第二章 物理学课件

第二章物理学第一节物理学的分类及其发展第二章物理学一、普通物理学及其分类（一）物理学物理学物理学研究的内容十分广泛，自然界所发生的一切物理现象，诸如物体的位置变动，声、热、光、电、磁等现象，以及物质的结构、聚集状态和各种特性，都是物理学所要研究的。按照所研究的物质运动形态和具体对象的不同，物理学按时间分类可分为经典物理学和近代物理学，通常经典物理学也被称为普通物理学。普通物理学的分支普通物理学一般包括：力学、声学、热学、气体动理学理论（旧称分子物理学）、电磁学、光学、原子物理等部门。第二章物理学一、普通物理学及其分类（二）物理学的分类

按照研究方法的不同，物理学可以分为实验物理和理论物理两大类。第二章物理学二、物理学的发展16世纪以后，物理学采用了系统的实验方法，在此基础上发现了许多前所未见的事实，很快建立了一套完整的理论，在科学史上人们把它称为经典理论物理学，或叫古典理论物理学。到19世纪末20世纪初，物理学又发现了一系列新的实验事实，如电子和放射性现象，迈克耳逊——莫雷测量以太实验，黑体辐射实验等。这些事实冲击了经典物理理论，使物理学经历了一次比以前更为深刻的变革，由此诞生了近代物理学。现在，人类对物理现象的探索，已经在一条更为广阔更为深入的尺度展开，原子核物理、粒子物理学、凝聚态物理学、统一场论等都是近代物理学中最活跃的部门。第二章物理学第二节经典力学理论第二章物理学一、质点力学（一）经典力学的萌芽期（二）行星三大定律（三）牛顿与牛顿三条定律（四）万有引力定律（五）经典力学的时空观第二章物理学二、刚体力学（一）几个基本概念刚体定轴转动角量第二章物理学二、刚体力学（二）转动定律与角动量守恒定律定轴转动1、转动动能与转动定律

对应惯性质量m的是转动惯量I，转动惯量I与物体质量、质量分布（几何形状）以及轴线位置有关。刚体定轴转动的转动动能；而与牛顿运动定律相对应的是刚体转动中的转动定律，即角加速度β与力矩M成正比，与转动惯量I成反比。

第二章物理学二、刚体力学（二）转动定律与角动量守恒定律定轴转动2、角动量角冲量角动量守恒定律

是刚体的转动惯量和角速度的乘积，称为刚体对该转动轴的动量矩，或角动量；称为作用于刚体的冲量矩，也叫角冲量；作用于刚体上的冲量矩，等于在相应时间内刚体动量矩（角动量）的增量，即，此关系称为动量矩定理，或叫角动量定理。若合外力矩，由上式可得=恒量。此式说明当作用于转动刚体上的合外力矩为零时，物体的总动量矩不变。该结论称为动量矩守恒定律（角动量守恒定律）。第二章物理学三、流体力学1、几个基本名词概念连续性原理理想流体——不可压缩、没有粘滞性的流体流线——在流体流动的空间，沿流体质元轨迹形成的空间曲线称为流线流管——由流线围成的空间管状区域，叫流管稳定流动——在流体流动的空间内各点的流速可以不同，但任意给定点的流速不随时间变化，这样的流动称为稳定流动。对于稳定流动的理想流体，通过流管各横截面的流量都相等，即，这就是理想流体的连续性原理层流——流体流动时各层之间不相混杂的分层流动，称为层流湍流——如果流动具有混杂、紊乱的特征时，叫湍流第二章物理学三、流体力学2、牛顿黏性定律内容：流体内面元两侧相互作用的黏性力F与面元面积及速率梯度成正比；牛顿黏性定律表达式：

式中的比例系数η是描述实际流体粘滞性方面差异的物理量，称为粘滞系数，也叫黏度。

第二章物理学三、流体力学3、雷诺数其定义为；

式中和分别表示流体密度和黏度，表示流体流速，表示流动设计的特征长度，一般为球的直径、圆管直径或机翼宽度。

第二章物理学三、流体力学4、风洞试验若流动相似，只要雷诺数不变，流动性质就不变，这叫“对称性”，即“标度对称”。这类对称性很有实用价值。在空气动力学的实验中常令气流通过装有测量设施的筒形通道，这就是风洞。

第二章物理学三、流体力学6、伯努利方程（理想流体的伯努利方程

）对于无黏性运动流体，在同一流管任取1、2两点，则有，因为位置1、2是任意选定的，所以对同一细流管内各不同截面处有，这两个公式等价，称为伯努利方程。

第二章物理学三、流体力学6、伯努利方程（黏性流体的伯努利方程

）对于实际流体的稳定流动，则应计入黏性力做负功的能量损失，用表示单位体积流体微团沿流管自点1运动至点2的能量损失，则得到粘滞流体的伯努利方程：此即不可压缩的黏性流体作稳定流动的功能关系。

第二章物理学第三节热力学和统计物理学热的本质热力学第一定律热力学第二定律

克劳修斯（1822—1888）在1850年提出的表述为：热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体（不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化，这是按照热传导的方向来表述的）开尔文（1824—1907）于1851年提出的表述为：不可能从单一热源取热，把它全部变为功而不产生其他任何影响（这是从能量消耗的角度说的，它说明第二类永动机是不可能实现的）热力学第二定律还有一种表述是：在孤立系统内发生的过程，总是使整个系统的熵的数值增加。第二章物理学第四节经典电磁学理论经典电磁学理论的发展过程电、磁、光统一的电磁理论第二章物理学第五节近代物理学第二章物理学一、19世纪末物理的总结（一）“以太之谜”1、寻找“以太”

“以太之谜”是人们在研究光传播媒介时发现的问题。2、麦克尔逊--莫雷实验及其结果1887年，美国科学家麦克尔逊和莫雷设计并进行了一个非常精致的实验，是用以寻找“以太”为目的的判定性实验。第二章物理学一、19世纪末物理的总结（二）“紫外灾难”紫外灾难是由人们研究一种热辐射模型——黑体辐射问题时所假设的现象。第二章物理学二、近代物理学革命的序幕X射线的发现放射性的发现电子的发现经典物理学的危机第二章物理学三、相对论（一）绝对时空观、“以太”飘移“零结果”的启示1、牛顿的绝对时空观2、“以太”飘移“零结果”的启示第二章物理学三、相对论（二）狭义相对论的诞生1、爱因斯坦的两条基本原理第一条：相对性原理。即物理规律在任何惯性参照系中都一样，不存在一种特殊的惯性系（牛顿定律适用的参照系）；第二条：光速不变原理。即对任何惯性系，真空中的光速C皆相同。第二章物理学三、相对论（二）狭义相对论的诞生2、相对论的时空观

空间和时间并不是互不相干的，而是存在着本质的联系；空间和时间都同物质的运动变化有关，并随物质运动的速度变化而变化；对于不同的惯性系，时间与空间的量度不可能是相同的。第二章物理学三、相对论（三）广义相对论的建立1、广义相对论第一条：广义相对性原理，即物理规律在一切参考系中都成立；第二条：等价原理，即某一加速运动的参考系中的惯性力与在一个小体积范围内的万有引力是等效的。第二章物理学三、相对论（三）广义相对论的建立2、一些重要结论（1）水星轨道近日点的运动规律：这个规律得到天文观测的证实，它用牛顿的万有引力理论解释不了。（2）光线在穿过强引力场后弯曲，日全食观测的结果证实了这个结论。（3）强引力场中发射出的光谱线向红端移动，即发射的频率变小这一点也被观测结果所证实。（4）狭义相对论揭示了空间、时间、质量和物质运动间的联系，广义相对论则建立了空间时间是随着物质分布和运动速度的变化而变化的理论。第二章物理学四、量子力学与物质结构理论（一）普朗克能量子假说（二）爱因斯坦量子论（三）玻尔模型与物质结构理论（四）量子力学的建立第二章物理学五、核反应研究与基本粒子的不断发现（一）核反应研究1、核子与核力2、粒子物理学（高能物理学）3、粒子物理学的研究方法4、夸克胶子5、核能研究的简要发展历程（二）粒子的不断发