ch07-1对称性与守恒-公开课件.ppt

1820 年4月: 丹麦物理学家奥斯特（1777～1851）发现电流的磁效应。 “猛然打开了科学中一个黑暗领域的大门。” ——法拉第 例4.奥斯特实验 条件－ 导线、磁针均垂直于镜面 结果－ 磁针偏转，与镜面平行。 镜面内右手螺旋法则不成立。 N S N S N S N S 马赫 （奥地利） 1838-1916 马赫的困惑： 解释：磁针磁性是安培分子电流形成的，条件中存在平行于镜面的因素。 N S N S N S 解释：镜面内分子电流反向，磁针N,S极互换，右手螺旋法则仍有效。该过程的物理定律具有镜象对称性。 例5.长直密绕载流螺线管内磁感应线的形状 p1 p2 无限长：M、1 、2 面均可视为中垂面，其上离轴线距离相等的点彼此等价，其磁感应强度大小、方向相同。 即：平行于轴的直线上的点具有平移对称性 又：1 、2 面到 M 距离相等，关于 M 镜像对称，可证明其上各点磁感应强度方向只能与轴线平行。 轴矢量 p1 p2 要求 只能平行于轴线， 不能有垂直于轴线的分量。 三、对称性与守恒定律 运用于物理学： 物理学中存在着许多守恒定律,如能量守恒、动量守恒、角动量守恒、电荷守恒、奇异数守恒、重子数守恒……这些守恒定律的存在并不是偶然的，它们是自然规律具有各种对称性的结果。“对称性”是凌驾于物理规律之上的自然界基本规律。 基本思想： 对称性 —— 守恒量 —— 守恒定律 1、诺特尔 (德国女数学家.1883～1935)定理 对应 对应 严格的对称性——严格的守恒定律 近似的对称性——近似的守恒定律 2、对称性与守恒定律（不严格证明，只建立联系） 例1.时间平移对称性——能量守恒定律 蓄水槽 发电机 泵 电池 蓄水槽 马克永动机的设计原理 热力学第一定律—能量守恒—永动机不能制造成功 如果物理定律不具有时间平移对称性 设重力势能 随时间变化 例如：白天 g’ 大，晚上 g 小，则可晚上抽水贮存于h高度处，白天利用水的落差作功，可获得能量赢余 则永动机可以制造成功，违反能量守恒定律， 说明能量守恒定律与时间平移对称性相关联。 蓄水槽 发电机 泵 电池 蓄水槽 例2.空间平移对称性——动量守恒定律 动量守恒定律 孤立系统的质心以恒定的速度运动 质点系所受合外力为零时，其总动量为恒矢量。 来源于系统内力矢量和为零， 来源于作用与反作用等大反向。 空间平移对称性－作用与反作用等大反向 动量守恒定律 思路： ＝0 复习：动量守恒来源于系统内力矢量和为零， 设质点 a、b 分别位于 A、B，相互作用的保守内力为 和 ，相互作用势能为 将a相对b从A移动到A，两质点间相互作用势能增量为 将b相对a 从B移动到B，两质点间相互作用势能增量为 * ? 本章共1讲 第二篇 实物的运动规律第七章 对称性与守恒定律 第七章 对称性与守恒定律 从十分复杂的实验中所引导出来的一些对称性，有高度的单纯与美丽。这些发展给了物理学工作者鼓励与启示。他们渐渐了解到自然现象有着美妙的规律，而且是他们可以希望了解的规律。 －－－杨振宁 对称性概念 对称性原理 对称性与守恒定律 对称性的自发破缺 结构框图 由简单到复杂，由感性到理性，由具体到抽象，初步理解关于对称性的基本概念，认识对称性思想方法的重要意义。 既是对4－6章的深化，又是过渡到相对论的桥梁。 重点：对称性概念， 时空对称性与力学中三个守恒定律的联系 难点：对称性原理，对称性方法 学时：2 对称性的概念最初来源于生活：动物、植物、建筑、文学艺术…… 何其相似！ C60分子结构(巴基球) 截角正20面体，每个顶点上一个C原子，构成笼状32面体（20个六边形，12个五边形）。1985年发现（1996 诺贝尔化学）开创有机化学新篇章。 药物设计应用举例：一种新开发的用于磁共振成像的水溶性造影剂，避免其中金属原子对人体的潜在危害。 钆（Gd）原子 钪（Sc）原子 氮原子 水分子 福建厦门鼓浪屿的一幅对联 雾锁山头山锁雾 天连水尾水连天 清代女诗人吴绛雪的《四季回文诗.夏》 香莲碧水动风凉 水动风凉夏日长 长日夏凉风动水 凉风动水碧莲香 香莲碧水动风凉 水动风凉夏日长 长日夏凉风动水 凉风动水碧莲香 镜面对称 文学创作中的对称 被研究的对象——体系 对体系的描述——状态 体系从一个状态到另一个状态的变化——“变换”或“操作” 变换前后体系状态相同——“等价”或“不变” 关于对称的基本概念 如果一个操作能使某体系从一个状态变换到另一个与之等价的状态，即体系的状态在此操作下保持不变，则该体系对这一操作对