物理学和力学

物理学和力学第一页，共二十六页，2022年，8月28日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.第二页，共二十六页，2022年，8月28日§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第三页，共二十六页，2022年，8月28日牛顿开普勒伽利略他们为经典力学的建立做出贡献第四页，共二十六页，2022年，8月28日玻尔兹曼他们为经典热力学统计物理的建立做出贡献第五页，共二十六页，2022年，8月28日他们为经典电磁理论的建立做出贡献第六页，共二十六页，2022年，8月28日

X射线、电子、放射性的发现，物理学的研究由宏观转向微观.伦琴发现X射线发现电子发现放射性第七页，共二十六页，2022年，8月28日爱因斯坦他们奠定了现代物理学基础第八页，共二十六页，2022年，8月28日§1.1.2微观世界1914年卢瑟福发现射线,β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.第九页，共二十六页，2022年，8月28日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.每种味又分红、蓝和绿3种色.粒子之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.粒子之间的基本相互作用是通过交换某种粒子来传递的，即基本相互作用都是由媒介粒子传递的，这类媒介粒子统称为规范玻色子.电磁力以光子为媒介，弱力的媒介为Z0和W±粒子，强力的媒介有8种颜色的胶子.第十页，共二十六页，2022年，8月28日§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0第十一页，共二十六页，2022年，8月28日§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.第十二页，共二十六页，2022年，8月28日§1.2物理学科的特点一、物理学的研究方法和步骤修改理论理论预言研究的步骤实验检验应用提出命题(观测、实验、目的、原理)推测答案(模型、定性、定量、假说)二、物理学思维特点敢于想像善于归纳创设模型第十三页，共二十六页，2022年，8月28日三、物理学与科学技术笫一次,开始于18世纪60年代,主要标志是蒸汽机的广泛应用,它是牛顿力学和热力学发展的结果.笫二次,开始于19世纪70年代,主要标志是电力的广泛应用和无线电通讯的实现,它是电磁学发展的结果.笫三次,开始于20世纪40年代的电脑、电信革命，也叫做“数字革命”.它是近代物理学发展的结果.科学解决理论问题，技术解决实际问题.发展模式技术－物理－技术物理－技术－物理第一次技术革命第二次技术革命第十四页，共二十六页，2022年，8月28日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9192631770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

时间和长度的测量第十五页，共二十六页，2022年，8月28日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[规定通过巴黎的子午线的1/(1×107)为1m(米)].目前在国际单位制中长度的单位是米(m).在1983年国际计量大会规定:“1m为光在真空中传播(1/299792458)s时间间隔内所经路径的长度”.§1.3.2长度的计量第十六页，共二十六页，2022年，8月28日§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.第十七页，共二十六页，2022年，8月28日§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:

mkgsAKmolcd导出量:速度加速度力动量…单位:

m/sm/s2Nkg·m/s…辅助单位:

平面角立体角单位：

radsr（球面度）辅助单位可以参与导出单位，如角速率rad/sSI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.第十八页，共二十六页，2022年，8月28日§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第十九页，共二十六页，2022年，8月28日(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.应用第二十页，共二十六页，2022年，8月28日§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：第二十一页，共二十六页，2022年，8月28日§1.5.2数量级的估计例如：88920取9×104称“数量级估计”，实际上又将已估计的9×104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.第二十二页，共二十六页，2022年，8月28日§1.6参考系·坐标系与时间坐标轴

任何物理过程都和时间和空间相联系.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.第二十三页，共二十六页，2022年，8月28日§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.第二十四页，共二十六页，2022年，8月28日§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前.质点在某一位置必与一定时刻相对应.时间间隔

指