为什么要学物理学

1、1大学物理大学物理( (工科工科) )上上主讲教师主讲教师: 宋根宗宋根宗2013.032013.072绪绪 论论为什么要学习物理学为什么要学习物理学? ?怎样学习大学物理怎样学习大学物理? ?3一、物理学与物质世界一、物理学与物质世界二、物理学与自然科学二、物理学与自然科学三、物理学与应用技术三、物理学与应用技术4什么是物理学？什么是物理学？物理学研究的内容物理学研究的内容物理学物理学是研究物质的是研究物质的基本结构基本结构、物质间的物质间的基本相互作用基本相互作用和物质和物质运动运动所遵循的所遵循的普遍规律普遍规律的科学。的科学。物理学是自然科学的一门重要基础学科；物理学是自然科学的一门重

2、要基础学科；物理学是人类物质文明发展的基础和动力；物理学是人类物质文明发展的基础和动力；物理学是一种哲学观和方法论。物理学是一种哲学观和方法论。物理学是研究物质最基本、最普遍的运动形式和规律物理学是研究物质最基本、最普遍的运动形式和规律以及物质的最基本结构的科学！以及物质的最基本结构的科学！5物理学研究的对象十分广泛物理学研究的对象十分广泛 ：宇观：宇观 宏观宏观 微观微观1. 认识世界认识世界 认识宇宙认识宇宙空间尺度空间尺度(相差相差10451046)1026 m(约约150亿光年亿光年)(宇宙宇宙)10-20 m(夸克夸克)10-27s(硬硬 射线周期射线周期)速率范围速率范围：0(静止

3、静止) 3 108 m/s(光速光速)时间尺度时间尺度(相差相差1045)1018s 150亿年亿年(宇宙年龄宇宙年龄)世界是物质的，物质是运动的，运动是永恒的。世界是物质的，物质是运动的，运动是永恒的。一、物理学与物质世界一、物理学与物质世界62. 当今物理学的两个前沿领域当今物理学的两个前沿领域人们从自己向小尺度追问人们从自己向小尺度追问以探索物质的组成以探索物质的组成。 目前物理学界公认组成物质的最小单元是夸克目前物理学界公认组成物质的最小单元是夸克(quark), 即认为即认为quark没有内部结构没有内部结构, 但近来有消息称：但近来有消息称：quark 也可一分为二也可一分为二。

4、粒子物理学粒子物理学(研究微观粒子的组成、结构、相互转研究微观粒子的组成、结构、相互转换、相互作用和运动规律的理论换、相互作用和运动规律的理论高能物理学高能物理学) 建立标准模型建立标准模型认定基本粒子认定基本粒子揭示物质的组成揭示物质的组成。高能物理实验高能物理实验(实验手段实验手段) 北京正负电子对撞机，北京正负电子对撞机，合肥同步辐射加速器，兰州重离子加速器合肥同步辐射加速器，兰州重离子加速器欧洲大型强子对撞机欧洲大型强子对撞机 7天体物理学天体物理学(宇观理论宇观理论)标准宇宙模型标准宇宙模型 分析宇宙的起源分析宇宙的起源 大爆炸宇宙学大爆炸宇宙学从遥远的过去宇宙产生于大爆炸从遥远的过

5、去宇宙产生于大爆炸 绝热膨胀至今绝热膨胀至今 我们生活在这样的世界中我们生活在这样的世界中人们从自己向大尺度追问人们从自己向大尺度追问 以探索宇宙的奥秘以探索宇宙的奥秘 人类宇宙观的发展：人类宇宙观的发展：亚里斯多德亚里斯多德“地心说地心说”哥白尼哥白尼“日心说日心说”开普勒开普勒“行星运动行星运动三定律三定律”“永恒的宇宙永恒的宇宙”是演化的是有起源的是演化的是有起源的爱因斯坦广义相对论爱因斯坦广义相对论哈勃红移哈勃红移8现代宇宙学现代宇宙学：宇宙由宇宙由1250亿个星系组成，每个星系由数千亿亿个星系组成，每个星系由数千亿个恒星组成，浩瀚的宇宙起源于大约个恒星组成，浩瀚的宇宙起源于大约150

6、亿年亿年前的一次大爆炸，从那时起至今整个宇宙处于前的一次大爆炸，从那时起至今整个宇宙处于不断的膨胀之中，今后宇宙是永远膨胀下去，不断的膨胀之中，今后宇宙是永远膨胀下去，还是膨胀到一定时候再收缩？或者是其他的命还是膨胀到一定时候再收缩？或者是其他的命运？还有待于继续研究。运？还有待于继续研究。9辩证唯物论的基本观点：辩证唯物论的基本观点：世界是物质的，物质是运动的，运动是永恒的。世界是物质的，物质是运动的，运动是永恒的。3. 建立正确的宇宙观和时空观建立正确的宇宙观和时空观 时间和空间是相对的、相互关联的，时间和空间是相对的、相互关联的，“同时同时”是相对的，而且时间和空间与物质的存在有关，离是

7、相对的，而且时间和空间与物质的存在有关，离开物质谈时间是没有意义的。开物质谈时间是没有意义的。牛顿绝对时空观：牛顿绝对时空观：时间和空间是绝对的、均匀的、相互独立的。时间和空间是绝对的、均匀的、相互独立的。爱因斯坦相对论时空观：爱因斯坦相对论时空观：有了正确的宇宙观、世界观和时空观有了正确的宇宙观、世界观和时空观人生观人生观10二、物理学与自然科学二、物理学与自然科学建楼房为什么要打地基？建楼房为什么要打地基？如果地基打得不好如果地基打得不好, 就会就会发生发生物理学是理工科各专业的重要基础课物理学是理工科各专业的重要基础课1. 物理学是自然科学的基础物理学是自然科学的基础现在许多大学的人文、

8、社科、经济、管理等专业现在许多大学的人文、社科、经济、管理等专业也开设物理学课程也开设物理学课程11物理学物理学力学力学 热学热学 电磁学电磁学 光学光学 原子物理学原子物理学 核物理核物理 固体物理固体物理 统计物理统计物理 电动力学电动力学 理论物理理论物理 相对论相对论 量子场论量子场论 粒子物理粒子物理 天体物理天体物理 量子力学量子力学 流体力学流体力学 弹性力学弹性力学 无线电电子学无线电电子学 金属物理学金属物理学 半导半导体物理体物理 电介质物理学电介质物理学 超导物理学超导物理学 等离子体物理等离子体物理天文学天文学 物理化学物理化学 生物物理生物物理 固体发光固体发光 液晶

9、及激光液晶及激光 电子技术电子技术 电工与电子学电工与电子学 传感器与测量技术传感器与测量技术 真空技术真空技术 金属材料及热处理金属材料及热处理 材料力学性能材料力学性能 电子电路电子电路 电磁场与电磁场与微波技术微波技术 微机原理微机原理 电子与现代通信系统电子与现代通信系统 12推动了电子学信息技推动了电子学信息技术的发展术的发展第三次第三次产业革命使人类进入产业革命使人类进入了了“信息化时代信息化时代”2. 物理学是当代工程技术的基础物理学是当代工程技术的基础物理学的三次大的突破，导致了三次大的工业革命：物理学的三次大的突破，导致了三次大的工业革命：18世纪世纪热力学与统计热力学与统计

10、物理学的发展物理学的发展推动了第一次产业推动了第一次产业革命革命,使人类进入使人类进入了了“蒸汽机时代蒸汽机时代”19世纪末世纪末20世纪初世纪初电磁学的发展电磁学的发展推动了第二次产业推动了第二次产业革命使人类进入了革命使人类进入了“电气化时代电气化时代”20世纪初世纪初现在现在相对论与相对论与量子物理学量子物理学13物理学的新突破物理学的新突破重大新技术领域出现重大新技术领域出现卢瑟福卢瑟福 粒子粒子散射实验散射实验(1909)核能利用核能利用(40年代以后年代以后)爱因斯坦爱因斯坦受激辐射理论受激辐射理论(1917)第一台激光器第一台激光器(1960)信息技术的产生信息技术的产生和发展的

11、硬件部分和发展的硬件部分以物理学成果为基础以物理学成果为基础量子力学量子力学 费米狄拉克统计费米狄拉克统计 固体能带理论固体能带理论(20年代年代)微结构物理微结构物理(物理物理)晶体管诞生晶体管诞生(1947)集成电路集成电路(1962) 大规模集成电路大规模集成电路(70年代后期年代后期)143. 物理学发展史简介物理学发展史简介 物理学发展可分为三个时期：物理学发展可分为三个时期： 公元前公元前2000年年公元公元1600年：古代物理学发展时期年：古代物理学发展时期 物理学萌芽期物理学萌芽期 1600年年1900年：经典物理学建立和完成时期年：经典物理学建立和完成时期 1900年年193

12、0年：现代物理学发展时期年：现代物理学发展时期 1930年年现在：粒子物理、天体物理、生物物理等现在：粒子物理、天体物理、生物物理等15三、物理学与应用技术三、物理学与应用技术1. 迅速发展的汽车工业迅速发展的汽车工业汽车的驱动力、阻力矩问题汽车的驱动力、阻力矩问题平稳性与汽车的减震问题平稳性与汽车的减震问题汽车的制动器与离合器问题汽车的制动器与离合器问题汽车的发动机工作效率问题汽车的发动机工作效率问题力学力学RFM00 RfMf kxf Nf 热学热学热力学第二定律、卡诺定理、循环效率热力学第二定律、卡诺定理、循环效率121QQ 162. 家用电器家用电器电冰箱电冰箱制冷机制冷机空调机空调机

13、热力学第二定律，卡诺定理，制冷系数热力学第二定律，卡诺定理，制冷系数2122QQQAQ 微波炉微波炉电磁场电磁场 位移电流位移电流 电介质极化电介质极化 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组tIDddd StDISdd PED 0 改变电偶极矩，使电介质反复极化，使分子热运动改变电偶极矩，使电介质反复极化，使分子热运动加剧，有热效应，但与焦耳热完全不同加剧，有热效应，但与焦耳热完全不同微波炉微波炉173. 信息存储技术信息存储技术光盘光盘激光信息处理：极高的信息存储密度、激光信息处理：极高的信息存储密度、 读取信息时间短、使用寿命长读取信息时间短、使用寿命长磁盘（软盘、硬盘、磁盘（软盘、硬盘、U盘盘）

14、电磁记录电磁记录4. 激光技术的应用激光技术的应用爱因斯坦爱因斯坦受激辐射理论受激辐射理论(1917)第一台激光器第一台激光器(1960)激光技术的应用激光技术的应用：光通信、光计算、激光加工光通信、光计算、激光加工(焊接、焊接、切割切割)、激光印刷、激光印刷(激光打印机、激光照排机、激光复激光打印机、激光照排机、激光复印机、激光制版机印机、激光制版机)、激光生物应用、激光医学应用、激光生物应用、激光医学应用(激光刀、激光治疗激光刀、激光治疗)、激光测距、激光测速、激光导向、激光测距、激光测速、激光导向、激光雷达、激光制导、激光武器、激光雷达、激光制导、激光武器185. 国防航天领域国防航天领

15、域运载火箭和航天飞机：运载火箭和航天飞机：同步轨道卫星：同步轨道卫星：保持在地球某一经度的地面上空、运行周期与地球自保持在地球某一经度的地面上空、运行周期与地球自转周期相同。通信卫星、气象卫星。转周期相同。通信卫星、气象卫星。 根据根据开普勒第三定律开普勒第三定律可以计算出卫星的高度，再可以计算出卫星的高度，再由由克服地球引力所做的功克服地球引力所做的功和和机械能守恒定律机械能守恒定律可计算出可计算出发射速度。发射速度。火箭推进原理，火箭推进原理，动量定理、动量守恒定律动量定理、动量守恒定律导弹的制导：导弹的制导：有线指令制导、电视制导、微波雷达制导、激光制导、有线指令制导、电视制导、微波雷达

16、制导、激光制导、红外制导、毫米波制导。红外制导、毫米波制导。196. 医疗器械与医学诊断技术医疗器械与医学诊断技术 目前在医学上主要用于观察：肝脏、胆囊、肝外胆目前在医学上主要用于观察：肝脏、胆囊、肝外胆管、肾脏、肾上腺、胰腺、脾脏、前列腺、卵巢等。管、肾脏、肾上腺、胰腺、脾脏、前列腺、卵巢等。 真实、直观、快捷、方便、容易、无痛苦。真实、直观、快捷、方便、容易、无痛苦。B超超B型超声波诊断仪型超声波诊断仪 声波、超声波、反射、折射、透射、吸收、衰减、声波、超声波、反射、折射、透射、吸收、衰减、多谱勒效应、探测、显示、成像、记录；除物理学外多谱勒效应、探测、显示、成像、记录；除物理学外还涉及电

17、子学、人体组织学等。还涉及电子学、人体组织学等。三维图像（立体）三维图像（立体）从从 静静 态态 黑黑 白白 动态（快速成像）动态（快速成像）彩色（彩超）彩色（彩超）二维图像二维图像20 目前在医学上主要用于观察：大脑中病变、中枢神目前在医学上主要用于观察：大脑中病变、中枢神经系统疾病五宫疾病的检查与诊断等。经系统疾病五宫疾病的检查与诊断等。 对颅内肿瘤、脓肿、外伤血肿、脑损伤、脑梗塞、对颅内肿瘤、脓肿、外伤血肿、脑损伤、脑梗塞、脑出血及椎管内肿瘤、椎间盘脱出等病诊断效果很好。脑出血及椎管内肿瘤、椎间盘脱出等病诊断效果很好。X射线与射线与CT扫描扫描 X射线、强度衰减、穿透特性、电离射线、强度

18、衰减、穿透特性、电离效应、光化学效应、荧光效应、效应、光化学效应、荧光效应、CT(计计算机断层成像技术算机断层成像技术) 电子束、扫描、接收、造影、成像等。电子束、扫描、接收、造影、成像等。21 目前在医学上主要用于：神经系统疾病，如肿瘤、目前在医学上主要用于：神经系统疾病，如肿瘤、脑梗塞、血管病变、脑外伤、先天畸形等。脑梗塞、血管病变、脑外伤、先天畸形等。核磁共振成像装置核磁共振成像装置 核磁共振核磁共振是一门利用原子核在磁场中的能量是一门利用原子核在磁场中的能量变化来获得关于核的信息的技术。已经广泛应用于物变化来获得关于核的信息的技术。已经广泛应用于物理、化学、生物、医学、地质等各个领域。

19、在医学上理、化学、生物、医学、地质等各个领域。在医学上的核磁共振成像已成为最有效诊断技术。的核磁共振成像已成为最有效诊断技术。 晶体的基本结构、半导体材料、超导材料、纳米材晶体的基本结构、半导体材料、超导材料、纳米材料、液晶材料、生物材料料、液晶材料、生物材料8. 新材料的研究新材料的研究 原子能发电、太阳能发电、磁流体发电、化学原子能发电、太阳能发电、磁流体发电、化学能发电、能源的再生与保存等能发电、能源的再生与保存等7. 能源开发与利用能源开发与利用22 大学物理课的任务大学物理课的任务把大学生领进物理学的各个领域的大门把大学生领进物理学的各个领域的大门打开大门打开大门 并送一枚指南针并送

20、一枚指南针 使之能在物理学展示的五彩缤纷的世界中使之能在物理学展示的五彩缤纷的世界中汲取营养汲取营养 茁壮成长茁壮成长23怎样学习大学物理怎样学习大学物理?一、大学教育与中学教育一、大学教育与中学教育 二、大学物理与中学物理二、大学物理与中学物理 三、学习物理的正确方法与错误方法三、学习物理的正确方法与错误方法24一、大学教育与中学教育一、大学教育与中学教育中学教育的目的中学教育的目的为大学输送更多的人为大学输送更多的人升学率升学率 重点率重点率 高考成绩高考成绩 大学教育的目的大学教育的目的为社会输送合格的人才为社会输送合格的人才积累知识积累知识 提高能力提高能力 培养素质培养素质 应试教育

21、，忽视能力的培养应试教育，忽视能力的培养理解能力、分析问题解决问题能力、自我管理与约束理解能力、分析问题解决问题能力、自我管理与约束能力能力大学阶段最重要的是能力的培养大学阶段最重要的是能力的培养：自学能力、理解能：自学能力、理解能力、适应能力、创新能力、表达能力、自我约束力力、适应能力、创新能力、表达能力、自我约束力25 在大学物理中，经常需要解决一些实际问题，或在大学物理中，经常需要解决一些实际问题，或接近于实际的问题，这就要还其本来面目：接近于实际的问题，这就要还其本来面目： 物理量多是变化的、非均匀的、有方向的。物理量多是变化的、非均匀的、有方向的。 需要用微积分的思想和矢量的概念去分

22、析和解决需要用微积分的思想和矢量的概念去分析和解决具体问题。具体问题。二、大学物理与中学物理的重要区别二、大学物理与中学物理的重要区别 实际物理问题往往是很复杂的，在中学物理中，实际物理问题往往是很复杂的，在中学物理中，常将问题简化成：物理量是不随时间变化的常将问题简化成：物理量是不随时间变化的(常量常量)、也不随空间变化也不随空间变化(均匀的均匀的)量量, 并不考虑其方向并不考虑其方向(标量标量)性性。 大学物理需要对具体问题的物理概念和物理思想大学物理需要对具体问题的物理概念和物理思想有更深刻的理解，而不是简单的套用物理公式算题。有更深刻的理解，而不是简单的套用物理公式算题。26三、学习物

23、理的正确方法三、学习物理的正确方法1. 认真看书两遍以上，听课与看书的时间应为认真看书两遍以上，听课与看书的时间应为 1 : 2。2. 把基本概念、基本规律和原理理解深、理解透。把基本概念、基本规律和原理理解深、理解透。正正确理解其物理本质，并要注意其适用条件。确理解其物理本质，并要注意其适用条件。3. 在上述基础上，通过在上述基础上，通过适当适当作题，加深理解，消化所作题，加深理解，消化所学内容。每作一题，要有一题的收获。学内容。每作一题，要有一题的收获。4. 要有意识地用矢量和微积分的思想和方法去分析问要有意识地用矢量和微积分的思想和方法去分析问题和解决问题。题和解决问题。5. 把教材内容的记忆减少到最低限度，用把教材内容的记忆减少到最低限度，用思考而不是思考而不是用记忆来学习物理学用记忆来学习物理学“理解万岁理解万岁”。学会做单元总结学会做单元总结。6. 独立思考，多问为什么，相互交流，经常讨论。独立思考，多问为什么，相互交流，经常讨论。27 再看书上是怎么作的，对比一下，从中受到哪些再看书上是怎么作的，对比一下，从中受到哪些启发；启发； 对于自己没能作出或没作对的题，要找一下原因对于