大学物理绪论31840

1、大学物理学,绪论,斯蒂芬. 霍金,1942年生于英国。21岁患重症肌无力，全身致残。以坚强的毅 力进行科研。是继爱因斯坦后最伟大的物理学家。把量子力学和 广义相对论结合起来，提出了宇宙“ 开放暴胀论,什么是物理学？ 物理学是研究物质的结构、运动、相互作用形式及其相互转化规律的科学,1、物质的基本结构1-粒子物理简介.ppt,2、物质间的相互作用,引力作用、电磁作用、强相互作用、弱相互作用,3、物质最基本、最普遍的运动形式 及转化规律,物理学研究对象在十分广泛范围内运动,空间尺度（相差1046 m） 1026 m（约150亿光年）（宇宙）10-20 m（夸克,时间尺度 （相差1045 s ） 1

2、018 s（150亿年）（宇宙年龄）10-27 s（硬 射线周期,速率范围 0（静止）3108 m/s（光速,不同尺度和速度范围的对象要用不同的物理理论研究,W,粒子,原子,DNA,人,山,地球,太阳系,星系,星系团,原子核,微观,介观,宏观,宇观,天体物理 粒子物理,两大尖端紧密衔接,时间、空间,时间：表征物质存在的持续性，物质运动的阶段性和顺序性。用能周期性重复的现象来计量时间。时间的国际单位是秒（s,a.定义1秒为 平均太阳日的1/86400。（一个太阳日就是太阳相继两次经过同一子午面的时间间隔。平均太阳日就是全年太阳日的平均,b.1956年定义1秒为 1900年太阳年1/3155692

3、5.9747。（一太阳年为太阳两次通过春分点的时间间隔,c.1967年第13届国际计量大会决定定义 1秒等于铯133原子基态的两个超细能级之间跃迁相对应的辐射周期的9192631770倍。这就是原子钟。精度为,空间：表征物质存在的广延性，物质之间的排列顺序。空间两点的距离为长度，任何长度的测量都是通过某一长度基准进行的。长度的米制标准起源于法国,a.最早的米定义是通过巴黎的一条子午线从北极到赤道的一千万分之一,b.1889年的一届国际计量大会通过，将保存在法国国际计量局中的铂铱合金棒的两条刻线间距离定义为1米,c.1983年的十七届国际计量大会通过，光在真空中（1/299792458）秒内运行

4、的路程定义为1米,经典 相对论 2-狭义相对论.ppt3 广义相对论.ppt,时间和空间是一切物质运动和存在的基本形式,二、物理学的发展,2600年前 古希腊的自然科学,1687年 牛顿自然哲学的数学原理发表 物理学真正成为一门精确的科学,17 世纪 在伽利略、开普勒工作基础上，牛 顿建立了完整的经典力学理论,18-19世纪 在大量实验基础上，卡诺、焦耳、 开尔文、克劳修斯，建立了宏观热力学论； 克劳修斯、麦克斯韦、玻尔兹曼建立了 气体分子动理论；（热学） 库仑、奥斯特、安培、法拉第、麦克斯 韦建立了电磁学理论,20世纪 爱因斯坦独立创立了相对论; 普朗克、爱因斯坦、玻尔 德布罗意、 海森伯、

5、薛定谔、 玻恩等人共同努力 创立了量子论和量子力学。 奠定了近代物理学的理论基础,至此，经典物理学理论体系的大厦巍然耸立,惠更斯、菲涅尔等建立了波动光学,物理学在不断发展 前沿 粒子物理、 天体物理 、 复杂性研究 经典物理也在发展 波动光学 信息光学 21世纪物理学的发展趋势 把对微观世界的研究与对宏观世界的研究结合起来,21世纪,微观世界两大疑问,宇宙中的两大疑问,弱相互作用中宇称不守恒 自由夸克没有观测到,暗物质是什么 类星体具有巨大能量,二） 为什么学习物理学,2. 物理学是一切自然科学的基础,3. 物理学是现代技术革命的先导,4. 物理学是认识世界，掌握世界的思维方法,1. 形势的要

6、求,1. 形势的要求,高校大规模的扩招,大学毕业生就业难,毕业生专业不对口,物理学具有全面知识，力、光、电、原子物理覆盖了自然科学的全部领域。是专业的入门砖,物理学的思维方法是再学习，适应社会的需要,生物,化学,物理,自然法则,应用数学,定性的和定量的,人类理解,美学,土木工程,医 学,机械工程,电气工程,结构学,机械控制,热 力学,流 体,化学工程,生物化学工程,放射学,应用生物学,土力学,建筑学,机械原理,核能,电学,电力机械,人类利益,化 工,航 空 学,知识之树,2. 物理学是一切自然科学的基础,2021世纪物理学深入渗透到其它学科,化学：量子化学、激光化学、分子反应动力学等等,199

7、9年A.H.Zewail 成功地应用超快激光技术（飞秒激光）研究原子的微观运动，获得诺贝尔化学奖,10-15秒,生命科学： DNA分子双螺旋结构,Francis Crick & James Watson,DNA的双螺旋结构,DNA 的 双 螺 旋 构 型,物理学与医学,核磁共振 正常 肿瘤,正电子发射层析术(PET) Positron Emission Tomography 利用发射正电子的示踪原子 测量脑的活动功能，诊断异常,物理学渗入经济学,M.S.Scholes & F.S.Black,利用布朗运动模型和随机微分方程导出 BlackScholes 期权定价公式，获1997年诺贝尔经济学奖

8、,无论什么问题，当物理学家用物理方法去研究它们时，就把它们纳入物理学问题，成为物理学的具体研究对象,3、物理学是现代技术革命的先导,物理学基本规律渗透在自然科学的一切领域,应用于生产，是工程技术特别是高新技术的基础,历史上物理与技术的关系大致有两种模式,技术 物理 技术 (以第一次工业革命为标志) 物理 技术 物理 (以电气化进程为标志,本世纪两种模式并存、交叉，但几乎所有重大的新技术的创立，都是以物理学的发展为先导的,爱因斯坦受激辐射理论（1917,第一台激光器诞生（1960,现代光学,物理,技术,物理,被誉为第三次工业革命的整个信息技术的发生、发展，其硬件部分几乎都以物理学成果为基础,晶体

9、管诞生（1947） 集成电路 （1962） 大规模集成电路 （70年代后期,量子力学 费米-狄拉克统计 固体能带理论 （20年代,微结构物 理,物理,技术,物理,物理等基础科学是工程技术发展的基石和原动力,第一支晶体管的诞生J.Bardeen W.Shockley W.H.Brattain,1956年获诺贝尔 物理奖,在一毫米见方的单晶硅片上制成的集成电路可以穿过针眼,90年代中期Intel公司 奔腾(Pentium)芯片上包含500万个晶体管，刻蚀线宽不到微米,20世纪物理学又一重大贡献 - 激光,1960年制成第一台红宝石激光器,此后几十年制成各种类型、覆盖各种频段的激光器,应用推广到各个

10、领域：激光通讯、激光雷达、激光熔炼、激光切割、激光外科手术、激光武器等等,激光切割,激光手术 激光光盘,4. 物理学是认识世界，掌握世界的思维方法,学习科学的思维方法，增强全面素质，对发挥人的创造潜力至关重要,从思维方法上讲，讲三种物理学的思维方法 简化模型的选取，抓主要矛盾， 例：质点，点电荷，原子模型 概念和方法的类比 例：电学和磁学的类比 假说 例：量子论和量子力学,具体地说，物理学还有许多有特色的方法： 演绎法： 基本定律 推理、演算 新理论 归纳法 ： 归纳实验或观测事实 假设、模型 新理论 对称性分析 守恒量的利用 定性和半定量分析 量纲分析,科学家的类型：牛顿-归纳型 伽利略-观

11、察型 麦克斯韦-逻辑型 焦耳-动手型 爱因斯坦-狂想型,不同时期决定不同类型的科学家 17世纪 牛顿 伽利略 19世纪 焦耳 麦克斯韦 20世纪 爱因斯坦,新时期需要什么类型的科学家,混合型,工程技术人员良好的物理素质表现在： 在工程技术问题面前，能够从物理本质上提出问题和做出判断； - （分析问题） 能够把物理学的思想、观点、规律和方法运用到工程技术的实际中； - （解决问题） 注意物理学的发展，不断探索如何把物理学的新成果引入到工程技术中。- （不断创新） 要重视提高科学素质，不要把物理课当专业课来对待,四、学习的主要内容及注意的几个问题,经典物理：力学、热学、电磁学、波动学,近代物理：量

12、子物理,大学学习特点是进度快、内容多，要自学、及时总结，培养自学能力,注意听课方法，注重科学的方法。重视思维能力等综合能力的锻炼；要培养独立思考的能力；笔记,认真完成作业等能力训练任务，培养自己分析问题和解决问题能力,4、学会与老师沟通与同学间的协作,5、考评内容,五) 参考书目 物理学教程 第二版（一套二册），马文蔚 新概念物理教程 （一套五册） ，赵凯华，罗蔚茵 基础物理学上、下册，陆果 普通物理学，程守洙，江之永主编 伯克利物理学教程（一套五册） Physics，R. Resnick, D. Halliday,作业：统一作业，每章一交。 要求：以班级为单位，购买习题册。每本4元。 答疑时

13、间：待定 答疑地点：理学楼411室。作业交到第二教学楼418室,结束语 发展独立思考和独立创新的一般能力， 应当始终放在首位, 而不应当把知识放在首 位。如果一个人掌握了他的学科的基础理 论，并且学会了独立思考与工作，他必定 会找到自己的道路。而且比起那些主要以 获取细节知识为训练内容的人来，他一定 会更好地适应进步和变化。 爱因斯坦,大爆炸宇宙学说,1946年 珈莫夫、阿尔夫和赫曼提出大爆炸宇宙学说， 预言早期大爆炸的辐射仍残存在我们的周围,1965年 彭齐亚斯和威尔逊观测到了充满宇宙空间的、温 度在2.5-4.5K之间的黑体辐射，常称3K(或2.7K) 宇宙微波背景辐射。 宇宙背景辐射是宇宙大爆炸理论的重要实验依据,1929年 哈勃发现：星系光谱每条谱线的波长增加了， 越远的星系以越快的速度离我们而去， 整个宇宙处在膨胀状态,1989年11月 宇宙背景探测卫星证明了上述结论。 在此基础上，逐步形成了在广义相对论 基础上的一 种标准模型,宇宙从一个原始火球爆炸开始，尺度随时间增加， 温度 随时间降低，宇宙中物质成分也相应变化，进行核 合成， 从而形成原子以及结构（星体、星系，星团）。 这些组成了大爆炸宇宙