工具。在人类历史上,技术的出现先于科学。在人类历史上,技术的出现先于科学。2022-6-1前言前言 科学知识的形成有两个源泉:科学知识的形成有两
2、个源泉:一是由于生产发展的需要一是由于生产发展的需要二是人类对客观世界的好奇心和求知的兴趣二是人类对客观世界的好奇心和求知的兴趣感性认识理性认识思考思考自然界内在的规律观察观察分析分析归纳归纳2022-6-1前前 言言科学(首先是物理科学首先是物理科学)的革命,引发了生产技术的革命,使人们对基础科学、应用科学、工程技术和生产活动的关系,有了新的感受和认识。哥白尼哥白尼1919世纪世纪1717世纪世纪1616世纪世纪爱因斯坦爱因斯坦麦克斯韦麦克斯韦牛顿牛顿2020世纪世纪科学独立存在科学独立存在有了完整的体有了完整的体系系2022-6-1前言前言 物理学:物理学: 对许多工程技术领域的开创起着先
3、导、引领的作对许多工程技术领域的开创起着先导、引领的作用;用; 工程技术:工程技术: 直接地创造生产力,反过来开拓、深化了物理学研直接地创造生产力,反过来开拓、深化了物理学研究的疆域,并为之提供了丰富精致的环境条件和研究手段。究的疆域,并为之提供了丰富精致的环境条件和研究手段。在现代社会进步的历程中,物理学和工程技术在现代社会进步的历程中,物理学和工程技术之间存在紧密的相互联系和深刻的相互作用。之间存在紧密的相互联系和深刻的相互作用。2022-6-1前言前言 物理学与工程技术:物理学与工程技术: 互相促进、携手并进、相互渗透;互相促进、携手并进、相互渗透; 与哲学、社会科学密切相关,共同推动着
4、经济与社与哲学、社会科学密切相关,共同推动着经济与社会的发展;会的发展; 从生产方式、生活方式与思想观念上改变着人类文从生产方式、生活方式与思想观念上改变着人类文明的进程。明的进程。一、物理学与核能工程技术一、物理学与核能工程技术 田湾核电站田湾核电站2022-6-1原子核物理学的新发现是核工程技术的基础与先导原子核物理学的新发现是核工程技术的基础与先导 1919世纪末,相继发现了世纪末,相继发现了x x射线、放射性和电子射线、放射性和电子 19111911年卢瑟福提出了原子的核式模型年卢瑟福提出了原子的核式模型 19131913年玻尔完善了原子结构理论年玻尔完善了原子结构理论 1905190
5、5年爱因斯坦提出了相对性理论;提出了四维时空的新概年爱因斯坦提出了相对性理论;提出了四维时空的新概念念 ; ;提出了质能关系及其著名表达式提出了质能关系及其著名表达式E=mcE=mc2 2 2020世纪初叶,是物理学革命的年代世纪初叶,是物理学革命的年代。2022-6-1原子核物理学的新发现是核工程技术的基础与先导原子核物理学的新发现是核工程技术的基础与先导 19321932年,查德威克发现中子年,查德威克发现中子; ;海森堡和伊凡宁柯分别独立海森堡和伊凡宁柯分别独立提出了原子核由质子和中子组成的模型提出了原子核由质子和中子组成的模型 19341934年约里奥年约里奥- -居里夫妇成功地用人工
6、方法产生了放射性同位素居里夫妇成功地用人工方法产生了放射性同位素 19391939年哈恩和斯特拉斯曼在实验上发现中子轰击下的年哈恩和斯特拉斯曼在实验上发现中子轰击下的铀核裂变以及梅特纳和弗里什的理论解释铀核裂变以及梅特纳和弗里什的理论解释 2022-6-1u对核结构和质量的研究,使人们认识到原子核结合能随原子量变化的规律:一个重核分裂成两个中等质量的核时,会释放能量;一个重核分裂成两个中等质量的核时,会释放能量;某些轻核聚合成一个较重的核时,会释放能量;某些轻核聚合成一个较重的核时,会释放能量;lE= E= MCMC2 2 M-M-质量亏损,质量亏损,l一次核聚变时放出的能量要比核裂变时大四倍
7、以上。一次核聚变时放出的能量要比核裂变时大四倍以上。原子核物理学的新发现是核工程技术的基础与先导原子核物理学的新发现是核工程技术的基础与先导 2CE2022-6-1 原子核物理的发现,奠定了裂变核能裂变核能与聚变核能聚变核能应用的基础。 核能应用的实现还必须进一步解决一系列应用物应用物理学理学和工程技术工程技术上的问题。 原子核物理学的新发现是核工程技术的基础与先导原子核物理学的新发现是核工程技术的基础与先导 E=MCE=MC2 22022-6-1核武器与核能核武器与核能 1)1) 核裂变能(原子能)被用来制造原子核裂变能(原子能)被用来制造原子弹时,必须突破诸多的关键问题:弹时,必须突破诸多
8、的关键问题: 可裂变材料的选取和制备;可裂变材料的选取和制备; 确定实现链式裂变反应所必须的裂确定实现链式裂变反应所必须的裂变物质的最小体积(临界体积)或变物质的最小体积(临界体积)或临界质量;临界质量; 达到临界与裂变点火的技术途径;达到临界与裂变点火的技术途径;2022-6-1核武器与核能核武器与核能 高能炸药研究,爆轰物理规高能炸药研究,爆轰物理规律及其精确的时空控制;律及其精确的时空控制;将流体力学,中子核物理等将流体力学,中子核物理等耦合在一起的全过程数值模耦合在一起的全过程数值模拟,整套物理参数;拟,整套物理参数;核部件与非核部件的加工,核部件与非核部件的加工,材料相容性研究及结构
9、工程材料相容性研究及结构工程设计;设计;核试验的方法,核试验诊断核试验的方法,核试验诊断理论与测试技术等。理论与测试技术等。 2022-6-1核武器与核能核武器与核能 2) 核聚变放能是氢弹的物理基础。制核聚变放能是氢弹的物理基础。制造氢弹必须创造性地解决一系列问题:造氢弹必须创造性地解决一系列问题: 必要的热核燃料(如氘和氚或锂等)的制备; 如何利用原子弹爆炸的能量产生高温、高压来点燃聚变材料,并使之自持燃烧;氢弹氢弹2022-6-1核武器与核能核武器与核能 掌握辐射输运的规律、辐射流体力学及高温高密度等离子体物理、状态方程、高剥离度原子参数; 利用适当的材料和巧妙的构形实现热核爆炸; 特殊
10、效应的核武器(如中子弹等)还需进行特殊的设计等。 2022-6-1核武器与核能核武器与核能 问题的解决是物理工作和工程技术紧密交叉结合的过程:问题的解决是物理工作和工程技术紧密交叉结合的过程:u如如, ,核爆炸的物理诊断学,就是为了弄清核武器爆炸后快核爆炸的物理诊断学,就是为了弄清核武器爆炸后快速而复杂的物理过程、各种物理量随时、空的变化规律,速而复杂的物理过程、各种物理量随时、空的变化规律,从而做到不仅知其然,而且知其所以然。从而做到不仅知其然,而且知其所以然。u有意思的是,几个核国家突破氢弹的工作是有意思的是,几个核国家突破氢弹的工作是 “ “英雄所见英雄所见略同略同”。 两个太阳两个太阳
11、2022-6-1核武器与核能核武器与核能 3)明智的人类把核能用于和平目的,作为洁净的能源。明智的人类把核能用于和平目的,作为洁净的能源。u基于核裂变反应堆的核电站由核岛和常规岛构成基于核裂变反应堆的核电站由核岛和常规岛构成在核岛内要使核能以可控的、安全的、长期持续的形在核岛内要使核能以可控的、安全的、长期持续的形式释放出来;式释放出来;通过常规岛转换成电能供人使用。通过常规岛转换成电能供人使用。2022-6-1核武器与核能核武器与核能 u在核燃料的选择、制备、控制方法、结构和安全设计等方面需解决一系列的工程、技术问题。2022-6-1核武器与核能核武器与核能 基于基于核聚变反应堆核聚变反应堆
12、的聚变电站是解决人的聚变电站是解决人类未来能源问题的一个希望。类未来能源问题的一个希望。要实现热核燃料的“点火”,并有净能量输出;必须控制热核聚变反应的速率;是一项有难度的大科学工程;目前处于前期实验研究阶段。 2022-6-1核工程技术的发展深化着物理学的研究核工程技术的发展深化着物理学的研究 核爆炸的物理环境:核爆炸的物理环境:u瞬时的快变的高温高密度等离子体和混合辐射场。u揭示了高温高密度等离子体的某些特有规律,如非平衡燃烧需用“三温方程”描述。u辐射场本身也可能是非平衡的。2022-6-1核工程技术的发展深化着物理学的研究核工程技术的发展深化着物理学的研究 再如,再如,u一般情况下,可
13、用线性的波尔兹曼方程来描述中子输运过程;u但在发生剧烈热核聚变的区域和时间内,中子之间的碰撞已不可忽略,于是提出了非线性中子输运方程及其解法。 2022-6-1 核武器物理和工程发展的过程中,形成了一个新兴的交叉学科高能量密度物理学。u广义地,“高能量密度”是指能量超过1011J/m3,或压力超过1兆巴,温度超过400ev,电磁波强度超过31015w/cm2的物质状态;u在核武器物理领域,“高能量密度”特指温度超过103ev,压力超过107atm,高密度的物质状态。核工程技术的发展深化着物理学的研究核工程技术的发展深化着物理学的研究 2022-6-1核工程技术的发展深化着物理学的研究核工程技术
14、的发展深化着物理学的研究 进行高能量密度物理研究的装置包括:进行高能量密度物理研究的装置包括: 激光惯性约束聚变装置激光惯性约束聚变装置 基于脉冲功率技术的基于脉冲功率技术的Z Z箍缩装置箍缩装置 长脉冲(长脉冲(ss)功率装置)功率装置 (如美国(如美国 的的AtlasAtlas)等等神光II装置2022-6-1核工程技术的发展深化着物理学的研究核工程技术的发展深化着物理学的研究 研究的内容包括:研究的内容包括: 材料特性材料特性 可压缩流体动力学可压缩流体动力学 辐射流体动力学辐射流体动力学 核聚变物理核聚变物理 天体物理等。天体物理等。是以大科学工程为手段研究基础物理学是以大科学工程为手
15、段研究基础物理学2022-6-1核工程技术的发展深化着物理学的研究核工程技术的发展深化着物理学的研究 可可 见:见: 物理学引领工程技术生产力反哺物理学工程技术二、物理学和激光技术与工程二、物理学和激光技术与工程 激光加工设备2022-6-1光物理的基础研究孕育了激光器的诞生光物理的基础研究孕育了激光器的诞生1919世纪的科学家们进行了关于电磁波的卓越的研究世纪的科学家们进行了关于电磁波的卓越的研究19051905年爱因斯坦提出了光量子和光电效应的概念,揭示年爱因斯坦提出了光量子和光电效应的概念,揭示了辐射的波粒二象性了辐射的波粒二象性 19161916年爱因斯坦提出了受激辐射的概念年爱因斯坦
16、提出了受激辐射的概念19001900年普朗克引入的能量量子的概念年普朗克引入的能量量子的概念 基础性、探基础性、探索性研究索性研究2022-6-1光物理的基础研究孕育了激光器的诞生光物理的基础研究孕育了激光器的诞生激光走向新技术的开发和工程应用阶段激光走向新技术的开发和工程应用阶段19541954年研制成第一台微波激射器年研制成第一台微波激射器 19581958年美国的汤斯和苏联的巴索夫及普罗霍洛夫等人提出了激光的概念年美国的汤斯和苏联的巴索夫及普罗霍洛夫等人提出了激光的概念和理论设计和理论设计 19601960年美国的梅曼研制成功第一台红宝石激光器;贾万等人年美国的梅曼研制成功第一台红宝石激
17、光器;贾万等人研制成氦氖激光器。研制成氦氖激光器。我国的第一台激光器我国的第一台激光器于于19611961年在长春光机所创制成功年在长春光机所创制成功 2022-6-1激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响 激光的激光的特性特性使之在光学应用领域带来了革命性的变化:使之在光学应用领域带来了革命性的变化:方向性单色性相干性高亮度2022-6-1 四十多年来,激光器的品种迅速增加:四十多年来,激光器的品种迅速增加: 固体激光器固体激光器 半导体激光器半导体激光器 固体激光器(固体激光器(半导体激光泵浦半导体激光泵浦) 化学激光器(化学激光器(HF/DFHF/DF激
18、光、氧碘化学激光器、激光、氧碘化学激光器、COCO2 2激光、燃料激光、氦氖激光激光、燃料激光、氦氖激光)激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响2022-6-1 自由电子激光器自由电子激光器 x x射线激光器射线激光器 准分子激光器准分子激光器 金属蒸气激光器等。金属蒸气激光器等。 激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响铜蒸气激光2022-6-1 激光器的输出水平不断提高:激光器的输出水平不断提高: 中、小功率器件 高功率、高能量激光器; 脉冲体制从连续波、准连续波到各种短脉冲、超短脉冲的激光。u连续的高能激光单次输出能量已达
19、百万焦耳以上;连续的高能激光单次输出能量已达百万焦耳以上;u超短脉冲:纳秒超短脉冲:纳秒 皮秒皮秒 费秒费秒 阿秒阿秒 脉冲功率密度则可高达脉冲功率密度则可高达10102020瓦瓦/cm/cm2 2以上以上。 激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响2022-6-1p输出激光的频率覆盖着越来越广的范围:长至亚毫米(太赫兹)长至亚毫米(太赫兹)短至短至x x射线射线激光也在探索中,分立的激光谱线达几千条;激光也在探索中,分立的激光谱线达几千条;p输出激光的光束质量,好的可达近衍射极限。 激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响202
20、2-6-1 激光应用的开创性表现在激光应用的开创性表现在 : 激光光谱技术比传统的分辨率提高了百万倍,灵敏度提 高了百亿倍; 激光为信息技术开拓了丰富的频率资源;激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响 布满全球的光纤网,加上卫星通信网,布满全球的光纤网,加上卫星通信网,形成了信息高速公路的基础;形成了信息高速公路的基础; 光存储、激光全息、激光照排、打印及光存储、激光全息、激光照排、打印及条码扫描技术等,提供了全新的多样化条码扫描技术等,提供了全新的多样化的信息服务。的信息服务。 可擦除小型光盘的刻录母盘2022-6-1 激光可在很小的区域上聚焦很高的功率密度
21、:激光可在很小的区域上聚焦很高的功率密度: 在工业制造中可进行精确的切削和表面改性在工业制造中可进行精确的切削和表面改性 做精密的医疗手术做精密的医疗手术 作用于微型靶实现激光核聚变。作用于微型靶实现激光核聚变。激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响2022-6-1 激光技术开辟了崭新的军事应用,包括:激光技术开辟了崭新的军事应用,包括:激光瞄准、制导、测距激光瞄准、制导、测距激光雷达激光雷达激光陀螺激光陀螺激光引信激光引信激光致盲传感器激光致盲传感器高能强激光武器等。高能强激光武器等。 激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响激光技术与工程的迅速发展及其深刻影响
22、ABLABLABL2022-6-1激光应用本身及其提供的研究手段又促进了物理学的发展激光应用本身及其提供的研究手段又促进了物理学的发展 非线性光学成为一个重要研究领域:非线性光学成为一个重要研究领域:激光与介质(含大气)相互作用时产生各种非线性效应的物理本质和规律。 产生的条件、特性、机理:产生的条件、特性、机理: 受激拉曼散射受激拉曼散射 自聚焦自聚焦 热晕热晕 光学和频与倍频光学和频与倍频 相干瞬态光学效应等相干瞬态光学效应等2022-6-1激光应用本身及其提供的研究手段又促进了物理学的发展激光应用本身及其提供的研究手段又促进了物理学的发展 非线性光学材料非线性光学材料及非线性光学效应非线
23、性光学效应的几种应用:扩展激光的波长范围扩展激光的波长范围发展非线性光学相位共轭技术发展非线性光学相位共轭技术光学双稳为研究非线性系统中的动力学行为提供实用光学双稳为研究非线性系统中的动力学行为提供实用的手段;的手段; 超短、超强激光超短、超强激光将对强场超快科学、相对论非线性物理、天体物理及宇宙学的研究提供新的手段和极端条件。2022-6-1激光应用本身及其提供的研究手段又促进了物理学的发展激光应用本身及其提供的研究手段又促进了物理学的发展 激光光谱学的高灵敏度和高分辨率: 可用于对物质的结构、能谱、瞬态的变化和微观动力学进可用于对物质的结构、能谱、瞬态的变化和微观动力学进行深入研究,进一步
展开阅读全文