大學(xué)通識(shí)課物理重點(diǎn)

第一章兩種文化的交流1.1夏商周斷代工程——集體智慧，大科學(xué)精神夏代的始年是公元前2070年，商代的始年是公元前1600年＜＜竹書紀(jì)年＞＞"懿王元年天再旦于鄭"公元前899年4月21日凌晨5時(shí)48分“夏商周斷代工程”是中國(guó)的一項(xiàng)文化工程，是一個(gè)以自然科學(xué)與人文社會(huì)科學(xué)相結(jié)合的方法來(lái)研究中國(guó)歷史上夏、商、周三個(gè)歷史時(shí)期的年代學(xué)的科學(xué)研究項(xiàng)目，是一個(gè)多學(xué)科交叉聯(lián)合攻關(guān)的系統(tǒng)工程。意義:向全世界展示了歷史悠久而熠熠生輝的中華文明，也是在我國(guó)科學(xué)家集體大協(xié)作下奏出的科學(xué)精神,科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法的一曲凱歌。1.2“李約瑟難題”李約瑟：英國(guó)科學(xué)家＜＜中國(guó)科學(xué)技術(shù)史＞＞作者B.內(nèi)容：“作為一個(gè)整體的現(xiàn)代科學(xué)沒(méi)有發(fā)生在中國(guó)，它發(fā)生于西方一歐美即歐洲文明的廣大范圍。這里有什么原因呢？我以為必須找到它的原因，因?yàn)槿绻覀儾涣私馑?，我們關(guān)于科學(xué)技術(shù)的觀點(diǎn)就處于混亂之中。如果我們不了解過(guò)去，我們就沒(méi)有多少希望掌握未來(lái)。c.大致原因：楊振寧發(fā)表"〈〈易經(jīng)〉〉對(duì)中華文化的影響”將落后原因歸納為五點(diǎn)中國(guó)的傳統(tǒng)是入世的，不是出世的。換句話說(shuō)就是比較注重實(shí)際的，不注重抽象的理論架構(gòu)科舉制度觀念上認(rèn)為技術(shù)不重要，認(rèn)為是“奇技淫巧”中國(guó)傳統(tǒng)里面五推演式的思維方式有天人合一的觀念1.4兩種文化的分裂一積極還是消極？恩格斯在《自然辯證法》中指出：如果說(shuō)古希臘哲學(xué)家往往“只見(jiàn)森林，不見(jiàn)樹(shù)木”的話，那么從15世紀(jì)中葉以后的近代科學(xué)發(fā)展往往帶有“只見(jiàn)樹(shù)木，不見(jiàn)森林”的缺點(diǎn)。英國(guó)的斯諾演講1950劍橋大學(xué)“兩種文化和科學(xué)革命”“在我們這個(gè)時(shí)代，實(shí)際存在兩種文化，一種是人文知識(shí)分子代表的人文文化，另外一種代表的是科學(xué)家所代表的科學(xué)文化。兩者之間，很難溝通，有著很深的鴻溝……，這種分裂和對(duì)立，對(duì)整個(gè)社會(huì)來(lái)說(shuō)，是一種很大的損失。”兩種文化分裂的后果是：現(xiàn)代人迷失了價(jià)值取向，處于危機(jī)四伏的生活狀態(tài),表現(xiàn)為人與自然的關(guān)系，人與人的關(guān)系都被嚴(yán)重地扭曲了和破壞了，而只有重興人文精神，充實(shí)人的精神生活，健全社會(huì)的文化結(jié)構(gòu)，重塑現(xiàn)代人的價(jià)值取第暨服經(jīng)典簿的建新發(fā)展2.2地心說(shuō)和日心說(shuō)托勒一地心說(shuō)：地球處于宇宙中心靜止不動(dòng)。從地球向外，依次有月球、水星、金星、太陽(yáng)、火星、木星和土星，在各自的軌道上繞地球運(yùn)行辯證得看待1）世界上第一個(gè)行星體系模型2）地心說(shuō)承認(rèn)地球是“球形”的3）把行星從恒星中區(qū)別出來(lái)，著眼于探索和揭示行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，這標(biāo)志著人類對(duì)宇宙認(rèn)識(shí)的一大進(jìn)步。4）運(yùn)用數(shù)學(xué)計(jì)算行星的運(yùn)行，第一次提出“運(yùn)行軌道”的概念，設(shè)計(jì)出了一個(gè)本輪均輪模型。用幾種圓周軌道不同的組合預(yù)言了行星的運(yùn)動(dòng)位置，與實(shí)際相差很小，相比以前的體系有所改進(jìn)，還能解釋行星的亮度變化。哥白尼一一日心說(shuō)1543年，波蘭天文學(xué)家哥白尼在臨終時(shí)發(fā)表了一部具有歷史意義的著作—《天體運(yùn)行論》，完整地提出了“日心說(shuō)”理論。這個(gè)理論體系認(rèn)為，太陽(yáng)是行星系統(tǒng)的中心，一切行星都繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)。地球也是一顆行星，它上面像陀螺一樣自轉(zhuǎn)，一面又和其他行星一樣圍繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)。日心說(shuō)把宇宙的中心從地球挪向太陽(yáng)，這看上去似乎很簡(jiǎn)單，實(shí)際上卻是一項(xiàng)非凡的創(chuàng)舉。“天體運(yùn)行論”于1543年寫成，它被譽(yù)為自然科學(xué)的獨(dú)立宣言。2.3伽利近代科學(xué)之父1590年，伽利略在比薩斜塔上做了“兩個(gè)鐵球同時(shí)落地”的著名實(shí)驗(yàn)。1609年，伽利略創(chuàng)制了天文望遠(yuǎn)鏡（后被稱為伽利略望遠(yuǎn)鏡），開(kāi)辟了天文學(xué)的新時(shí)代。斜面實(shí)驗(yàn)：第一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，是十大經(jīng)典實(shí)驗(yàn)之首1）一個(gè)斜面：實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)小球加速度與小球質(zhì)量無(wú)關(guān)，只與斜面陡度有關(guān)，且斜面與地面夾角越大，加速度越大。—論：落體定律即輕重物體從同一高度落下，所花時(shí)間相同，即同時(shí)落地。2）兩個(gè)斜面：一個(gè)小球從左斜面滾下，在平面上滾動(dòng)一段時(shí)間，再滾上右斜面，如果小球做無(wú)滑動(dòng)滾動(dòng)，但空氣阻力不可忽略不計(jì)，則不能達(dá)到出發(fā)時(shí)高度，若空氣阻力不計(jì)，則可以達(dá)到相同高度—論：慣性運(yùn)動(dòng)概念即一個(gè)不受外力作用的物體將保持它的勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。由此進(jìn)一步明確指出：力不是產(chǎn)生速度的原因，而是產(chǎn)生加速度的原因。c.成功經(jīng)驗(yàn)1）實(shí)驗(yàn)方法與數(shù)學(xué)方法結(jié)合的成功一是單純做實(shí)驗(yàn)，而是從明確的物理思想出發(fā)，進(jìn)行數(shù)學(xué)推證，選典型實(shí)驗(yàn)，最后得出結(jié)論。2）觀察一假設(shè)一邏輯推理一實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的成功之路實(shí)驗(yàn)物理思維和數(shù)學(xué)演繹的巧妙結(jié)合。伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，標(biāo)志著物理學(xué)的開(kāi)端。一愛(ài)因斯坦2.4牛頓和經(jīng)典力學(xué)牛頓的三大成就：微積分、萬(wàn)有引力、光學(xué)分析萬(wàn)有引力定律又稱物質(zhì)相互作用的普遍規(guī)律：自然界中任何兩個(gè)物體都以一定的力互相吸引，這個(gè)吸引力的大小同兩個(gè)物體質(zhì)量的乘積成正比，同它們之間距離的平方成反比。一rC.扭秤實(shí)驗(yàn)十大美的物理實(shí)驗(yàn)之一石英建注：書本P47和叫4（改進(jìn)版）對(duì)應(yīng)看力常知，用的祖樣牛頓的自然哲學(xué)思想（4條推理法則）1）除那些真實(shí)而已足夠說(shuō)明其現(xiàn)象者外，不必再去尋求自然界事物的其他原因2）所以對(duì)于自然界中同一類結(jié)果，必須盡可能歸之于同一種原因3）物體的屬性，凡是既不能增強(qiáng)也不能減弱者，又為我們實(shí)驗(yàn)所能及的范圍的一切物體所具有者，就應(yīng)該視為所有物體的普遍性4）在實(shí)驗(yàn)哲學(xué)中，我們必須把那些從各種現(xiàn)象中運(yùn)用一般歸納而導(dǎo)出的命題看做是完全正確的或很接近真實(shí)的，雖然可以想象出任何相反的假說(shuō)，但是在沒(méi)有出現(xiàn)其他現(xiàn)象足以使之更為正確或者出現(xiàn)例外之前，仍然應(yīng)當(dāng)給予如此的對(duì)待牛頓的理想實(shí)驗(yàn)當(dāng)初速度v大到某一值炮彈將沿一圓軌道繞地球旋轉(zhuǎn)而不掉到地面，于是它便面u=Jg=7.78km/s,—為一個(gè)“小月亮”了YU+"）v，2=yp^=H.2km/s

f?牛頓的成功之路1）站在巨人的肩膀上，勤奮學(xué)習(xí)，積累知識(shí)為什么說(shuō)牛頓站在巨人肩膀上？牛頓一封給胡克的信中寫道：“如果我看得更遠(yuǎn)那是因?yàn)檎驹诰奕说募绨蛏??！彼@里指的是胡克和笛卡兒，當(dāng)然不言而喻也包括了他多次提到的伽利略、開(kāi)普勒和哥白尼。其實(shí)他完成的綜合工作是基于從中世紀(jì)以來(lái)世世代代從事科學(xué)研究的前人的累累成果，我們可以列一個(gè)表來(lái)說(shuō)明牛頓和前人的關(guān)系：-歸納與演繹相結(jié)合-追求簡(jiǎn)單、和諧和統(tǒng)一的公理體系-數(shù)學(xué)物理方法：原理是數(shù)學(xué)與物理的完美結(jié)晶-實(shí)驗(yàn)——象方法第三章科學(xué)，經(jīng)理電磁學(xué)3.1庫(kù)倫常數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)一一庫(kù)倫的扭秤實(shí)驗(yàn)詳細(xì)過(guò)程見(jiàn)書本P74銀絲扭角b.從庫(kù)倫定律的建立看類比方法的重要性庫(kù)倫把電的吸引力同地球?qū)ξ矬w的吸引進(jìn)行類比，設(shè)計(jì)了電擺實(shí)驗(yàn)對(duì)異號(hào)電荷，同樣有r,麥克斯韋說(shuō)：“物理類比是指一種科學(xué)的定律與另一種科學(xué)定律之間的部分相似性，它使得這兩種科學(xué)可以互相說(shuō)明。”可見(jiàn)事物之間的相似性是運(yùn)用類比方法進(jìn)行邏輯推理的客觀依據(jù)。詳細(xì)過(guò)程見(jiàn)書本P74銀絲扭角注意：類比不是論證，通過(guò)類比方法所作出的假設(shè)或結(jié)論最終必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)以及在今后的實(shí)踐中得到檢驗(yàn)。3.2電流的產(chǎn)生及其磁效應(yīng)什么是生物電現(xiàn)象？伽伐尼在一次解剖青蛙時(shí)有一個(gè)偶然的發(fā)現(xiàn)，一只已解剖的青蛙放在一個(gè)潮濕的鐵案上，當(dāng)解剖刀無(wú)意中觸及蛙腿上外露的神經(jīng)時(shí)，死蛙的腿猛烈地抽搐了一下生物電：生物不同部位對(duì)電子的吸引力不同從而使電子發(fā)生定向移動(dòng)導(dǎo)致電勢(shì)差產(chǎn)生的電流生物電現(xiàn)象的應(yīng)用一打電堆的發(fā)明當(dāng)今應(yīng)用一物電的研究成果已被廣泛地應(yīng)用到臨床醫(yī)學(xué)，其中最常見(jiàn)的是心電圖。利用生物電現(xiàn)象還可以治療某些神經(jīng)和肌肉的疾病安培著名的分子電流假說(shuō)為了把一切電磁現(xiàn)象都?xì)w結(jié)為電流間的相互作用，安培提出了他子電流假設(shè)。螺線管表現(xiàn)像一根磁鐵—由此設(shè)想鐵表面存在一層電流的環(huán)流好友菲涅耳提醒：磁鐵是非良導(dǎo)體，宏觀電流將使磁鐵發(fā)熱，電流很快將消失改進(jìn)假設(shè)：磁性物質(zhì)內(nèi)存在無(wú)數(shù)微小的“分子電流”，它們永不衰竭地沿閉合路徑流動(dòng)，從而形成一個(gè)個(gè)小磁體分子電流假說(shuō)的應(yīng)用一解釋某些磁現(xiàn)象1）對(duì)于磁鐵和其他能顯示磁性的物體，每個(gè)微粒的環(huán)形電流的取向大致相同，因此其兩端顯示磁性；2）—旦磁體被被分割成幾段，各段磁體仍顯磁性，且仍有N、S極；3）解釋磁性物體在磁場(chǎng)中被磁化的現(xiàn)象：各微粒電流取向雜亂無(wú)章磁性相互抵消，總體不顯磁性3.3法拉第的主要貢獻(xiàn)一電磁感應(yīng)定律法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象、確立了電磁感應(yīng)定律并為電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的發(fā)明作出重大貢獻(xiàn)。電磁感應(yīng)定律：E=_d°閉合回路上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和通過(guò)閉合回路的磁通量的變化率成正比。-dT法拉第思想：一貫追求科學(xué)真理，相信自然力的統(tǒng)一；提出力線和場(chǎng)的思想3.4麥克斯韋電場(chǎng)理論的建立a.麥克斯韋方程一理學(xué)“美”的代表靜電場(chǎng)的高斯定理、靜電場(chǎng)的環(huán)路定理、穩(wěn)恒磁場(chǎng)的高斯定理、磁場(chǎng)的安培環(huán)路定理M尸N?D=pVxE=一翌V-B=0vxH頊+竺出dt

四個(gè)方程分別說(shuō)明，1：電力線起于電荷止于電荷，不閉合；2：磁力線閉合；3：變化的磁場(chǎng)感生電場(chǎng)；4：變化的電場(chǎng)感生磁場(chǎng)。麥克斯韋方程組，加上帶電荷物質(zhì)在電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)所受力的普遍規(guī)律，再加上普遍成立的電荷守恒定律，就給出了電磁學(xué)現(xiàn)象的完整的系統(tǒng)的規(guī)律。麥克斯韋的科學(xué)思想和科學(xué)方法（見(jiàn)P98）1）通過(guò)類比，把法拉弟力線思想數(shù)學(xué)化2）“位移電流”假設(shè)對(duì)稱性思考3）預(yù)言電磁波，實(shí)現(xiàn)第三次大綜合預(yù)言:（1）電磁以波動(dòng)形式傳播（2）一種電磁波堡nnw

第四章經(jīng)典光學(xué)4.2光的波動(dòng)說(shuō)a.什么是惠更斯原理？堡nnw

第四章經(jīng)典光學(xué)波在前進(jìn)中的任意一點(diǎn)都可以看做一個(gè)新的波源4.3光的干涉、衍射、偏振光的干涉薄膜干涉一“鍍膜光學(xué)元件”利用薄膜干涉可減弱或加強(qiáng)反射光；檢查平面平整度牛頓環(huán)——測(cè)曲面平整度；測(cè)大曲率凸透鏡的曲率半徑光的衍射原板衍射：當(dāng)不透明原板足夠小時(shí)，屏上出現(xiàn)衍射圖樣泊松亮斑：當(dāng)光照到不透光的小圓板上時(shí)，在光屏的陰影中心出現(xiàn)的亮斑（外部是不等間距的明暗相間的圓環(huán)）光的偏振線偏振光：光矢量方向在空間各點(diǎn)固定不變的光（光波中的電場(chǎng)方向叫做“光矢量”方向）應(yīng)用：夏日戴墨鏡反射光的特點(diǎn)：反射光為部分偏振光，垂直于入射面的光振動(dòng)多余平行于入射面的光振動(dòng)4.4光的波粒二象性光電效應(yīng)：紫外線從金屬打出電子而引起空氣電離，從而對(duì)放電產(chǎn)生影響光生伏特效應(yīng)：利用太陽(yáng)能使材料中的電子由低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，未脫離材料表面愛(ài)因斯坦的“光子”假說(shuō)：?jiǎn)紊馐怯赡芰孔咏M成的，并用光量子來(lái)代替舊的光微粒；光量子以光速在空中穿過(guò)，它是能量的最小單位；我們把這些能量子叫做光子。4.5多普勒效應(yīng)概念：波源與觀察者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)而使觀察到的譜線頻率發(fā)生改變的現(xiàn)象頻率變化公式：f/f’=V+V（ab）/V-V（s）4.6玻爾公式激光原理a.玻爾公式：E2-E1=hv能級(jí)躍遷公式：Em-En=hv

b.激光產(chǎn)生條件：1）外部物質(zhì)條件：實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)2）理論條件：使原子被激發(fā)受激輻射：原來(lái)處在高能級(jí)的原子，還可以在其他光子的刺激或感應(yīng)下，躍遷到低能級(jí)，同時(shí)發(fā)射出一個(gè)同樣能量的光子。自發(fā)輻射：處于激發(fā)態(tài)的原子中，電子在激發(fā)態(tài)能級(jí)上只能停留一段很短的時(shí)間，就自發(fā)地躍遷到較低能級(jí)中去，同時(shí)輻射出一個(gè)光子3）要實(shí)現(xiàn)先放大；單色性好；相干性好；能量集中5.1X射線的發(fā)現(xiàn)倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線，拿到了歷史上第一個(gè)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)X射線的性質(zhì):；單色性好；相干性好；能量集中1、X射線在空氣中的射程有2米多而且是直線傳播的，不反射也不會(huì)折射；2、外界磁場(chǎng)不會(huì)使X射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)；3、X射線來(lái)自克魯克斯管的對(duì)陰極，即接受陰極射線轟擊的那個(gè)電極；4、X射線具有非常強(qiáng)的穿透性.由于X射線與原子中內(nèi)層電子的躍遷有關(guān)，這說(shuō)明了物理學(xué)還存在亟待搜索的未知領(lǐng)域。5.2放射性的發(fā)現(xiàn)貝克勒爾一一第一個(gè)天然放射性物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)者第六章第物質(zhì)觀麟命—一量子論6.1量子概念的提出兩個(gè)概念熱輻射（自發(fā)輻射）：任何物體在任何溫度下都要發(fā)射各種波長(zhǎng)的電磁波，這種由于物質(zhì)中的分子、原子受到熱激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象為熱輻射。絕對(duì)黑體：能夠吸收外來(lái)一切電磁波輻射而毫無(wú)反射的物體，簡(jiǎn)稱黑體黑體發(fā)光（自發(fā)輻射），而不反射光兩朵烏云第一朵關(guān)于相對(duì)論的建立，第二朵導(dǎo)致量子物理的誕生6.2第一個(gè)鉆到原子中心的人——盧瑟福盧瑟福做a粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出“原子核式結(jié)構(gòu)”：所有正電荷和原子質(zhì)量都集中在原子中心一個(gè)非常小的體積內(nèi)，這就是原子核。6.3玻爾模型能級(jí)躍遷公式：Em-En=hv（會(huì)做計(jì)算題）哥本哈根精神：一是科學(xué)國(guó)際主義；而是獨(dú)特的研究風(fēng)格玻爾理論中同時(shí)存在著兩種不協(xié)調(diào)的概念：經(jīng)典的連續(xù)性和量子的不連續(xù)性

6.3&6.4粒子的雙重屬性波粒二象性：是指物質(zhì)同時(shí)具備波的特質(zhì)及粒子的特質(zhì)，微觀粒子同時(shí)具有粒子性和波動(dòng)性物質(zhì)波的統(tǒng)計(jì)解釋：物質(zhì)波振幅的平方與粒子在該處鄰近出現(xiàn)的概率成正比。海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理：粒子坐標(biāo)x，動(dòng)量p，能量E和壽命t,它們的變化范圍分別為△*,△?,AE和△t,滿足△*-ApNhAt-AENh即：微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量不可能同時(shí)被測(cè)準(zhǔn)微觀粒子的能量和壽命不可能同時(shí)被測(cè)準(zhǔn)玻爾的互補(bǔ)原理：波和粒子兩種描述是是互補(bǔ)的，缺一不可。波動(dòng)性和粒子性同時(shí)具有但不同時(shí)顯示隧道效應(yīng)：在粒子總能量低于勢(shì)壘高的情況下，粒子能越過(guò)勢(shì)壘甚至能穿透有一定寬度的勢(shì)壘。隧道效應(yīng)和掃描隧道我微鏡的粒于,越過(guò)勢(shì)壘.2./：＜（8的轅6.3&6.4粒子的雙重屬性波粒二象性：是指物質(zhì)同時(shí)具備波的特質(zhì)及粒子的特質(zhì)，微觀粒子同時(shí)具有粒子性和波動(dòng)性物質(zhì)波的統(tǒng)計(jì)解釋：物質(zhì)波振幅的平方與粒子在該處鄰近出現(xiàn)的概率成正比。海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理：粒子坐標(biāo)x，動(dòng)量p，能量E和壽命t,它們的變化范圍分別為△*,△?,AE和△t,滿足△*-ApNhAt-AENh即：微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量不可能同時(shí)被測(cè)準(zhǔn)微觀粒子的能量和壽命不可能同時(shí)被測(cè)準(zhǔn)玻爾的互補(bǔ)原理：波和粒子兩種描述是是互補(bǔ)的，缺一不可。波動(dòng)性和粒子性同時(shí)具有但不同時(shí)顯示隧道效應(yīng)：在粒子總能量低于勢(shì)壘高的情況下，粒子能越過(guò)勢(shì)壘甚至能穿透有一定寬度的勢(shì)壘。隧道效應(yīng)和掃描隧道我微鏡的粒于,越過(guò)勢(shì)壘.2./：＜（8的轅子,、_不能越過(guò)勢(shì)壘。牛頓力學(xué)：決定因果論因果對(duì)應(yīng)！量子力學(xué)：統(tǒng)計(jì)因果律微觀現(xiàn)象的過(guò)程中發(fā)生的幾率表現(xiàn)出因果律，而單顆微觀粒子『的粒子，也存在被彈軻的概率——反射波。LEf的粒子，也可能越過(guò)身壘到達(dá)3y旋——隧道效應(yīng)。加與熱寂說(shuō)c.生命是一開(kāi)放系統(tǒng)。其熵變由兩部分開(kāi)放系統(tǒng)一與外界有物質(zhì)和能量的交換的系統(tǒng)A5=直一A5f\.S△',系統(tǒng)自身產(chǎn)生