普通物理學-緒論課件

歡迎大家學習大學物理斯蒂芬.霍金1942年生于英國。21歲患重癥肌無力，全身致殘。以堅強的毅力進行科研。是繼愛因斯坦后最偉大的物理學家。把量子力學和廣義相對論結合起來，提出了宇宙“開放暴脹論”一.什么是物理學緒論What,WhyandHowto物理學是研究物質基本結構、相互作用和運動形態(tài)的基本規(guī)律的學科.物理學(Physics)物質結構物質相互作用物質運動形態(tài)1、物理學的研究對象研究的對象：宇宙宇：天地四方宙：繼往開來空間時間宇觀-宏觀-微觀

空間尺度（相差1046m）

1026m（約150億光年）（宇宙）——10-20m（夸克）時間尺度（相差1045s）

1018s（150億年）（宇宙年齡）——10-27s（射線周期）速率范圍

0（靜止）——3108m/s（光速）人們從自己向小尺度追問--粒子物理學物質的結構如何？夸克是不是最基本的粒子？近年來有分析稱：夸克也可一分為二人們從自己向大尺度追問--天體物理學哈勃根據(jù)多普勒效應發(fā)現(xiàn)宇宙在膨脹宇宙有沒有邊？宇宙有沒有中心？宇宙的起源？10-1510-1210-910-610-31103106109101210151018102110241027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孩子蛇吞尾圖，形象地表示了物質空間尺寸的層次(單位:m)物理學的層次天體物理粒子物理兩大尖端緊密聯(lián)系2、物理學的分類按分支學科分類力學、熱學、電磁學、光學、原子物理學、核物理學等按物質形態(tài)分類實物粒子、場物質微觀客體（電子、質子、光子等）具有波粒二象性波－粒二象性:

寓于一體又不同時出現(xiàn)少女？老婦？兩種圖象不會同時出現(xiàn)在你的視覺中。按物質形體大小分類粒子物理、核物理、原子物理、分子物理、原子簇物理、凝聚態(tài)物理、天體物理、宇宙學物理按物理常數(shù)c、h分類v<<cv→ch→0經典物理相對論h≠0量子論相對論性量子論●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(xiàn)●電磁學(Electromagnetism)

研究電磁現(xiàn)象、物質的電磁運動規(guī)律及電磁輻射等規(guī)律律●

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(xiàn)象以及基本運動規(guī)律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。二.為什么要學物理學1、加強科學素質培養(yǎng)工科物理是基礎課，但更重要的是科學素質課物理學是自然科學的帶頭學科物理學是新學科和高科技產生和發(fā)展的動力與源泉是培養(yǎng)學生辯證唯物主義世界觀和科學的宇宙觀最生動最有效的學科體系研究方法涵蓋了現(xiàn)代科學研究方法論中的各種有效的研究方法。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。物理學是自然科學的帶頭學科20—21世紀物理學深入滲透到其它學科化學：量子化學、激光化學、分子反應動力學等等

1999年A.H.Zewail成功地應用超快激光技術（飛秒激光）研究原子的微觀運動，獲得諾貝爾化學獎。10-15秒生命科學：1962年DNA分子雙螺旋結構FrancisCrick&JamesWatsonDNA的雙螺旋構型物理學與醫(yī)學

核磁共振

正常腫瘤

正電子發(fā)射層析術(PET)

PositronEmissioTomography

利用發(fā)射正電子的示蹤原子測量腦的活動功能，診斷異常。物理學滲入經濟學M.S.Scholes&F.S.Black

利用布朗運動模型和隨機微分方程導出Black—Scholes期權定價公式，獲1997年諾貝爾經濟學獎。

無論什么問題，當物理學家用物理方法去研究它們時，就把它們納入物理學問題，成為物理學的具體研究對象●

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●18世紀60年代，熱機的發(fā)明和使用，經典力學和熱力學發(fā)展的結果●

19世紀90年代，電力的應用和無線電通訊的實現(xiàn),是經典電磁學的發(fā)展結果激光器的產生層析成像技術(CT)超導電子技術粒子散射實驗X射線的發(fā)現(xiàn)受激輻射理論低溫超導微觀理論物理學是新學科和高科技產生和發(fā)展的動力與源泉核能的利用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?！皼]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優(yōu)秀的工程技術人員應具備的物理素質：在工程技術問題面前,能夠從物理本質上提出問題和做出判斷-------（分析問題）能夠把物理學的思想、觀點、規(guī)律和方法應用到工程技術的實際當中------（解決問題）注意物理學的發(fā)展,不斷探索如何把物理學的新成果引入到工程技術當中------（不斷創(chuàng)新）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(xiàn)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是培養(yǎng)學生辯證唯物主義世界觀和科學的宇宙觀最生動最有效的學科體系研究方法涵蓋了現(xiàn)代科學研究方法論中的各種有效的研究方法。亥姆霍茲“我欣然把自己比作山中的漫游者，他不諳山路，緩慢吃力的攀登，不時要止步回頭，因為前面已經是絕境。突然，或許念頭一閃，或是由于幸運，他發(fā)現(xiàn)一條通往前面的蹊徑。等他最后登上山頂時，他羞愧的發(fā)現(xiàn)，如果當初他具有找到正確道路的智慧，本有一條陽關大道可直通頂巔?！?、物理學與科學研究方法觀察法實驗法理想化方法歸納、演繹法類比法分析與綜合法假說法數(shù)學方法非常規(guī)科學思維方法（如直覺、靈感頓悟等）觀察、實驗、假說、理論觀察：對現(xiàn)象的考察和研究伽利略1581年伽利略在教堂做禮拜時，司事灌注油燈后，觀察燈擺動的等時性，為后來制造擺鐘奠定了理論基礎。丹麥物理學家第谷布拉赫觀察天上的星星達二十年之久，為開普勒發(fā)現(xiàn)行星三大定律奠定了基礎。哈勃望遠鏡觀察宇宙星系實驗：指把自然界的現(xiàn)象經過人為簡化（或建立模型）在實驗室重現(xiàn)，或用計算機進行模擬等，然后反復研究的方法。如：法拉第電磁感應定律就是法拉第在實驗室經過10年的反復研究得到的。法拉第1974年11月16日丁肇中也是在實驗室發(fā)現(xiàn)J子的。第三位獲得諾貝爾獎的華裔學者。丁肇中觀察和實驗是我們獲得第一手材料的主要途徑。有5位美籍華人獲諾貝爾物理學獎，他們是楊振寧、李政道、丁肇中、朱棣文、崔琦.楊振寧、李政道由于發(fā)現(xiàn)宇稱不守恒，1957年獲諾貝爾物理學獎.吳健雄理論物理學家是偉大的，實驗物理學家同樣偉大。丁肇中：由于發(fā)現(xiàn)J粒子，1976年獲諾貝爾物理學獎.朱棣文：由于發(fā)展了用激光冷卻和捕獲原子的方法，1997年獲諾貝爾物理學獎.崔琦：由于分數(shù)量子霍爾效應的量子現(xiàn)象的研究成果，1998年獲諾貝爾物理學獎假說：指在實驗事實較少或者有限的情況下提出的一種理論。很多理論往往是經過多次假說，依據(jù)新的實驗事實逐漸修正得到的。光的理論，量子理論理論必須能夠準確地反映物質運動的規(guī)律。理論：指在充分實驗事實的基礎上歸納出的原理、定律或規(guī)律。問題：形成理論后是否就完事了呢？還要在實驗中進一步檢驗，當發(fā)現(xiàn)新的不能解釋的實驗現(xiàn)象時，就要對理論不斷修正，進行完善。實踐-認識-再實踐-再認識。結論：：物理學是一門與我們密切相關的實驗科學。3、物理學與科學技術物理學既是伴隨著人類的生產、生活發(fā)展起來的，同時也是科學技術和社會發(fā)展的巨大推動力。物理學的發(fā)展與生產力的提高總是相輔相成的。如今世界公認的六大高新技術（信息技術、新材料技術、新能源技術、生物技術、空間技術和海洋技術）均是以物理學為基礎的。反過來，高新技術的迅猛發(fā)展也促進了物理學研究的進一步發(fā)展。物理學為其他學科創(chuàng)立技術和原理重大新技術領域的創(chuàng)立總是經歷長期的物理醞釀。三次工業(yè)革命都是由于物理學的重大突破第一次工業(yè)革命（動力機械）第二次工業(yè)革命（電氣化進程）第三次工業(yè)革命（信息革命）由原理轉變?yōu)榧夹g的周期越來越短盧瑟福α粒子散射實驗（1909年）—核能利用（40年后）愛因斯坦受激輻射理論（1917年）—第一臺激光器（1960年）量子力學、費米狄拉克統(tǒng)計、固體能帶理論（20世紀20年代）—晶體管誕生（1947年），集成電路（1962年），大規(guī)模集成電路（20世紀70年代后期）從高溫超導體的發(fā)現(xiàn)到應用3年

第一支晶體管的誕生

J.BardeenW.ShockleyW.H.Brattain1956年獲諾貝爾物理獎

在一毫米見方的單晶硅片上制成的集成電路可以穿過針眼。

90年代中期Intel公司奔騰(Pentium)芯片上包含500萬個晶體管，刻蝕線寬不到微米。激光手術

激光光盤

激光切割

三、怎樣學習物理學1、象科學大師那樣去思考注重思路、直覺和靈感，要腳踏實地、扎扎實實，又要異想天開、標新立異2、注重理解物理學中的哲學思想3、追求和欣賞物理學中的美物理學的本質是真－客觀規(guī)律、真理物理學的價值是善－能夠造福人類物理學的追求是美－簡潔明快，均衡對稱，和諧統(tǒng)一

4、物理意義和數(shù)學表達大學物理與中學物理的不同之處:(1)中學物理學的是物理常識,大學物理學的是物理常識背后的物理思想和物理方法；(2)中學物理學的是物理現(xiàn)象,大學物理學的是這些物理現(xiàn)象隱藏的物理本質；(3)中學物理學的是特殊情況,大學物理將特殊情況擴展為普遍規(guī)律；(4)中學物理對某些問題可能只是定性了解,大學物理則要對其進行定量分析；(5)中學物理使用的數(shù)學工具是初等數(shù)學,大學物理的工具是高等數(shù)學。學習的主要內容經典物理：力學、電磁學

１、大學學習特點是進度快、內容多，要自學、及時總結，培養(yǎng)自學能力；

２、注意聽課方法，注重科學的方法。重視思維能力等綜合能力的鍛煉；要培養(yǎng)獨立思考的能力；筆記；

３、認真完成作業(yè)等能力訓練任務，培養(yǎng)自己分析問題和解決問題能力。

4、學會與老師溝通，與同學協(xié)作。注意的幾個問題參考書目

《物理學教程》第二版（一套二冊），馬文蔚

《新概念物理教程》（一套五冊），趙凱華，羅蔚茵

《基礎物理學》上、下冊，陸果

《普通物理學》，程守洙，江之永主編

《伯克利物理學教程》（一套五冊）

《Physics》，R.Resnick,D.Hallid