高职高专物理学-课程概述省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件

物理学高职高专教育.1/28课程概述物理学.宇宙最不可了解之处，就在于它是能够了解。

A=X+Y+Z。A代表成功，X代表艰辛劳动，Y代表正确方法，Z代表少说空话。

——爱因斯坦

经常有同学问我做物理工作成功要素是什么？我想要素能够归纳为三个P，Perception,Persistence,andPower。Perception——眼光，看准了什么东西，就要抓住不放；Persistence——坚持，看对了就要坚持；Power——力量，有了力量能够闯过关，碰到困难你要闯下去。——杨振宁只要给我一个支点，我就能够撬动地球。——阿基米德

2/28☆.什么是物理学

物理是研究物质结构、物质相互作用和运动规律自然科学。是一门以试验为基础自然科学,物理学一个永恒主题是寻找各种序（orders）、对称性（symmetry）和对称破缺（symmetry-breaking）、守恒律（conservationlaws）或不变性（invariance）。“物理”一词最先出自希腊文φυσικ，原意是指自然。古时欧洲人称呼物理学作“自然哲学”。从最广泛意义上来说即是研究大自然现象及规律学问。汉语、日语中“物理”一词起自于明末清初科学家方以智百科全书式著作《物理小识》。在物理学领域中，研究是宇宙基本组成要素：物质、能量、空间、时间及它们相互作用；借由被分析基本定律与法则来完整了解这个系统。物理在经典时代是由与它极相像自然哲学研究所组成，直到近代物理才从哲学中分离出来成为一门实证科学。课程概述.3/28☆.物理学学科性质

物理学是人们对无生命自然界中物质转变知识做出规律性总结。这种运动和转变应有两种。一是早期人们经过感官视觉延伸。二是近代人们经过创造创造供观察测量用科学仪器，试验得出结果。物理学从研究角度及观点不一样，可分为微观与宏观两部分，宏观是不分析微粒群中单个作用效果而直接考虑整体效果，是最早期就已经出现，微观物理学伴随科技发展理论逐步完善。课程概述.4/28其次，物理又是一个智能，是概括规律性总结，是概括经验科学性理论认识。诚如诺贝尔物理学奖得主、德国科学家玻恩所言：“与其说是因为我发表工作里包含了一个自然现象发觉，倒不如说是因为那里包含了一个关于自然现象科学思想方法基础。”物理学之所以被人们公认为一门主要科学，不但仅在于它对客观世界规律作出了深刻揭示，还因为它在发展、成长过程中，形成了一整套独特而卓有成效思想方法体系。正因为如此，使得物理学当之无愧地成了人类智能结晶，文明瑰宝。课程概述.☆.物理学学科性质5/28☆.物理学学科性质大量事实表明，物理思想与方法不但对物理学本身有价值，而且对整个自然科学，乃至社会科学发展都有着主要贡献。有些人统计过，自20世纪中叶以来，在诺贝尔化学奖、生物及医学奖，甚至经济学奖获奖者中，有二分之一以上人含有物理学背景；——这意味着他们从物理学中汲取了智能，转而在非物理领域里取得了成功。——反过来，却从未发觉有非物理专业出身科学家问鼎诺贝尔物理学奖事例。这就是物理智能力量。难怪国外有教授十分尖锐地指出：没有物理涵养民族是愚蠢民族！课程概述.6/28总来说，物理学研究内容十分广泛，自然界发生一切物理现象，诸如物理位置变动，声、热、光、电、磁等现象，以及物质结构、聚集状态和各种特征，都是物理学所要研究。按照所研究物质运动和详细对象不一样，通常物理学分为力学、声学、光学、电磁学、分子原理、原子原理、原子核物理等分支。课程概述.☆.物理学研究内容7/28☆.物理学研究内容力学研究是物体机械运动规律。声学研究声波产生、传输、接收和作用等问题。热学研究分子、原子、电子、光子等质点做不规则运动所引发热现象极其热运动规律。电磁学研究电和磁现象及其电流、电磁辐射、电磁场等。光学研究光本性，光发射、传输和接收规律，光和其它物质相互作用（如光吸收、散射，光机械作用和光热、电、化学效应等）及其应用。分子物理学则是依据分子结构.分子间互作用力和分子运动性质，研究物质性质和状态。原子物理是研究原子结构及其原子中发生运动。原子核物理是研究原子核结构.性质和改变规律。课程概述.8/28物理学分类不是固定不变，伴随科学发展，人们对物理现象认识不停深入，它分类也不停改变，越来越细。近代科学发展早期，物理学还包含天文学、气象学等部分，以后这些部分很快成为独立学科。经历长久发展，现在力学也成为独立学科，并产生了许多分支，如流体力学、弹性力学等。伴随物理学广泛应用，它与其它学科结合，还出现了一系列边缘科学，如化学物理、天体物理、地球物理、生物物理等。与此同时，又分化出一些尖端科学技术部门，如原子能、半导体、激光等课程概述.☆.物理学分类依据9/28按照研究方法不一样，物理学又能够分为试验物理和理论物理俩大类。物理学是试验科学，试验物理主要是经过观察、测试为理论物理搜集感性材料和发觉物理事实，处理试验设计和试验过程中技术问题。理论物理主要任务是，把观察.试验得到结果和已发觉原理、定律，形成对比，分析概括，并利用数学进行推理，研究物理量之间定量关系，建立统一物理理论体系。课程概述.☆.物理学分类依据10/28☆.物理学分类依据按研究方向不一样，大致可做以下分类：经典力学及理论力学(Mechanics)研究物体机械运动基本规律规律。电磁学及电动力学(ElectromagnetismandElectrodynamics)研究电磁现象，物质电磁运动规律及电磁辐射等规律。热力学与统计物理学(ThermodynamicsandStatisticalPhysics)研究物质热运动统计规律及其宏观表现。相对论和时空物理(Relativity)研究物体高速运动效应，相关动力学规律以及关于时空相对性规律。量子力学(Quantummechanics)研究微观物质运动现象以及基本运动规律。课程概述.11/28从古时候起，人们就尝试着了解这个世界：为何物体会往地上掉，为何不一样物质有不一样性质等等。宇宙性质一样是一个谜，譬如地球、太阳以及月亮这些星体终究是遵照着什么规律在运动，而且是什么力量决定着这些规律。人们提出了各种理论试图解释这个世界，然而其中大多数都是错误。这些早期理论在今天看来更像是一些哲学理论，它们不像今天理论通常需要被有系统试验证实。像托勒密（Ptolemy）和亚里士多德（Aristotle）提出理论，其中有些与我们日常所观察到事实是相悖。当然也有例外，譬如印度一些哲学家和天文学家在原子论和天文学方面所给出许多描述是正确，再比如希腊思想家阿基米德（Archimedes）在力学方面导出了许多正确结论，像我们熟知阿基米德定律。课程概述.☆.物理学发展历史12/28物理学真正建立是在十六世纪以后，因为人们愿意对原先持有真理提出疑问并寻求新答案，最终造成了重大科学进展，这个时期现在被称为科学革命。其中起到奠基作用就是我们熟知伽利略。在他影响下，科学研究采取了系统试验方法，并在此基础上发觉了许多前所未见事实，从而很快建立了一套完整理论，最终在牛顿手上发展到了一个顶峰。在科学上人们把它称为经典理论物理学，或叫古典理论物理学。经典物理学以经典力学、热力学和统计物理学、经典点动力学为基础，组成一个完整.严密理论体系。这几个体系建立，标志着人类对物理现象认识第一次巨大飞跃，它对生产和科学发展起了很大推进作用。课程概述.☆.物理学发展历史13/28到十九世纪末二十世纪初，物理学又发觉了一系列新试验事实，如电子和放射性现象；迈克耳逊—莫雷测量以太试验得出负结果；黑体辐射试验等。这些事实冲击了经典物理理论，使得物理学经历了一次比以前更为深刻变革，由此诞生了当代物理学。研究高速（靠近光速）物理现象相对论，和研究微观量子力学，乃是当代物理学两大基础理论。课程概述.☆.物理学发展历史14/28物理学迅猛发展也引发了20世纪科学技术空前高速发展。在此世纪内，人类社会在科技进步上经历了一个又一个划时代变革。这个世纪之初，人类社会就全方面地进入了“电气化时代”。这是19世纪安培、法拉第、麦克斯韦等一批物理学家和爱迪生等创造家努力结果。从上个世纪之交放射性发觉，经过近半个世纪原子物理、核物理研究，40年代物理学使人类掌握了核能奥秘，把人类社会带进了“原子时代”。今天核技术应用远不止于为社会提供长久可靠能源，放射性与核磁共振在医学上诊疗与治疗作用，已为人所共知。这个结果是和卢瑟福、玻尔、爱因斯坦、居里夫人和她女婿和女儿约里奥-居里夫妇、海森伯、费米、哈恩等一大串光芒名字分不开。课程概述.☆.物理学发展历史15/28☆.物理学发展历史到了50、60年代，物理学家又创造了激光，它理论基础是爱因斯坦1916年提出光受激发射过程。今天激光技术已广泛应于尖端科学研究、工业、农业、医学、通讯、计算、军事和日常生活，成为几十亿、上百亿巨大产业。1947年底，巴丁、肖克莱、布赖顿等三位物理学家创造了晶体管，取代了真空管，标志着“信息时代”诞生。从物理学角度看来，这个婴儿在娘胎里最少孕育了20年。这就是说，20年代建立量子力学之后，物理学家发展了费米-狄拉克统计、能带论，从此有了电子和空穴概念。尔后用掺杂方法产生了N型和P型半导体，这才为晶体管创造打下基础。而当代计算机硬件关键是半导体集成电路，PN结是基础。以上结果又是和一连串物理学家光芒名字——薛定谔、海森伯、狄拉克、泡利、布洛赫、索末菲等联络在一起。现在，人类对物理现象探索，已经在一条更为辽阔更为深入阵线上展开，原子核物理和“基本”粒子物理学，凝聚态物理学、统一场论，是当代物理学中最活跃部门。课程概述.16/28物理学与其它许多自然科学息息相关，如数学、化学、生物和地理等。尤其是数学、化学、地理学。化学与一些物理学领域关系深远，如量子力学、热力学和电磁学，而数学是物理基本工具，地理地质学要用到物理力学，气象学和热学相关。课程概述.☆.物理学地位17/28一、物理学和天文学物理学和天文学由来已久血缘关系，是有目共睹。当今物理学研究领域里有两个尖端，一个是高能或粒子物理，另一个是天体物理。前者在最小尺度上探索物质更深层次结构，后者在最大尺度上追寻宇宙演化和起源。可是近几十年进展表明，这两个极端竟奇妙地衔接在一起，成为一对密不可分姊妹学科。课程概述.☆.物理学地位18/28二、物理学和化学物理学和化学从来就是并肩前进。自从伽利略、牛顿以来，物理学与天文学已是精密理论科学，然而长久以来，包含化学在内其它自然科学却一直是经验性科学。1998年诺贝尔化学奖颁给了瓦尔特•科恩（W.Kohn）和约翰•波普尔（J.A.Pople），以表彰他们在量子化学方面所做开创性贡献。颁奖公报说，量子化学将化学带入一个新时代，化学不再是纯试验科学了。化学是研究分子学科。以前，假如说物理化学还是物理学和化学在较唯象层次上结合，则量子化学已深入到化学现象微观机理。近年来，量子化学、激光化学、分子反应动力学、固体表面催化和功效材料等物理学与化学间交叉学科，取得了长足进展，今后两学科之间合作将更为兴旺发达。课程概述.☆.物理学地位19/28三、物理学和生物学物理学和生物学相互渗透，前途是不可估量。早在40年代，量子力学创始人之一薛定谔在《生命是什么？》一书里预言：“生命物质载体是非周期性晶体，遗传基因分子正是这种有大量原子秩序井然地结合起来非周期性晶体；这种非周期性晶体结构，能够有没有限可能排列，不一样式排列相当于遗传微型密码；……”他所说这种“非周期性晶体”，就是存在于细胞核染色体中DNA分子。1953年沃森(J.D.Watson，年青细菌遗传学博士)和克里克(F.H.C.Crick，一位二战前受过传统物理学训练人，战后转为生物物理学硕士)共同发觉DNA分子双螺旋结构。核物理学家伽莫夫(G.Gamow，大爆炸宇宙论创始人)用信息论方法推测，DNA遗传密码中，每个“单词”都是用三个“字母”组成。这些推测相继得到试验证实，20世纪60年代三联密码逐一被破译。课程概述.☆.物理学地位20/28薛定谔在《生命是什么？》一书中还有另一段名言：“生命之所以能存在，就在于从环境中不停得到‘负熵’”。作者还说：“有机体是依赖负熵为生”。这就是生命热力学基础。60年代比利时科学家普里高津(I.Prigogine)耗散结构理论，证实了薛定谔预言。当前生命科学中分子生物学、量子生物学、遗传信息学、蛋白质结构等新兴学科研究正方兴未艾。人们说21世纪是生命科学世纪，一位物理学家则说，21世纪是物理科学全方面介入生命科学世纪。课程概述.☆.物理学地位21/28四、物理学和经济学1997年诺贝尔经济学奖授予项目，是一个对全球金融产生巨大影响期权定价模型—BlackScholes公式。公式主要创建人布莱克（F.S.Black）学历背景以下：1959年毕业于哈佛大学物理系，1964年获该校应用数学系博士，1971年任芝加哥大学经济系教授。可惜他于1995年逝世，未能享受诺贝尔奖（被授奖是他合作者梅伦•斯科尔斯）殊荣。当前出身数理人跻身于经济学界大有些人在。课程概述.☆.物理学地位22/28五、物理学和信息科学20世纪科学技术给人类社会带来最大冲击，莫过于以当代计算机为基础发展起来信息技术。被誉为“第二次产业革命”。确实，计算机给人类社会带来如此广泛而深刻改变，是二三十年前任何有远见科学家都不可能预见到。自从40年代末晶体管问世以来，60年代制成了集成电路，从70年代后期起，发展成为大规模集成电路，而后是超大规模集成电路，集成度以每10年1000倍速度增加着。在有人看来，物理学对高技术贡献属于过去，今天我国发展高技术关键在于新材料、新工艺。殊不知，微电子加工和分析伎俩本身，如离子注入、激光退火、卢瑟福背散射谱、俄歇电子谱、X射线发光光谱、二次发射离子质谱，以及高分辨电子刻蚀、同时辐射光刻，哪一样不是从物理学各分支试验室里移植到工业上去！课程概述.☆.物理学地位23/28☆.物理学地位学科渗透对物理学影响翻阅一下现在物理学许多主要期刊，或看看许多国际物理学术会议日程，就会发觉，诸如蛋白质折叠、免疫网络、化学键断裂、水土流失、交通堵塞等，大量本不属于物理学内容标题，赫然入目。人们不禁要问：“什么是物理学？”确实，今天再从研究对象往返答这个问题已很困难。我们看法是，不论什么问题，当物理学家用物理学方法去研究它时，就把它变成了物理问题。物理学，是一门理论和试验高度结合准确科学。物理学中有一套最全方面最有效科学方法。我们说，在对学生科学素质教育中，物理课有着无可替换主要作用，依据就在于此。现在教育界大谈素质教育和培养学生创新精神，不过20世纪高科技发展事实已经证实，重大创造起源于新物理思想，不然只是“小打小闹”，成不了大气候。课程概述.24/28在小学中物理学是以《自然》或《科学》形式出现在小学生书本中，里面知识只包括一些最基础物理学常识；在初中物理是在初二年级开设，里面就有了一些基本物理量及其简单计算，还有一些基本物理现象及其了解，算是物理学一些基础知识；在高中物理就比较系统了，分为力、热、电、光、原五个部分，比较系统地介绍了物理学各部分知识，愈加重视定性定量地了解一些物理现象和物理情景。在大学和硕士阶段，在真正分门另类地对物理进行细化研究和学习，上面所说五部分，每一部分都能算是一个研究方向，而每一部分还能够再细分。课程概述.☆.我国物理学教育25/28☆.我国物理学教育在小学中物理学是以《自然》或《科学》形式出现在小学生书本中，里面知识只包括一些最基础物理学常识；在初中物理是在初二年级开设，里面就有了一些基本物理量及其简单计算，还有一些基本物理现象及其了解，算是物理学一些基础知识；在高中物理就比较系统了，分为力、热、电、光、原五个部分，比较系统地介绍了物理学各部分知识，愈加重视定性定量地了解一些物理现象和物理情景。在大学和硕士阶段，在真正分门另类地对物理进行细化研究和学习，上面所说五部分，每