§1.1-1.6物理学和力学第一章.ppt

上 页下 页结 束返 回 第一章 物理学和力学 第一章 物理学和力学 1.1发展着的物理学 1.2 物理学研究的方法 1.3 时间和长度的测量 1.4 单位制和量纲 1.5 数量级估计 1.6 参考系坐标系与时间坐标轴 1.7 力学学习物理学的开始 上 页下 页结 束返 回 第一章 物理学和力学 第一章 物理学和力学 没有今日的基础科学, 就没有明日 的科技应用, 可以想象, 我们现在的基 础科学将怎样地影响21世纪的科技文 明. 李政道 物理学属于基础科学范畴,是一门素质课,物理思 想和物理方法是一个科学工作者灵感之所在,基础之 所在. 力学学习物理学的开始. 上 页下 页结 束返 回 第一章 物理学和力学 1.1发展着的物理学 1.1.1经典物理学与现代物理学 经典物理学 经典力学 经典热力学,经典统计物理学 经典电磁学 现代物理学基础 狭义相对论 量子力学 广义相对论 上 页下 页结 束返 回 第一章 物理学和力学 牛顿开普勒伽利略 他们为经典力学的建立做出贡献 上 页下 页结 束返 回 第一章 物理学和力学 玻尔兹曼 他们为经典热力学统计物理的建立做出贡献 上 页下 页结 束返 回 第一章 物理学和力学 他们为经典电磁理论的建立做出贡献 上 页下 页结 束返 回 第一章 物理学和力学 X射线、电子、放射性的发现，物理学的 研究由宏观转向微观 . W.K.Rntgen 伦琴发现X射线 J.J.Thomson 发现电子 A.H.Becquerel 发现放射性 上 页下 页结 束返 回 第一章 物理学和力学 爱因斯坦 他们奠定了现代物理学基础 上 页下 页结 束返 回 第一章 物理学和力学 1.1.2微观世界 1914年卢瑟福 发现射线, 射 线,建立了原子 有核模型. 电子的发现，确认了原子是可分的，为探索原 子结构以及为探索更深层次的结构开辟了道路. 上 页下 页结 束返 回 第一章 物理学和力学 物质是由轻子和夸克组成. 轻子有电子、 子、 子、电子中微子、 子中微 子和 子中微子，每一种均有反粒子，共有12种. 夸克有6种味，即上夸克、下夸克、奇异夸克、粲 夸克、底夸克和顶夸克.每味又分红、蓝和绿3种色. 粒子之间间有四种基本相互作用：引力相互作用、电 磁相互作用、弱相互作用和强相互作用. 粒子之间间的基 本相互作用是通过过交换换某种粒子来传递传递 的，即基本相 互作用都是由媒介粒子传递传递 的，这类这类 媒介粒子统统称为为 规规范玻色子. 电磁力以光子为媒介，弱力的媒介为Z0和W粒子 ，强子的媒介有8种颜色的胶子. 上 页下 页结 束返 回 第一章 物理学和力学 1.1.3宇宙的早期演化 强子 时代 轻子 时代 辐射时代 恒星 星系 形成 直至 现在 上 页下 页结 束返 回 第一章 物理学和力学 1.1.4 非线性系统的复杂行为 一旦系统出现非线性,便可能呈现复杂行为.这种复 杂行为有时会表现为规则的时空或功能有序,有时也会 表现为貌似无序的序.复杂行为不仅能发生于物理和化 学系统,也能发生于生命和社会系统. 上 页下 页结 束返 回 第一章 物理学和力学 1.2 物理学研究的方法 观察: 实验: 假设: 理论:在有充分实验事实的基础上归纳出来的原理 、定律、规律等. 基本方法 抽象: 应用: 对现象的考察和研究. 在人工控制下，使现象重演. 抓住本质，建立物理模型.如质点、刚体. 对于现象的本质所提出的一些说明方案或基 本论点等. 将物理学理论用于实际. 上 页下 页结 束返 回 第一章 物理学和力学 目前国际通用的时间单位是秒（s）.为提高精度， 1967年国际计量大会决定采用原子的跃迁辐射作为 计时标准,并规定铯-133原子基态的两个超精细能 级间跃迁相对应的辐射的9 912 631 770个周期的持 续时间作为1s. 这样的原子标准称为原子时. 1.3.1 时间的计量 一切周期运动都可用来量度时间。 1.3 时间和长度的测量 上 页下 页结 束返 回 第一章 物理学和力学 可用物体来计量长度.如古代测量长度常以人体的 某部分作为单位和标准. 近代的测量长度单位是在法 国的米制单位发展起来的（规定为通过巴黎的自北极 至迟到的子午线的千万分之一为米）,目前在国际单 位制中长度的单位是米（m）.在1983年国际计量大会 商定以:“1m为光在真空中(1/29792458)s 时间间隔内 所经路径的长度”. 1.3.2 长度的计量 上 页下 页结 束返 回 第一章 物理学和力学 1.4 单位制和量纲 物理学中,物理公式总是和一定的“单位制”相联系 ,“单位制”就是各物理量间相互配套的一组单位. 1.4.1 基本单位和导出单位 基本单位：选定几个物理量作为基本量,人为地规定 其单位，称为基本单位制. 导出单位：从基本量导出的量称为导出量，其单位是基 本单位的组合，称为导出单位. 根据同一规律写出的公式，采用的单位不同，公 式中出现的因子不同。如 s = kvt . 上 页下 页结 束返 回 第一章 物理学和力学 1.4.2国际单位制(SI) 基本量:长度 质量 时间 电流 温度 物质的量 光强度 单 位: m kg s A K mol cd 导出量: 速度 加速度 力 动量 单 位: m/s m/s2 N kg m/s 辅助单位: 平面角 立体角 单 位：rad sr（球面度） 辅助单位可以参与导出单位，如角速率 rad/s SI词头：因为用很大单位测很小的量或用很小单位测很 大的量都不方便，为使单位大小相济，适应不同问题的 需要，在SI中规定了“SI词头”. 如表1.3. 上 页下 页结 束返 回 第一章 物理学和力学 1024 yotta 尧它 Y 1021 zetta 泽它 Z 1018 exa 艾可萨 E 1015 peta 排它 P 1012 tera 太拉 T 109 giga 吉咖 G 106 mega 兆 M 103 kilo 千 k 102 hecto 百 h 101 deca 十 da 10-1deci 分 d 10-2 centi 厘 c 10-3 milli 毫 m 10-6 micro 微 10-9 nano 纳诺 n 10-12 pico 皮可 p 10-15 femto 飞姆托 f 10-18 atto 阿托 a 10-21 zepto 仄普托 z 10-24 yocto 幺科托 y 上 页下 页结 束返 回 第一章 物理学和力学 1.4.3 量纲式 量纲：表示一个物理量由基本量的幂次组合的式子. 基本量选定后,导出量的量纲可由基本量的量纲的组 合而得. 在国际单位制中,表示力学量A的量纲式为 如： L为长度的量纲，M为质量的量纲，T为时间的量纲. p、q、r 为量纲指数 1.量纲 速度的量纲 加速度的量纲 力的量纲 圆心角的量纲 上 页下 页结 束返 回 第一章 物理学和力学 (3)为推导某些复杂公式提供线索. (1)用量纲检查等式的正误. 因为只有量纲相同的量 才能彼此相等，所以等式两边的量的量纲必须相同. (2)用量纲分析方程中比例系数的单位. 2. 应用 上 页下 页结 束返 回 第一章 物理学和力学 1.5 数量级估计 1.5.1 有效数字 1.520 有四位有效数字 567.23 有五位有效数字 1.35cm 有三位有效数字 0.0135m有三位有效数字 1.0035 有五位有效数字 1.000cm有四位有效数字 注意：有效数字的位数与十进制单位的变换无关,即与 小数点的位置无关.用以表示小数点位置的“0”不是有 效数字,当“0”不表示为小数点位置时是有效数字.数据 最后的“0”不能随便加上,也不能随便去掉. 某一数中可靠数字称作有效数字，它的个数称作 有效数字的位数.例如： 上 页下 页结 束返 回 第一章 物理学和力学 1.5.2 数量级的估计 例如：88920 取9104 称“数量级估计”，实际上又 将已估计的9104 以105 代之.用10的若干次方表示的数 常称为“数量级”. 估计某数的数量级时,常取整为一位有效数字乘以 10的若干幂次. 上 页下 页结 束返 回 第一章 物理学和力学 1.6 参考系坐标系与时间坐标轴 任何物理过程都和时间空间相联系.对机械运动而 言,空间规定了运动物体的大小与位置;时间则规定了运 动过程的长短和顺序.在经典力学范围内,空间与时间是 脱离物质与运动的独立存在;空间是延伸到整个宇宙容 纳物质的三维平直框架,时间犹如一座始终均匀转着的 钟. 上 页下 页结 束返 回 第一章 物理学和力学 1.6.1 参考系和坐标系 被选作物体运动依据的物体或物体群称为参考系 ，与参考系固连的三维空间称为参考空间.同一物体的 运动情况相对不同的参考系是不同的. 为了定量表示物体相对参考系的位置,可在参考系 上建立适当的坐标系.即用固定在参考空间的一组坐标 轴和用来规定一组坐标的方法. 上 页下 页结 束返 回 第一章 物理学和力学 1.6.2 时间坐标轴 所谓考察物体的运动,也就是考察物体的位置变动 与时间的关系.因而考察物体的运动还必须有时间的坐 标轴,坐标原点即计时起点,计时起点不一定就是物体 开始运动的时刻. “时刻”对应于时间轴上一点,时刻为 正或负表明在计时起点以后或以