工科物理教案

在任何行業(yè)中，走向成功的第一步，是對它產(chǎn)生興趣！——W.奧斯特1第一章物理世界教學(xué)目的了解物理學(xué)的概貌引發(fā)對物理學(xué)的興趣為今后學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備2研究物理學(xué)如同看一幅很大的畫,近距離觀察可以了解每一部分的細節(jié),但還不夠,你必須走到遠處去觀察整個畫面,才能把握它的結(jié)構(gòu),更深入地理解它.------楊振寧3物理學(xué)的研究對象：

1、物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)及其相互作用2、物質(zhì)最基本、最普遍的運動形態(tài)及相互轉(zhuǎn)化規(guī)律物質(zhì)、運動構(gòu)成自然界的主體4第一節(jié)自然界的“運動”運動自然界中所發(fā)生的一切變化和過程科學(xué)理論描述相應(yīng)運動的規(guī)律5自然界的運動：化學(xué)運動化學(xué)理論生命運動生命科學(xué)社會運動政治經(jīng)濟軍事文化理論物理運動物理理論6第二節(jié)物理學(xué)理論一、物理運動：1、機械運動物體位置隨時間的變化2、熱運動大量粒子（事件）無規(guī)則的運動3、電磁運動場、路、電磁輻射的變化過程4、微觀運動微觀粒子的運動波粒二象性

7第二節(jié)物理學(xué)理論二、物理學(xué)的五大基本理論：1、經(jīng)典力學(xué)（亦稱牛頓力學(xué)）描述低速、宏觀物體在慣性系中的機械運動規(guī)律的理論。位置隨時間的變化891011121314物理學(xué)的五大基本理論2：統(tǒng)計理論與熱力學(xué)微觀理論宏觀理論研究方法統(tǒng)計方法大量粒子（事件）整體服從的規(guī)律（統(tǒng)計規(guī)律）例：氣體壓強P溫度T15場（電場磁場）路（電路、磁路）性質(zhì)規(guī)律變化電場變化磁場電磁輻射規(guī)律物理學(xué)的五大基本理論3:3.電磁學(xué)（電動力學(xué)）16物理學(xué)的五大基本理論4：相對論狹義相對論研究宏觀、高速物體在慣性系中的運動規(guī)律廣義相對論非慣性系引力場等價于非慣性系引力理論17物理學(xué)的五大基本理論5：量子力學(xué)（波動力學(xué)）微觀粒子具有波粒二象性18總結(jié)五大理論：經(jīng)典力學(xué)（牛頓力學(xué)）電磁學(xué)相對論量子力學(xué)（波動力學(xué)）統(tǒng)計物理與熱力學(xué)平動、轉(zhuǎn)動周期性運動（振動.波動.光學(xué)19三、近代的研究進展1、物理學(xué)理論的統(tǒng)一物理學(xué)家最基本的追求—探究自然界的統(tǒng)一尋求支配宇宙萬物的最基本的統(tǒng)一規(guī)律——五次大統(tǒng)一20三、近代的研究進展2、四種基本相互作用強相互作用電磁相互作用弱相互作用引力相互作用2122233、粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型物質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次物質(zhì)分子原子核(+)電子(-)質(zhì)子(+)中子(0)夸克(1810)(1911)(1932)(1964-1995)強子(質(zhì)子、中子、介子、超子）輕子（電子、μ子、中微子)24每種基本粒子都具有固有自旋自旋整數(shù)(0、1)半整數(shù)(1/2、3/2)玻色子費米子輕子夸克標(biāo)準(zhǔn)模型所有物質(zhì)均有兩類費米子夸克和輕子組成，通過不同的玻色子（媒介）發(fā)生相互作用。254、夸克六種夸克上夸克(2/3)下夸克(-1/3e)奇異夸克(-1/3e)粲夸克(2/3e)底夸克(-1/3e)頂夸克(2/3e)特點:1)帶分?jǐn)?shù)電荷2)夸克禁閉——“漸近自由”現(xiàn)象2004年諾貝爾物理獎2627第三節(jié)物質(zhì)的物理圖像

從不同角度和需要出發(fā)把物質(zhì)分類，冠以科學(xué)性、習(xí)慣性名稱。1、線度（大?。┖暧^、微觀、介觀、宇觀2、形態(tài)分子態(tài)、離子態(tài)、中子態(tài)、反物質(zhì)、量子態(tài)3、存在形式實物（粒子）、場4、電性能導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體、超導(dǎo)體……28一、按物質(zhì)的線度10－2010－910－7110121026宇觀介觀（納米技術(shù)）微觀（波粒二象性）宏觀（粒子性）量變到質(zhì)變2930二、物質(zhì)形態(tài)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次物質(zhì)分子原子核(+)電子(-)質(zhì)子(+)中子(0)夸克(1810)(1911)(1932)(1964-1995)10－710－1010－1510－18<10-18311、分子態(tài)固態(tài)（相）：分子引力形狀大小一定規(guī)則晶格排列有序性加外力形變小撤去外力恢復(fù)原狀彈性體不能恢復(fù)塑性體液態(tài)（相）：流動性(引力）體積一定形狀隨容器變近程有序遠程無序液晶（流動性的晶體）近程有序氣態(tài)（相）：引力無一定形狀、大小無序性32三相在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化相變水的相變圖共存點稱三相點332、等離子態(tài)中性原子T電離正離子電子（高溫、高速）等離子態(tài)電中性電磁相互作用導(dǎo)電性流動性應(yīng)用廣泛34353、中子態(tài)（超固態(tài)）恒星輻射壓力引力平衡壓力塌縮……電子壓進核與質(zhì)子中和密度ρ＝1012Kg/cm3中子星塌縮黑洞引力光也不能射出T=1.3353s發(fā)射X射線（脈沖星）363738394、反物質(zhì)狄拉克(1928)注意負(fù)能量對稱性預(yù)見反粒子+E負(fù)電子-E正電子

安德森(1932.8.2)，在宇宙線中發(fā)現(xiàn)了正電子。隨后:反質(zhì)子、Σ負(fù)超子……400多種粒子都有反粒子。相對論中：設(shè)想：反粒子反核反物質(zhì)反星球反宇宙？405、真空態(tài)狄拉克在預(yù)見反粒子時指出：原子中的電子能量分為兩個區(qū)：正能區(qū)核外自由電子占據(jù)負(fù)能區(qū)內(nèi)層電子占滿414243真空態(tài)真空不是“虛空”，存在電磁場，引力場和光。就電子場而言：真空正能區(qū)中沒有電子負(fù)能區(qū)充滿電子真空是物質(zhì)的一種形態(tài)，反映的是能量的最低態(tài)或稱基態(tài)。446、量子態(tài)1）玻色－愛因斯坦凝聚態(tài)把不同狀態(tài)的氣態(tài)原子聚集到同一量子態(tài)上，這些同一量子態(tài)的超冷玻色子的集合，像個超級原子。2）費米凝聚態(tài)極低溫下把不同量子態(tài)的費米子疊堆在一起。45三、按存在形式實物（粒子）由質(zhì)量為m的物質(zhì)粒子聚集而成物質(zhì)性有力的作用具有能量、動量場彌漫空間以波動形式運動物質(zhì)性力場作用機理交換粒子能量、動量46四、按電性能（電阻率ρ)超導(dǎo)體導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體

ρ0<10-310-3<ρ<108>108

(TC)47第四節(jié)中華人民共和國法定計量單位法定計量單位SI單位SI基本單位(7個)SI輔助單位(2個)SI導(dǎo)出單位(有專門名稱的