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1、华南理工大学华南理工大学电子教案电子教案上课时请大家上课时请大家关闭一切通讯工具,关闭一切通讯工具,谢谢!谢谢!大学物理学大学物理学给开始学习大学物理的同学们给开始学习大学物理的同学们:“科学是一种科学是一种方法方法。它教导我们:一些事物是怎样。它教导我们:一些事物是怎样被了解的,什么事情是已知的,现在了解到了什被了解的,什么事情是已知的,现在了解到了什么程度,如何对待疑问和不确定性,证据服从什么程度,如何对待疑问和不确定性,证据服从什么法则;如何思考事物,做出判断,如何区别真么法则;如何思考事物,做出判断,如何区别真伪和表面现象伪和表面现象”。R.PR.P费曼费曼 物理只是一个载体,真正学习
2、的是物理只是一个载体,真正学习的是“道道”,掌握普,掌握普适价值的科学方法,提升思考力,去伪存真,抓住适价值的科学方法,提升思考力,去伪存真,抓住核心问题能力,将终身受益。核心问题能力,将终身受益。学好物理学可以解释半个世界学好物理学可以解释半个世界。什么是物理学?什么是物理学? 物理学物理学是研究是研究物质、能量物质、能量和它们的和它们的相相互作互作用用的学科。的学科。 (A science that deals with matter and energy and their interactions) 第第2323届国际纯粹物理与应用物理联合会届国际纯粹物理与应用物理联合会(IUPAP)
3、(IUPAP)大会大会(99.3.1699.3.162121)通过的)通过的“决议五决议五”指出指出: 物理学物理学是研究物质的基本结构,物质之间的相互是研究物质的基本结构,物质之间的相互作用以及它们的最基本的最普遍的运动规律。是作用以及它们的最基本的最普遍的运动规律。是自然科学的基础。自然科学的基础。1 .世界是物质的世界是物质的,物质是永恒不断地运动着的物质是永恒不断地运动着的.3 物质之间存在相互作用物质之间存在相互作用2 运动是物质的固有属性运动是物质的固有属性而物理学是研究最基本而物理学是研究最基本,最普遍的运动形式的最普遍的运动形式的(1)宏观物体)宏观物体万有引力万有引力(2)带
4、电物体)带电物体电磁力电磁力(3)强子之间(质子、中子及各种介子之间)强子之间(质子、中子及各种介子之间)强相互作用力强相互作用力 (4)轻子与轻子之间,轻子与强子之间,强子与强子之间轻子与轻子之间,轻子与强子之间,强子与强子之间 弱相互作用力弱相互作用力 4 时间和空间是物质存在的形式时间和空间是物质存在的形式两个转变两个转变: 人们从牛顿的绝对时空观到爱因斯坦的相对论时空观的转变人们从牛顿的绝对时空观到爱因斯坦的相对论时空观的转变 从时空的有限、无限哲学思辩到用科学的方法去研究从时空的有限、无限哲学思辩到用科学的方法去研究物理学物理学研究范围研究范围 空间尺度空间尺度 ( (相差相差101
5、045 45 10104646) ) 101026 26 m(m(约约150150亿光年亿光年) )( (宇宙宇宙) )101020 20 m m( (夸克夸克) ) 时间尺度时间尺度 (相差相差1045) 速率范围速率范围 不同尺度和速度范围的对象要用不同的物理学研究不同尺度和速度范围的对象要用不同的物理学研究:宏观、低速领域:宏观、低速领域:经典物理经典物理(classical physics)高速运动领域:高速运动领域:相对论物理相对论物理(relativistic physics)微观领域:微观领域:量子物理量子物理(quantum physics)1018s (150亿年亿年) (宇
6、宙年龄宇宙年龄) 10-27s ( 硬硬 射线周期射线周期 )0 (静止静止) 3 108 m/s (光速光速 )物理学最重大的基本理论有以下物理学最重大的基本理论有以下5 5个:个: 牛顿力学或经典力学(牛顿力学或经典力学(mechanicsmechanics):):热力学(热力学(themodynamicsthemodynamics):):电磁学(电磁学(electromagentismelectromagentism):):相对论(相对论(relativityrelativity):):量子力学(量子力学(quantum mechanicsquantum mechanics):):研究物
7、体的机械运动研究物体的机械运动研究温度、热、能量守恒以及熵原理研究温度、热、能量守恒以及熵原理 研究微观领域研究微观领域 研究高速运动、引力、时间和空间等研究高速运动、引力、时间和空间等 研究电、磁以及电磁辐射等研究电、磁以及电磁辐射等三、物理学与科学技术三、物理学与科学技术科学:解决理论问题科学:解决理论问题技术:解决实际问题技术:解决实际问题1.物理学与自然科学物理学与自然科学(天文学、化学、生物学等)天文学、化学、生物学等)粒子物理:在最小的尺寸上探索物质结构粒子物理:在最小的尺寸上探索物质结构天体物理:在最大的尺寸上探求宇宙起源与演化天体物理:在最大的尺寸上探求宇宙起源与演化现代理论进
8、展表明:这两者已奇妙地衔接在一起现代理论进展表明:这两者已奇妙地衔接在一起以人类作标准尺以人类作标准尺度(度(1m)爱因基坦说过:爱因基坦说过:物理上真实的东西,一定是逻辑上简洁物理上真实的东西,一定是逻辑上简洁的东西。的东西。能量转化与守恒定律能量转化与守恒定律-将机械的、电磁的、热的运动统一;将机械的、电磁的、热的运动统一;麦克斯韦方程的建立麦克斯韦方程的建立物理学研究的是最基本的规律,应具有简洁、和谐、物理学研究的是最基本的规律,应具有简洁、和谐、对称和统一的特点。对称和统一的特点。万有引力万有引力物理学贯穿着一条物理学贯穿着一条红线红线相对论的建立相对论的建立-追求物质世界的统一追求物
9、质世界的统一-天上与地上的运动统一;天上与地上的运动统一;-将电磁、光的运动统一;将电磁、光的运动统一;-将时间、空间与物质运动统一,将时间、空间与物质运动统一,量子力学的建立量子力学的建立弱电统一理论弱电统一理论夸克理论夸克理论-将强子结构统一(夸克);将强子结构统一(夸克);宇宙大爆炸理论与大统一理论宇宙大爆炸理论与大统一理论 力图将宇观与微观统一(正在努力图将宇观与微观统一(正在努力实现)力实现) -将粒子性与波动性统一,实物与场统一;将粒子性与波动性统一,实物与场统一;-将弱相互作用与电磁相互作用统一将弱相互作用与电磁相互作用统一并肩前进。交叉学科:物理化学、量子化学并肩前进。交叉学科
10、:物理化学、量子化学物理学规律同样适用于有机界与无机界物理学规律同样适用于有机界与无机界交叉学科:生物物理交叉学科:生物物理前沿领域之一:耗散结构理论前沿领域之一:耗散结构理论物理学是自然科学的基础,物理学研究的是物质世界最物理学是自然科学的基础,物理学研究的是物质世界最普遍最基本的规律普遍最基本的规律2.物理学与技术(两种模式)物理学与技术(两种模式)第一次工业革命(解决动力机械)第一次工业革命(解决动力机械) 蒸汽机的发明蒸汽机的发明热机效率、能量守恒定律、热力学第热机效率、能量守恒定律、热力学第一、第二定律一、第二定律热机效率的提高热机效率的提高 电磁理论的建立电磁理论的建立交、直流发电
11、机,电动机,电报交、直流发电机,电动机,电报机,无线电机,无线电第二次工业革命第二次工业革命1909年卢瑟福年卢瑟福粒子散射、爱因斯坦的相对论粒子散射、爱因斯坦的相对论核能应用核能应用(20世纪世纪60年代)年代)1917年爱因斯坦受激辐射理论年爱因斯坦受激辐射理论激光器(激光器(20世纪世纪60年代)年代)32倍倍HeNe激光器激光器Laser亮度亮度大功率激光器大功率激光器121791010srWcmI可使一切金属熔化可使一切金属熔化可使一切非金属化为可使一切非金属化为 一缕青烟一缕青烟量子力学、固体理论量子力学、固体理论晶体管、集成电路、大规模集成晶体管、集成电路、大规模集成电路、电子计
12、算机、信息革命电路、电子计算机、信息革命计算机光驱中主要是应用计算机光驱中主要是应用了光学中激光、光栅、波了光学中激光、光栅、波片等知识。片等知识。量子计算机也正在研制量子计算机也正在研制光计算机已经研究出来了光计算机已经研究出来了现在人类正在向征服宇宙进现在人类正在向征服宇宙进发。发。 可以说,如果没有量子理可以说,如果没有量子理论,就不会有微电子技术。论,就不会有微电子技术。如果没有相对论,就没有原如果没有相对论,就没有原子弹,也不会有核电站。子弹,也不会有核电站。 江泽民 2000年5月接受 美国Science杂志独家专访四四. 物理学研究的方法和科学态度物理学研究的方法和科学态度物理学
13、是一门理论与实验高度结合的科学,它通过对物质的物理学是一门理论与实验高度结合的科学,它通过对物质的观察、实验、概括和假说来形成理论,并通过实践来检验理观察、实验、概括和假说来形成理论,并通过实践来检验理论是否正确。论是否正确。1.观察与实验观察与实验 1581年伽利略在教堂作礼拜,司事灌注油灯后,观察灯年伽利略在教堂作礼拜,司事灌注油灯后,观察灯摆动的等时性。摆动的等时性。 丹麦科学家第谷布拉赫观察天上的星丹麦科学家第谷布拉赫观察天上的星星达二十年之久,为开普勒发现行星三星达二十年之久,为开普勒发现行星三大定律奠定了基础。大定律奠定了基础。 目前哈勃望远镜也是为了观目前哈勃望远镜也是为了观察宇
14、宙星系的变化察宇宙星系的变化哈勃望远镜哈勃望远镜2.提出命题提出命题科学推理科学推理,在观察与实验的基础上提炼出来在观察与实验的基础上提炼出来,或从已有原理或从已有原理中推演出来中推演出来3推测答案或理论预言推测答案或理论预言4实验检验实验检验(证伪证伪),理论修改理论修改很多理论往往是通过多次假说,依据新的实验事实逐很多理论往往是通过多次假说,依据新的实验事实逐渐修正得到的。渐修正得到的。1、看书、看书,(包括参考书),(包括参考书),深刻的掌握理解物理基本概念和深刻的掌握理解物理基本概念和定律,不要忙于做习题定律,不要忙于做习题2、物理公式(看懂和推导)、物理公式(看懂和推导)3、看懂插图
15、曲线,一个图等于一千字看懂插图曲线,一个图等于一千字4、解题、解题(理论联系实际,再创造,书到用时方恨少,检查知(理论联系实际,再创造,书到用时方恨少,检查知识点是否掌握),培养逻辑推理抽象思维能力,运算能力重识点是否掌握),培养逻辑推理抽象思维能力,运算能力重要途径,(先看懂例题)作图能帮助思考,抽象要途径,(先看懂例题)作图能帮助思考,抽象形象,形象,5、阶段复习,做笔记小结(根据自己体会做总结),使知识、阶段复习,做笔记小结(根据自己体会做总结),使知识系统化。只有理解的东西才能掌握,只有系统化东西才能记系统化。只有理解的东西才能掌握,只有系统化东西才能记牢。牢。中学物理关系:中学物理关
16、系:定性定性_定量,定量,特殊(匀速,匀强电场,恒力)特殊(匀速,匀强电场,恒力)一般(不均匀,不连续,变化的)一般(不均匀,不连续,变化的)初等数学初等数学_高等数学(微积分)。高等数学(微积分)。进度快,要求自学(保证配套自学时间进度快,要求自学(保证配套自学时间)。五五.如何学好学好物理学如何学好学好物理学五五.如何学好学好物理学如何学好学好物理学 2) 弄清概念,不怕难(瓶颈)。与中学物理相弄清概念,不怕难(瓶颈)。与中学物理相比,面更宽,更深(如变力作功),要求更高。矢量、比,面更宽,更深(如变力作功),要求更高。矢量、微积分贯穿于整个课程之中。微积分贯穿于整个课程之中。 1) 注意
17、物理学的思想和方法注意物理学的思想和方法,全面了解物理概念全面了解物理概念与物理图像与物理图像. 3 3)注意科学素质的培养,提高自学能力,分析)注意科学素质的培养,提高自学能力,分析问题、解决问题的能力,综合能力,创新能力。问题、解决问题的能力,综合能力,创新能力。 5 5)教学要求:)教学要求: 课前预习;课前预习;听课听课(重要阶段,考勤),(重要阶段,考勤),适当作笔记适当作笔记,初步消化;初步消化;复习复习(听懂不等于掌握);(听懂不等于掌握);完成作业完成作业(A4打打印纸,双面写,班级和姓名);每章印纸,双面写,班级和姓名);每章小结小结。平时成绩。平时成绩(考勤、按时按量完成作
18、业)占(考勤、按时按量完成作业)占30%。期末卷占。期末卷占70%。4 4) 注意尽快适应电子教案的教学方式。注意尽快适应电子教案的教学方式。大学物理教学计划(本学期):大学物理教学计划(本学期):大学物理大学物理III经典力学经典力学:20学时学时 热学热学:12学时学时 振动与波振动与波:14学时学时 光学光学:14学时学时机机 动:动: 4学时学时参考文献:参考文献:周勇志周勇志 大学物理学大学物理学 华南理工大学出版社华南理工大学出版社张三慧主编张三慧主编,大学物理学大学物理学 清华大学出版社清华大学出版社马文蔚马文蔚 物理学物理学高教出版社高教出版社胡盘新胡盘新 汤毓骏汤毓骏普通物理
19、学简明教程普通物理学简明教程,高等教育出版社高等教育出版社程守洙程守洙 江之永江之永 普通物理学普通物理学(第五版)高教出版社(第五版)高教出版社课时少,内容多,进度快,考试严课时少,内容多,进度快,考试严大学物理教学计划大学物理教学计划(下学期)(下学期) :大学物理大学物理III1)电磁学(电磁学(34学时);学时); 2)相对论(相对论(4学时);学时); 3)量子力学(量子力学(14学时);学时);4) 激光激光 和半导体(和半导体(4学时);学时);5)前沿专题()前沿专题(4学时);学时);6)机动()机动(4学时)学时)参考文献:参考文献:周勇志周勇志 大学物理学大学物理学 华南
20、理工大学出版社华南理工大学出版社张三慧主编张三慧主编,大学物理学大学物理学 清华大学出版社清华大学出版社马文蔚马文蔚 物理学物理学高教出版社高教出版社胡盘新胡盘新 汤毓骏汤毓骏普通物理学简明教程普通物理学简明教程,高等教育出版社,高等教育出版社程守洙程守洙 江之永江之永 普通物理学普通物理学(第五版)高教出版社(第五版)高教出版社赵凯华赵凯华 陈熙谋陈熙谋 电磁学电磁学 高教出版社高教出版社他一定会更好适应进步和变化。他一定会更好适应进步和变化。 结束语结束语 A.爱因斯坦:爱因斯坦:发展独立思考和独立创新的一般能力发展独立思考和独立创新的一般能力,应当始终放在首位应当始终放在首位,而不应当把
21、知识放在首位。而不应当把知识放在首位。如果一个人如果一个人 掌握了他的学科的基础理论掌握了他的学科的基础理论,并且学会了独立思考与工作并且学会了独立思考与工作,他必定会找到自己的道路。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其训练内容的人而且比起那些主要以获取细节知识为其训练内容的人来来勤于思考,悟物穷理返回目录下一页上一页勤于思考,悟物穷理返回目录下一页上一页欢迎广大师生登陆大学物理教学网欢迎广大师生登陆大学物理教学网站学习站学习大学物理教学网站网址:大学物理教学网站网址:4:8080/cp/(华工主页(华工主页物理系物理系大学物理)大学物
22、理)(华工主页(华工主页理学院理学院理学院公共资源理学院公共资源大学物理教学网站)大学物理教学网站)网上有近年来我校大学物理考试试网上有近年来我校大学物理考试试卷下载(在教学文件栏目下载)卷下载(在教学文件栏目下载)作业要求作业要求 完成按章节自编完成按章节自编11套习题(精选)套习题(精选) 交作业交作业:批改全部批改全部 平时成绩:平时成绩:30% 主要依据,主要依据,考勤、按时按量完成作业考勤、按时按量完成作业出版社售书通知出版社售书通知 “大学物理学习指导大学物理学习指导”:21元元 (原价原价28元)元) 以班级为单位收集书款团购以班级为单位收集书款团购 学生购书联系方式:学生购书联
23、系方式: 华工出版社:兰新文;电话:华工出版社:兰新文;电话量的基本概念矢量的基本概念标量:标量:只有大小没有方向的量只有大小没有方向的量路程、质量、能量路程、质量、能量矢量:矢量:既有大小又有方向且加法遵从平行四边形法则既有大小又有方向且加法遵从平行四边形法则(或三角形法则)的物理量(或三角形法则)的物理量位移、速度、力、力矩位移、速度、力、力矩矢量的表示:矢量的表示:力力(force) fF或速度速度(velocity)v有方向的线段有方向的线段模:模: 矢量的大小矢量的大小A单位矢量:单位矢量:模等于模等于1的矢量的矢量矢量相加(减)矢量相加(减)bacabcb
24、acb平行四边形法则平行四边形法则三角形法则三角形法则)( babacabbCbabCcba或者返回目录返回目录下一页下一页上一页上一页cba由 矢量的末端指向 矢量的末端cab由 矢量的始端指向 矢量的末端矢量的运算矢量的运算:1 矢量的加法:矢量的加法:满足平行四边形法则或三角形法则满足平行四边形法则或三角形法则ABBCABCACBAC交换律:交换律:ABBA结合律:结合律:()()ABCABC2 矢量的减法:矢量的减法:ABABBCC3 矢量的数乘:矢量的数乘:AA矢量 与实数 的乘积仍是一矢量,记做结合律:结合律:)()AA (分配律:分配律:)AAA( ()ABAB4 矢量的正交分解
25、:矢量的正交分解:xiyjrXYOrxiyj22rxycosxrcosyrrxiyjzk222rxyzcosxrcosyrcoszr三维:三维:附录:向量(矢量)知识简介附录:向量(矢量)知识简介aeaa表示:位)和方向的量向量:有大小(包括单kiajzXY():(aaaaea也可表示为的大小单位矢量) 的方向kajaiaazyxaXYZ设 与轴的夹角分别为 , ,坐标表示:矢量在直角坐标系中的ae教材中也可用黑体教材中也可用黑体a表示:表示:返回目录返回目录下一页下一页(模)(模)式中式中 是是 在在 轴上的坐标,又称为分量或投影量轴上的坐标,又称为分量或投影量xaax上一页上一页与与x轴负
26、向的夹角为轴负向的夹角为 ,则,则与与x轴正向的夹角为轴正向的夹角为 ,则,则矢量矢量ijxyoaxaya图图A2 矢量的分量表示矢量的分量表示acosxaa关于矢量的投影量关于矢量的投影量(又称分量,是一个标量)又称分量,是一个标量)在在x轴方向的投影为轴方向的投影为矢量矢量asinyaa在在y轴方向的投影为轴方向的投影为矢量矢量aixoaxa矢量矢量acos(180)cosxaaa 在在x轴方向的投影为轴方向的投影为矢量矢量a相当于用垂直于轴的光照射矢量,矢量的相当于用垂直于轴的光照射矢量,矢量的影子在轴上的长度,或矢量终点坐标。影子在轴上的长度,或矢量终点坐标。kiajzXYaekaja
27、iaazyx方向的单位矢量轴为式中:XYZkji,1coscoscos222并且有:表示:矢量在直角坐标系中的aazaayaaxzyxZaaYaaXaacoscoscoscoscoscos轴方向的分量(投影)为矢量在轴方向的分量(投影)为矢量在轴方向的分量(投影)为矢量在那么:矢量的大小(模)为:那么:矢量的大小(模)为:222zyxaaaaa返回目录返回目录下一页下一页上一页上一页积,或称点积、点乘)矢量的数量积(又称标为一标量cosabbaabkij0, 0, 01, 1, 1kjkijikkjjii可以得到:)()(baccbaabba标积性质:zzyyxxzyxzyxbababakbjbibkajaiaba)()(这样:kmajmaimaamzyx):实数与向量的积(数乘返回目录返回目录下一页下一页上一页上一页、叉乘)矢量的矢积(或称叉积bacsinabc 大小:abCbcacbacabba)(矢积性质:0, 0, 0.,kkjji
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