大學(xué)物理第一章－1課件

普通物理學(xué)一.什么是物理學(xué)

物理學(xué)是研究物質(zhì)世界最基本形態(tài)的科學(xué)

物理學(xué)研究的范圍

——

物質(zhì)世界的層次和數(shù)量級(jí)物理學(xué)(Physics)質(zhì)子

10-15m空間尺度：物質(zhì)結(jié)構(gòu)物質(zhì)相互作用物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律微觀粒子Microscopic介觀物質(zhì)mesoscopic宏觀物質(zhì)macroscopic宇觀物質(zhì)cosmological類星體

10

26m時(shí)間尺度：基本粒子壽命10-25s宇宙壽命1018s緒論E-15E-12E-09E-06E-031mE+03E+06E+09E+12E+15E+18E+21E+24E+28最小的細(xì)胞原子原子核基本粒子DNA長(zhǎng)度星系團(tuán)銀河系最近恒星的距離太陽(yáng)系太陽(yáng)山哈勃半徑超星系團(tuán)人蛇吞尾圖，形象地表示了物質(zhì)空間尺寸的層次●牛頓力學(xué)(Mechanics)

研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律及關(guān)于時(shí)空相對(duì)性的規(guī)律●

電磁學(xué)(Electromagnetism)

研究電磁現(xiàn)象、物質(zhì)的電磁運(yùn)動(dòng)規(guī)律及電磁輻射等規(guī)律●

熱力學(xué)(Thermodynamics)

研究物質(zhì)熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律及其宏觀表現(xiàn)●

相對(duì)論(Relativity)

研究物體的高速運(yùn)動(dòng)效應(yīng)以及相關(guān)的動(dòng)力學(xué)規(guī)律●

量子力學(xué)(Quantummechanics)

研究微觀物質(zhì)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象以及基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律二.物理學(xué)的五大基本理論物理學(xué)是一門最基本的科學(xué);是最古老、但發(fā)展最快的科學(xué);它提供最多、最基本的科學(xué)研究手段。

物理學(xué)是一切自然科學(xué)的基礎(chǔ)

物理學(xué)派生出來(lái)的分支及交叉學(xué)科物理學(xué)構(gòu)成了化學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)、地球物理學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)，物理學(xué)的基本概念和技術(shù)被應(yīng)用到所有自然科學(xué)之中。

物理學(xué)與數(shù)學(xué)之間有著深刻的內(nèi)在聯(lián)系粒子物理學(xué)原子核物理學(xué)原子分子物理學(xué)固體物理學(xué)凝聚態(tài)物理學(xué)激光物理學(xué)等離子體物理學(xué)地球物理學(xué)生物物理學(xué)天體物理學(xué)宇宙射線物理學(xué)三.物理學(xué)是構(gòu)成自然科學(xué)的理論基礎(chǔ)四.物理學(xué)與技術(shù)20世紀(jì)，物理學(xué)被公認(rèn)為科學(xué)技術(shù)發(fā)展中最重要的帶頭學(xué)科●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：核能的利用激光器的產(chǎn)生層析成像技術(shù)(CT)超導(dǎo)電子技術(shù)技術(shù)——物理——技術(shù)物理——技術(shù)——物理粒子散射實(shí)驗(yàn)X射線的發(fā)現(xiàn)受激輻射理論低溫超導(dǎo)微觀理論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(jì)算機(jī)信息技術(shù)與工程●幾乎所有的重大(高)新技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)立，事先都在物理學(xué)中經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的醞釀?！?/p>

當(dāng)今物理學(xué)和科學(xué)技術(shù)的關(guān)系兩種模式并存，相互交叉，相互促進(jìn)“沒(méi)有昨日的基礎(chǔ)科學(xué)就沒(méi)有今日的技術(shù)革命”。

——李政道量子力學(xué)能帶理論人工設(shè)計(jì)材料五.物理學(xué)的方法和科學(xué)態(tài)度提出命題推測(cè)答案理論預(yù)言實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證修改理論現(xiàn)代物理學(xué)是一門理論和實(shí)驗(yàn)高度結(jié)合的精確科學(xué)

從新的觀測(cè)事實(shí)或?qū)嶒?yàn)事實(shí)中提煉出來(lái)，或從已有原理中推演出來(lái)

建立模型；用已知原理對(duì)現(xiàn)象作定性解釋，進(jìn)行邏輯推理和數(shù)學(xué)演算

新的理論必須提出能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)所證偽的預(yù)言

一切物理理論最終都要以觀測(cè)或?qū)嶒?yàn)事實(shí)為準(zhǔn)則

當(dāng)一個(gè)理論與實(shí)驗(yàn)事實(shí)不符時(shí)，它就面臨著被修改或被推翻

諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主、德國(guó)科學(xué)家玻恩所言：“如其說(shuō)是因?yàn)槲野l(fā)表的工作里包含了一個(gè)自然現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，倒不如說(shuō)是因?yàn)槟抢锇艘粋€(gè)關(guān)于自然現(xiàn)象的科學(xué)思想方法基礎(chǔ)。”物理學(xué)之所以被人們公認(rèn)為一門重要的科學(xué)，不僅僅在于它對(duì)客觀世界的規(guī)律作出了深刻的揭示，還因?yàn)樗诎l(fā)展、成長(zhǎng)的過(guò)程中，形成了一整套獨(dú)特而卓有成效的思想方法體系。正因?yàn)槿绱耍沟梦锢韺W(xué)當(dāng)之無(wú)愧地成了人類智能的結(jié)晶，文明的瑰寶

有人統(tǒng)計(jì)過(guò)，自20世紀(jì)中葉以來(lái)，在諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)、生物及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，甚至經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)?wù)咧校幸话胍陨系娜司哂形锢韺W(xué)的背景；——這意味著他們從物理學(xué)中汲取了智能，轉(zhuǎn)而在非物理領(lǐng)域里獲得了成功。——反過(guò)來(lái)，卻從未發(fā)現(xiàn)有非物理專業(yè)出身的科學(xué)家問(wèn)鼎諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的事例。這就是物理智能的力量。難怪國(guó)外有專家十分尖銳地指出：沒(méi)有物理修養(yǎng)的民族是愚蠢的民族!●

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：●學(xué)習(xí)的重點(diǎn)：●物理模型

●數(shù)學(xué)表述

●研究方法與適用條件勤于思考悟物窮理七.參考書：●《大學(xué)物理學(xué)》

張三慧主編清華大學(xué)出版社●《大學(xué)物理教程》

吳錫瓏主編高等教育出版社

●《大學(xué)物理學(xué)習(xí)指導(dǎo)》張孝林主編科學(xué)出版社

●《工科物理習(xí)題集》

雜志:《大學(xué)物理》《工科物理》第一篇力學(xué)第一章

力和運(yùn)動(dòng)二、參考系和坐標(biāo)系描述物質(zhì)運(yùn)動(dòng)具有相對(duì)性用以標(biāo)定物體的空間位置而設(shè)置的坐標(biāo)系統(tǒng)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)具有絕對(duì)性參考系：坐標(biāo)系：為描述物體的運(yùn)動(dòng)而選取的參考物體在同一參考系上建立不同的坐標(biāo)系,對(duì)同一物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和結(jié)果的描述完全相同.三、位置矢量（位矢）zyxo位矢:用有向線段表示記作:大小為：位矢的方向：P(x,y,z)運(yùn)動(dòng)方程：矢量形式參數(shù)形式軌道方程xozy四、運(yùn)動(dòng)學(xué)方程消去t討論：1、比較位移和位矢聯(lián)系：（1）都是矢量，滿足（2）位移是位矢的增量區(qū)別：（1）位矢與參考點(diǎn)的選取有關(guān)，而位移與參考點(diǎn)無(wú)關(guān)（2）位矢與時(shí)刻對(duì)應(yīng)，是瞬時(shí)量位移與時(shí)間對(duì)應(yīng)，是過(guò)程量2、比較位移和路程何時(shí)大小相同？3、注意區(qū)別形象表示：ABoA’ABoA’數(shù)學(xué)上:物理意義上:為兩矢量之差為兩矢量之差的大小為兩矢量大小之差2、瞬時(shí)速度質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻所具有的速度速度的方向?yàn)檐壍郎腺|(zhì)點(diǎn)所在處的切線方向。速度的矢量式：速度的三個(gè)坐標(biāo)分量：ozyxAB速度的大小：3、速率在t時(shí)間內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)所經(jīng)過(guò)路程s對(duì)時(shí)間的變化率平均速率：瞬時(shí)速率：一般情況：當(dāng)t0時(shí)：sBA瞬時(shí)加速度：當(dāng)t0時(shí)，平均加速度的極限即為瞬時(shí)加速度。加速度的矢量式：加速度的大?。寒?dāng)t趨向零時(shí)，速度增量的極限方向加速度的方向：討論:運(yùn)動(dòng)學(xué)的兩類問(wèn)題1、已知運(yùn)動(dòng)方程，求質(zhì)點(diǎn)任意時(shí)刻的位置、速度以及加速度2、已知運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的速度函數(shù)（或加速度函數(shù)）以及初始條件求質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程注意：矢量積分可以化為標(biāo)量積分（沿各方向分解）例1

已知質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程m求：

（1）軌道方程；（2）t=2秒時(shí)質(zhì)點(diǎn)的位置、速度以及加速度；（3）什么時(shí)候位矢恰好與速度矢垂直？解：(1)消去時(shí)間參數(shù)（2）方向沿y軸的負(fù)方向（3）兩矢量垂直例2、

設(shè)某一質(zhì)點(diǎn)以初速度作直線運(yùn)動(dòng)，其加速度為。問(wèn)：質(zhì)點(diǎn)在停止前運(yùn)動(dòng)的路程有多長(zhǎng)？解：兩邊積分：兩邊積分：例3、

路燈距地面高度為h，身高為l的人以速