鄭州大學大學物理緒論

UniversityPhysics鄭州大學基礎物理教學中心潘志峰電話/p>

QQ：176102768一.什么是物理學(WhyandHowto?)

物理學是研究物質世界最基本形態(tài)的科學

物理學研究的范圍

——

物質世界的層次和數量級物理學(Physics)物質結構物質相互作用物質運動規(guī)律微觀粒子Microscopic介觀物質mesoscopic宏觀物質macroscopic宇觀物質cosmological緒論E-15E-12E-09E-06E-031mE+03E+06E+09E+12E+15E+18E+21E+24E+27最小的細胞原子原子核基本粒子DNA長度星系團銀河系最近恒星的距離太陽系太陽山哈勃半徑超星系團人蛇吞尾圖，形象地表示了物質空間尺寸的層次物理現象

按空間尺度劃分：量子力學經典物理學宇宙物理學

按速率大小劃分：非相對論物理學相對論物理學

按客體大小劃分：微觀系統(tǒng)宏觀系統(tǒng)

按運動速度劃分：低速現象高速現象

實驗物理理論物理計算物理今日物理學

物理學的發(fā)展●牛頓力學(Mechanics)

研究物體機械運動的基本規(guī)律及關于時空相對性的規(guī)律●

熱力學(Thermodynamics)

研究物質熱運動的統(tǒng)計規(guī)律及其宏觀表現●電磁學(Electromagnetism)

研究電磁現象、物質的電磁運動規(guī)律及電磁輻射等規(guī)律●

相對論(Relativity)

研究物體的高速運動效應以及相關的動力學規(guī)律●

量子力學(Quantummechanics)

研究微觀物質運動現象以及基本運動規(guī)律二.物理學的五大基本理論物理學是一門最基本的科學;是最古老、但發(fā)展最快的科學;它提供最多、最基本的科學研究手段。

物理學是一切自然科學的基礎

物理學派生出來的分支及交叉學科物理學構成了化學、生物學、材料科學、地球物理學等學科的基礎，物理學的基本概念和技術被應用到所有自然科學之中。

物理學與數學之間有著深刻的內在聯(lián)系粒子物理學原子核物理學原子分子物理學固體物理學凝聚態(tài)物理學激光物理學等離子體物理學地球物理學生物物理學天體物理學宇宙射線物理學三.物理學是構成自然科學的理論基礎四.物理學與技術20世紀，物理學被公認為科學技術發(fā)展中最重要的帶頭學科●熱機的發(fā)明和使用，提供了第一種模式：●

電氣化的進程，提供了第二種模式：核能的利用激光器的產生層析成像技術(CT)超導電子技術技術——

物理——

技術物理——

技術——

物理粒子散射實驗X射線的發(fā)現受激輻射理論低溫超導微觀理論電子計算機的誕生●1947年貝爾實驗室的巴丁、布拉頓和肖克來發(fā)明了晶體管，標志著信息時代的開始●1962年發(fā)明了集成電路●70年代后期出現了大規(guī)模集成電路●

192526年建立了量子力學●

1926年建立了費米狄拉克統(tǒng)計●1927年建立了布洛赫波的理論●1928年索末菲提出能帶的猜想●1929年派爾斯提出禁帶、空穴的概念同年貝特提出了費米面的概念●1957年皮帕得測量了第一個費米面……?超晶格材料納米材料光子晶體晶體管的發(fā)明大規(guī)模集成電路電子計算機信息技術與工程●幾乎所有的重大新(高)技術領域的創(chuàng)立，事先都在物理學中經過長期的醞釀?！?/p>

當今物理學和科學技術的關系兩種模式并存，相互交叉，相互促進“沒有昨日的基礎科學就沒有今日的技術革命”。

——李政道量子力學能帶理論人工設計材料五.物理學的方法和科學態(tài)度提出命題推測答案理論預言實驗驗證修改理論現代物理學是一門理論和實驗高度結合的精確科學

從新的觀測事實或實驗事實中提煉出來，或從已有原理中推演出來

建立模型；用已知原理對現象作定性解釋，進行邏輯推理和數學演算

新的理論必須提出能夠為實驗所證偽的預言

一切物理理論最終都要以觀測或實驗事實為準則

當一個理論與實驗事實不符時，它就面臨著被修改或被推翻

六.怎樣學習物理學物理學學習理念之一愛因斯坦：“興趣是最好的老師?！?/p>

既要理解物理學習的基礎性，又要注意它的時代性和前沿性；既要深入探知物理規(guī)律的內涵和意義，又要適當聯(lián)系它在高新技術中的應用。感受物理學新穎、深刻、有用，從而提高學習物理的興趣。物理學習理念之二海森堡：“科學扎根于討論?！庇懻撌强茖W賴以生長、繁榮的土壤。討論可以使學習深入，討論能夠激發(fā)創(chuàng)新的火花。物理學習理念之三李政道：“物理學的精髓在于創(chuàng)新。”物理學是在不斷探索、不斷發(fā)現、不斷創(chuàng)新中發(fā)展起來的，沒有創(chuàng)新就沒有今天的物理學。著名物理學家愛因斯坦說：

發(fā)展獨立思考和獨立判斷地一般能力，應當始終放在首位，而不應當把專業(yè)知識放在首位。如果一個人掌握了他的學科的基礎理論，并且學會了獨立思考和工作，他必定會找到自己的道路，而且比起那種主要以獲得細節(jié)知識為其培訓內容的人來，他一定會更好地適應進步和變化。七.教材與參考書●《大學物理學》

張三慧主編清華大學出版社●《大學物理學習指導》張孝林主編科學出版社●《費曼物理學講義》教材：《物理學》馬文蔚主編

高等教育出版社

●參考書：請允許我說明我講這門課的主要目的。我的目的不是教你們如何應付考試，甚至不是讓你們掌握這些知識，以便更好地為今后你們面臨的工作或軍事工作服務。我最希望的是，你們能夠像真正的物理學家一樣，欣賞到這個世界的美妙。物理學家們看待這個世界的方式，我相信，是這個現代化時代真正文化內涵的主要部分。也許你們學會的不僅僅是如何欣賞這種文化，甚至也愿意參加到這個人類思想誕生以來最偉大的探索中來。

R.P.Feynman

(1918-1988)美國物理學家，諾貝爾物理獎獲得者本學期教學內容:力學+電學

課前預習：培養(yǎng)自學能力，（看第一遍書）聽課：弄懂有疑問的部分，（記筆記）

看書

：

進一步弄懂課堂講授內容，（看第二遍書）

輔導答疑：解決問題，加深對教材的理解。

總復習：

通讀全書，將所學內容串為一體。(看第三遍書）做作業(yè)：

養(yǎng)成踏踏實實、一絲不茍良好習慣。1.掌握正確的學習方法

2、注意與中學物理的區(qū)別

標量

矢量；恒量為主

變量為主；定性分析

定量計算

3、打好數學基礎

要想學好物理，必須有良好的數學知識作為基礎。尤其要注意以下幾個方面：坐標系的建立和使用；導數和積分的意義；標量積；矢量積。

4.紀律要求

不得無故曠課，不遲到、早退。

5.總評成績:

期終考試，結合平時表現。第1章質點運動學主要內容：1.質點位置的確定方法2.質點的位移、速度和加速度3.圓周運動的角量描述角量與線量的關系4.不同參考系中的速度和加速度變換定理簡介§1.1質點位置的確定方法一.質點運動學的基本概念質點：有質量而無形狀和大小的幾何點。突出了質量和位置質點系:若干質點的集合。xyzO參照物參考系：參照物+坐標系(1)運動學中參考系可任選。參照物：用來描述物體運動而選作參考的物體或物體系。P(2)參照物選定后，坐標系可任選。(3)常用坐標系直角坐標系（x,y,z

）

球坐標系（r,θ,

）柱坐標系（,,z）

自然坐標系

(s)二.確定質點位置的常用方法1.直角坐標法P(x,y,z)2.位矢法表示。位矢的大小為：位矢的方向用方向余弦表示，則有：參考物質點某時刻位置P(x,y,z)

由位矢

??3.自然坐標法已知質點相對參考系的運動軌跡時，常用自然法。4.運動學方程(函數)直角坐標下自然坐標下已知運動學方程，可求質點運動軌跡、速度和加速度意義:一質點作勻速圓周運動，半徑為

r，角速度為

。以圓心O為原點。建立直角坐標系Oxy

，O點為起始時刻，設t時刻質點位于P（x,y），用直角坐標表示的質點運動學方程為位矢表示為自然坐標表示為例解求用直角坐標、位矢、自然坐標表示的質點運動學方程。求解hx坐標表示為例如圖所示，以速度v

用繩跨一定滑輪拉湖面上的船，已知繩初長

l0，岸高

h取坐標系如圖依題意有質點運動學的基本問題之一，是確定質點運動學方程。為正確寫出質點運動學方程，先要選定參考系、坐標系，明確起始條件等，找出質點坐標隨時間變化的函數關系。O船的運動方程說明§1.2質點的位移、速度和加速度一.位移位移矢量反映了物體運動中位置(距離與方位

)的變化。討論(1)位移是矢量（有大小，有方向）位移不同于路程(2)位移與參照系位置的變化無關(3)與Δr

的區(qū)別OPP’OO分清二.速度(描述物體運動狀態(tài)的物理量

)1.平均速度O2.瞬時速度ABB'討論(1)速度的矢量性、瞬時性和相對性。

(2)注意速度與速率的區(qū)別三.加速度1.平均加速度2.瞬時加速度討論(1)加速度反映速度的變化（大小和方向）情況。ABO(2)加速度的方向總是指向軌跡曲線凹的一面。ABO結論：§1.3

用直角坐標表示位移、速度和加速度一.位移x

yzO時刻

t，質點位于P，位矢為時刻

t+t

，質點位于

Q，位矢為時間

t

內質點的位移為建如圖所示坐標，則二.速度1.平均速度2.瞬時速度速度的大小為速度的方向用方向余弦表示為三.加速度大小為方向用方向余弦表示為四.運動學的二類問題1.第一類問題已知運動學方程，求(1)

t=1s

到

t=2s

質點的位移(3)軌跡方程(2)

t=2s

時已知一質點運動方程求例解(1)(2)(3)當

t=2s

時由運動方程得軌跡方程為解已知求和運動方程代入初始條件代入初始條件2.第二類問題已知加速度和初始條件，求例,

t=0

時，由已知有§1.4用自然坐標表示平面曲線運動中的速度和加速度一.速度速度矢量在切線上的投影?二.加速度第一項：方向為意義：第二項：反映速度大小變化的快慢大小為叫切向加速度叫法向加速度當

時因而法向加速度：

大小為方向為反映速度方向變化的快慢意義：加速度曲率半徑一汽車在半徑R=200m

的圓弧形公路上行駛，其運動學方程為s=20t-0.2t2(SI)

.根據速度和加速度在自然坐標系中的表示形式，有例汽車在

t=1s時的速度和加速度大小。求解討論在一