大學(xué)物理緒論k課件

1、大學(xué)物理緒論于永麗物理與電子信息工程學(xué)院聯(lián)系電話: 159687908581-B116辦公室: 杠桿輕撬，一個(gè)世界從此轉(zhuǎn)動(dòng)；王冠潛底，一條定理浮出水面。三棱鏡中折射出七色彩虹；大荒原上升騰起蘑菇煙塵。蘋果落地，人類飛向太空；蝴蝶振羽，風(fēng)云為之色變。這就是物理學(xué)實(shí)驗(yàn)室中窺探上帝的杰作-對(duì)稱而又簡潔-有趣而又深刻在這里你會(huì)贊嘆伽利略的文采你會(huì)折服牛頓的深刻你會(huì)驚訝法拉第的想象你會(huì)欽佩麥克斯韋的數(shù)學(xué)世界正要變得混沌上帝說讓愛因斯坦出場吧于是烏云散去但世界更加不可琢磨 物理學(xué)是研究物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)、相互作用和運(yùn)動(dòng)形態(tài)的基本規(guī)律的科學(xué).物 理物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)和變化規(guī)律微觀粒子宏觀物質(zhì)宇觀物質(zhì)質(zhì)子 1

2、0-15 m空間尺度：類星體 10 26 m時(shí)間尺度：基本粒子壽命 10-25 s宇宙壽命 1018 s一、物理學(xué)的研究對(duì)象 1025m10億光年觀測到的宇宙，圖中每一個(gè)點(diǎn)所表現(xiàn)的事物都是無比古遠(yuǎn)的。1024m1億光年視野縮小10倍，宇宙看起來還是空空如也，星光點(diǎn)點(diǎn)。可是，那些點(diǎn)點(diǎn)斑斑的真的是星星嗎？1000萬光年把眼光再降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，那些點(diǎn)點(diǎn)看起來依然象是星星100萬光年近些，再近些。星星嗎？銀河系。10萬光年銀河系，我們的家園。直徑十萬光年。1萬光年現(xiàn)代研究得出結(jié)論：太陽系位于銀河系螺旋翼內(nèi)側(cè)的邊緣，距離銀河系中心大約2.5萬光年。若視銀河系為一個(gè)巨大的扁盤，我們就應(yīng)該在這張扁盤的平面上

3、。1千光年密密麻麻！100光年再近點(diǎn)，還是密密麻麻！10光年又是密密麻麻！1光年這是什么？1萬億公里依然霧氣昭昭的一團(tuán)1千億公里是太陽系100億公里放大十倍觀察太陽系。圖中亮點(diǎn)僅是背景上離得遙遠(yuǎn)的星星，并非太陽系的一部分。10億公里被藍(lán)框子圈上的是地球的軌道1億公里地球在哪里？1000萬公里月球圍地球轉(zhuǎn)的軌道100萬公里10萬公里地球！Home，Sweet home。1萬公里1000公里北美五大湖區(qū)中的密西根湖，框住的城市是芝加哥。100公里芝加哥鳥瞰。由此開始了人類所能夠理解的數(shù)量級(jí)，開始了我們熟悉的世界。10公里密密麻麻的建筑。1公里100米10米1米10公分手所能把握的尺度。相信人類所接

4、觸的大部分物體都是在這樣一個(gè)數(shù)量級(jí)的?？纯茨愕闹車I盤、鼠標(biāo)、手機(jī)、杯子、碗1公分手上的皺紋細(xì)部。我們即將進(jìn)入另一個(gè)陌生的領(lǐng)域微觀世界。1厘米手上的毛孔。100微米依稀可見皮膚的組織結(jié)構(gòu)。10微米一般來說一個(gè)細(xì)胞的數(shù)量級(jí)就是10微米。1微米生物課上學(xué)過的細(xì)胞核膜的細(xì)部。0.1微米染色體。人類細(xì)胞里面都會(huì)有23對(duì)染色體（46條）。100埃這個(gè)數(shù)量級(jí)，能度量某些有機(jī)大分子。脫氧核糖核酸，即DNA。分子結(jié)構(gòu)清晰可見。1納米這個(gè)數(shù)量級(jí)下，連原子都可以數(shù)清。因此，納米級(jí)又叫原子級(jí)。組成DNA分子的原子們，以共價(jià)鍵和氫鍵彼此結(jié)合成龐大的有機(jī)分子。生命就在這種復(fù)雜的結(jié)合中得以體現(xiàn)。1埃密布的電子云，能看到

5、原子核附近的電子云比較濃。離核近的地方電子出現(xiàn)的幾率大些，云就密；離核遠(yuǎn)的地方出現(xiàn)的幾率小些，云就稀。10皮米原子核外圍的濃密電子云。仿佛又回到了浩瀚無邊的宇宙。這樣來看每個(gè)原子都象是個(gè)小宇宙，我們的世界就這樣的周而復(fù)始著1皮米穿過最濃的電子云，發(fā)現(xiàn)更近核的地方反倒清凈。0.1皮米傳說中的原子核。這個(gè)數(shù)量級(jí)下，看原子核就可以看出很多個(gè)球球來，它們是帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子。10飛米原子核的特寫。1飛米（10-15米）質(zhì)子（也可能是中子）的細(xì)部，亂七八糟一大片。未知的結(jié)構(gòu)，未知的領(lǐng)域，那里屬于上帝。0.1飛米一旦我們進(jìn)入下一個(gè)層次，我們將會(huì)看到什么，我們又將會(huì)知道什么？蛇吞尾圖，形象地表示了物

6、質(zhì)空間尺寸的層次物理學(xué)的層次二、為什么學(xué)習(xí)物理 歷史上物理與技術(shù)的關(guān)系大致有兩種模式 熱機(jī)的發(fā)明和使用，提供了第一種模式 電氣化的進(jìn)程，提供了第二種模式技術(shù) 物理 技術(shù)物理 技術(shù) 物理第一臺(tái)通用電子計(jì)算機(jī)：ENIAC Electronic Numerical Integrator and Calculator1946年2月14日Moore School，Univ. of Pennsylvania18,000個(gè)電子管組成大?。洪L24m，寬6m，高2.5m速度：5000次/sec；重量：30噸；功率：140KW；平均無故障運(yùn)行時(shí)間：7min1947年12月23日第一個(gè)晶體管NPN Ge晶體管 W.

7、 Schokley J. Bardeen W. Brattain獲得1956年Nobel物理獎(jiǎng)1958年第一塊集成電路：TI公司的Kilby，12個(gè)器件，Ge晶片獲得2000年Nobel物理獎(jiǎng)杰克基爾比，因發(fā)明集成電路在2000年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。德州儀器董事長Tom Engibous說：“按照我的觀點(diǎn)，只有很少的人，他們的工作真正改變了世界和我們在這個(gè)世界上生活的方式。他們是亨利福特、托馬斯愛迪生、懷特兄弟和杰克基爾比。如果說曾經(jīng)有一種創(chuàng)新的發(fā)明不僅改變了我們的行業(yè)，而且還改變了我們的世界，那就是基爾比發(fā)明的第一個(gè)集成電路?！?在集成電路出現(xiàn)之前，電子設(shè)備大多采用體積龐大且容易損壞的電路

8、，主要是真空管。 但1958年基爾比在德州儀器半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室發(fā)明的集成電路改變了整個(gè)電子世界，并使微處理器的出現(xiàn)成為可能。目前，無論是蘋果的iPod還是互聯(lián)網(wǎng)，都采用了更為復(fù)雜、可靠和高效的集成電路。著名物理學(xué)家愛因斯坦說： 發(fā)展獨(dú)立思考和獨(dú)立判斷的一般能力，應(yīng)當(dāng)始終放在首位，而不應(yīng)當(dāng)把專業(yè)知識(shí)放在首位。如果一個(gè)人掌握了他的學(xué)科的基礎(chǔ)理論，并且學(xué)會(huì)了獨(dú)立思考和工作，他必定會(huì)找到自己的道路，而且比起那種主要以獲得細(xì)節(jié)知識(shí)為其培訓(xùn)內(nèi)容的人來，他一定會(huì)更好地適應(yīng)進(jìn)步和變化 。三、怎樣學(xué)習(xí)物理學(xué) 學(xué)習(xí)的觀點(diǎn)：從整體上邏輯地、協(xié)調(diào)地學(xué)習(xí)物理學(xué)，了解物理學(xué)中各個(gè)分支之間的相互聯(lián)系。 學(xué)習(xí)的關(guān)鍵：勤于思考悟物

9、窮理 研究對(duì)象不同：由簡單到復(fù)雜，由特殊到一般中學(xué)講恒力，大學(xué)講變力（變力做功、變力的沖量均涉及積分）大學(xué)物理與中學(xué)物理的主要區(qū)別高等數(shù)學(xué)：矢量、微積分 研究的方法和使用工具不同四、章節(jié)學(xué)時(shí)安排 學(xué)習(xí)章節(jié)學(xué)時(shí)矢量分析 數(shù)學(xué)預(yù)備知識(shí)2第1章 1-1、1-2 力學(xué)4第2章 2-1、2-2、2-3、2-48第3章 3-1、3-28第4章 4-1、4-2、4-3 熱學(xué)自學(xué)第5章 5-1、5-2 、5-3第6章 6-1、6-2、6-3、6-4 電磁學(xué)8第7章 7-1、7-2、7-3、7-48第8章 8-1、8-26第9章 9-1、9-2、9-3 振動(dòng)與波動(dòng)4第10章 10-1、10-2、10-44第11

10、章 11-1、11-2、11-3、11-4 波動(dòng)光學(xué)10期末復(fù)習(xí) 2共64學(xué)時(shí)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)上下冊 張三慧主編 清華大學(xué)出版社 大學(xué)物理 朱 峰主編 清華大學(xué)出版社 教 材：物理學(xué) 祝之光 主編 高等教育出版社 參考書：六. 教材與參考書 平時(shí)成績（ ）：平時(shí)作業(yè)和考勤20% + 期中考試20% 占期末考試成績（占60%）五. 考核方式 請?jiān)试S我說明我講這門課的主要目的。我的目的不是教你們?nèi)绾螒?yīng)付考試，甚至不是讓你們掌握這些知識(shí)，以便更好地為今后你們面臨的工業(yè)或軍事工作服務(wù)。我最希望的是，你們能夠像真正的物理學(xué)家一樣，欣賞到這個(gè)世界的美妙。物理學(xué)家們看待這個(gè)世界的方式，我相信，是這個(gè)現(xiàn)代化時(shí)代

11、真正文化內(nèi)涵的主要部分。也許你們學(xué)會(huì)的不僅僅是如何欣賞這種文化，甚至也愿意參加到這個(gè)人類思想誕生以來最偉大的探索中來。 理查德.費(fèi)曼R.P.Feynman （19181988）美國物理學(xué)家，諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者課程介紹一、矢量和標(biāo)量標(biāo)量：矢量：（如位移）既有大小又有方向（5m,正北）且遵循矢量代數(shù)的特殊運(yùn)算法則（平行四邊形法則）。幾何表示：有方向的幾何線段（箭矢）矢端矢尾符號(hào)： 或 A矢量 的大小稱作矢量 的模，記作或斜體字母A（如溫度 ）只有大小，由一個(gè)帶單位的數(shù)確定，且遵循算術(shù)和普通代數(shù)的運(yùn)算法則。（印刷符號(hào)）七. 矢量簡介 二矢量相等：大小相等，方向相同單位矢量大小精確為1，無單位指向某一

12、特定方向 沿矢量 方向的單位矢量 在直角坐標(biāo)系中的三個(gè)單位矢量：沿x軸正方向沿y軸正方向沿z軸正方向二、矢量相加的幾何方法加法三角形法則：畫出矢量 和 ，讓 的矢尾位于 的矢端；從 的矢尾到 的矢端的矢量就是矢量和平行四邊形法則三角形法則多邊形法則減法矢量 與 大小相等，方向相反方法：自某點(diǎn)出發(fā)畫出被減矢量 與減矢量 ，由減矢量矢端引向被減矢量矢端，這一矢量即為矢量差或三、矢量的正交分解法分量：以二維情況為例：（單位矢量表示法）或（大小-角度表示法）表示矢量與x軸正方向間的夾角任何矢量都可以表示為：大小方向用分量作矢量相加減例：已知三矢量試求它們的矢量和 ， 分別用單位矢量表示法和大小-角度表示法。解：單位矢量表示法大小-角度表示法相對(duì)于x軸正方向測量的角度按逆時(shí)針方向測量的為正，沿順時(shí)針方向