第二章 物理學(xué)課件

第二章物理學(xué)第一節(jié)物理學(xué)的分類及其發(fā)展第二章物理學(xué)一、普通物理學(xué)及其分類（一）物理學(xué)物理學(xué)物理學(xué)研究的內(nèi)容十分廣泛，自然界所發(fā)生的一切物理現(xiàn)象，諸如物體的位置變動，聲、熱、光、電、磁等現(xiàn)象，以及物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、聚集狀態(tài)和各種特性，都是物理學(xué)所要研究的。按照所研究的物質(zhì)運動形態(tài)和具體對象的不同，物理學(xué)按時間分類可分為經(jīng)典物理學(xué)和近代物理學(xué)，通常經(jīng)典物理學(xué)也被稱為普通物理學(xué)。普通物理學(xué)的分支普通物理學(xué)一般包括：力學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)、氣體動理學(xué)理論（舊稱分子物理學(xué)）、電磁學(xué)、光學(xué)、原子物理等部門。第二章物理學(xué)一、普通物理學(xué)及其分類（二）物理學(xué)的分類

按照研究方法的不同，物理學(xué)可以分為實驗物理和理論物理兩大類。第二章物理學(xué)二、物理學(xué)的發(fā)展16世紀(jì)以后，物理學(xué)采用了系統(tǒng)的實驗方法，在此基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了許多前所未見的事實，很快建立了一套完整的理論，在科學(xué)史上人們把它稱為經(jīng)典理論物理學(xué)，或叫古典理論物理學(xué)。到19世紀(jì)末20世紀(jì)初，物理學(xué)又發(fā)現(xiàn)了一系列新的實驗事實，如電子和放射性現(xiàn)象，邁克耳遜——莫雷測量以太實驗，黑體輻射實驗等。這些事實沖擊了經(jīng)典物理理論，使物理學(xué)經(jīng)歷了一次比以前更為深刻的變革，由此誕生了近代物理學(xué)?，F(xiàn)在，人類對物理現(xiàn)象的探索，已經(jīng)在一條更為廣闊更為深入的尺度展開，原子核物理、粒子物理學(xué)、凝聚態(tài)物理學(xué)、統(tǒng)一場論等都是近代物理學(xué)中最活躍的部門。第二章物理學(xué)第二節(jié)經(jīng)典力學(xué)理論第二章物理學(xué)一、質(zhì)點力學(xué)（一）經(jīng)典力學(xué)的萌芽期（二）行星三大定律（三）牛頓與牛頓三條定律（四）萬有引力定律（五）經(jīng)典力學(xué)的時空觀第二章物理學(xué)二、剛體力學(xué)（一）幾個基本概念剛體定軸轉(zhuǎn)動角量第二章物理學(xué)二、剛體力學(xué)（二）轉(zhuǎn)動定律與角動量守恒定律定軸轉(zhuǎn)動1、轉(zhuǎn)動動能與轉(zhuǎn)動定律

對應(yīng)慣性質(zhì)量m的是轉(zhuǎn)動慣量I，轉(zhuǎn)動慣量I與物體質(zhì)量、質(zhì)量分布（幾何形狀）以及軸線位置有關(guān)。剛體定軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動動能；而與牛頓運動定律相對應(yīng)的是剛體轉(zhuǎn)動中的轉(zhuǎn)動定律，即角加速度β與力矩M成正比，與轉(zhuǎn)動慣量I成反比。

第二章物理學(xué)二、剛體力學(xué)（二）轉(zhuǎn)動定律與角動量守恒定律定軸轉(zhuǎn)動2、角動量角沖量角動量守恒定律

是剛體的轉(zhuǎn)動慣量和角速度的乘積，稱為剛體對該轉(zhuǎn)動軸的動量矩，或角動量；稱為作用于剛體的沖量矩，也叫角沖量；作用于剛體上的沖量矩，等于在相應(yīng)時間內(nèi)剛體動量矩（角動量）的增量，即，此關(guān)系稱為動量矩定理，或叫角動量定理。若合外力矩，由上式可得=恒量。此式說明當(dāng)作用于轉(zhuǎn)動剛體上的合外力矩為零時，物體的總動量矩不變。該結(jié)論稱為動量矩守恒定律（角動量守恒定律）。第二章物理學(xué)三、流體力學(xué)1、幾個基本名詞概念連續(xù)性原理理想流體——不可壓縮、沒有粘滯性的流體流線——在流體流動的空間，沿流體質(zhì)元軌跡形成的空間曲線稱為流線流管——由流線圍成的空間管狀區(qū)域，叫流管穩(wěn)定流動——在流體流動的空間內(nèi)各點的流速可以不同，但任意給定點的流速不隨時間變化，這樣的流動稱為穩(wěn)定流動。對于穩(wěn)定流動的理想流體，通過流管各橫截面的流量都相等，即，這就是理想流體的連續(xù)性原理層流——流體流動時各層之間不相混雜的分層流動，稱為層流湍流——如果流動具有混雜、紊亂的特征時，叫湍流第二章物理學(xué)三、流體力學(xué)2、牛頓黏性定律內(nèi)容：流體內(nèi)面元兩側(cè)相互作用的黏性力F與面元面積及速率梯度成正比；牛頓黏性定律表達(dá)式：

式中的比例系數(shù)η是描述實際流體粘滯性方面差異的物理量，稱為粘滯系數(shù)，也叫黏度。

第二章物理學(xué)三、流體力學(xué)3、雷諾數(shù)其定義為；

式中和分別表示流體密度和黏度，表示流體流速，表示流動設(shè)計的特征長度，一般為球的直徑、圓管直徑或機翼寬度。

第二章物理學(xué)三、流體力學(xué)4、風(fēng)洞試驗若流動相似，只要雷諾數(shù)不變，流動性質(zhì)就不變，這叫“對稱性”，即“標(biāo)度對稱”。這類對稱性很有實用價值。在空氣動力學(xué)的實驗中常令氣流通過裝有測量設(shè)施的筒形通道，這就是風(fēng)洞。

第二章物理學(xué)三、流體力學(xué)6、伯努利方程（理想流體的伯努利方程

）對于無黏性運動流體，在同一流管任取1、2兩點，則有，因為位置1、2是任意選定的，所以對同一細(xì)流管內(nèi)各不同截面處有，這兩個公式等價，稱為伯努利方程。

第二章物理學(xué)三、流體力學(xué)6、伯努利方程（黏性流體的伯努利方程

）對于實際流體的穩(wěn)定流動，則應(yīng)計入黏性力做負(fù)功的能量損失，用表示單位體積流體微團沿流管自點1運動至點2的能量損失，則得到粘滯流體的伯努利方程：此即不可壓縮的黏性流體作穩(wěn)定流動的功能關(guān)系。

第二章物理學(xué)第三節(jié)熱力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)熱的本質(zhì)熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律

克勞修斯（1822—1888）在1850年提出的表述為：熱不可能自發(fā)地、不付代價地從低溫物體傳到高溫物體（不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化，這是按照熱傳導(dǎo)的方向來表述的）開爾文（1824—1907）于1851年提出的表述為：不可能從單一熱源取熱，把它全部變?yōu)楣Χ划a(chǎn)生其他任何影響（這是從能量消耗的角度說的，它說明第二類永動機是不可能實現(xiàn)的）熱力學(xué)第二定律還有一種表述是：在孤立系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的過程，總是使整個系統(tǒng)的熵的數(shù)值增加。第二章物理學(xué)第四節(jié)經(jīng)典電磁學(xué)理論經(jīng)典電磁學(xué)理論的發(fā)展過程電、磁、光統(tǒng)一的電磁理論第二章物理學(xué)第五節(jié)近代物理學(xué)第二章物理學(xué)一、19世紀(jì)末物理的總結(jié)（一）“以太之謎”1、尋找“以太”

“以太之謎”是人們在研究光傳播媒介時發(fā)現(xiàn)的問題。2、麥克爾遜--莫雷實驗及其結(jié)果1887年，美國科學(xué)家麥克爾遜和莫雷設(shè)計并進(jìn)行了一個非常精致的實驗，是用以尋找“以太”為目的的判定性實驗。第二章物理學(xué)一、19世紀(jì)末物理的總結(jié)（二）“紫外災(zāi)難”紫外災(zāi)難是由人們研究一種熱輻射模型——黑體輻射問題時所假設(shè)的現(xiàn)象。第二章物理學(xué)二、近代物理學(xué)革命的序幕X射線的發(fā)現(xiàn)放射性的發(fā)現(xiàn)電子的發(fā)現(xiàn)經(jīng)典物理學(xué)的危機第二章物理學(xué)三、相對論（一）絕對時空觀、“以太”飄移“零結(jié)果”的啟示1、牛頓的絕對時空觀2、“以太”飄移“零結(jié)果”的啟示第二章物理學(xué)三、相對論（二）狹義相對論的誕生1、愛因斯坦的兩條基本原理第一條：相對性原理。即物理規(guī)律在任何慣性參照系中都一樣，不存在一種特殊的慣性系（牛頓定律適用的參照系）；第二條：光速不變原理。即對任何慣性系，真空中的光速C皆相同。第二章物理學(xué)三、相對論（二）狹義相對論的誕生2、相對論的時空觀

空間和時間并不是互不相干的，而是存在著本質(zhì)的聯(lián)系；空間和時間都同物質(zhì)的運動變化有關(guān)，并隨物質(zhì)運動的速度變化而變化；對于不同的慣性系，時間與空間的量度不可能是相同的。第二章物理學(xué)三、相對論（三）廣義相對論的建立1、廣義相對論第一條：廣義相對性原理，即物理規(guī)律在一切參考系中都成立；第二條：等價原理，即某一加速運動的參考系中的慣性力與在一個小體積范圍內(nèi)的萬有引力是等效的。第二章物理學(xué)三、相對論（三）廣義相對論的建立2、一些重要結(jié)論（1）水星軌道近日點的運動規(guī)律：這個規(guī)律得到天文觀測的證實，它用牛頓的萬有引力理論解釋不了。（2）光線在穿過強引力場后彎曲，日全食觀測的結(jié)果證實了這個結(jié)論。（3）強引力場中發(fā)射出的光譜線向紅端移動，即發(fā)射的頻率變小這一點也被觀測結(jié)果所證實。（4）狹義相對論揭示了空間、時間、質(zhì)量和物質(zhì)運動間的聯(lián)系，廣義相對論則建立了空間時間是隨著物質(zhì)分布和運動速度的變化而變化的理論。第二章物理學(xué)四、量子力學(xué)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論（一）普朗克能量子假說（二）愛因斯坦量子論（三）玻爾模型與物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論（四）量子力學(xué)的建立第二章物理學(xué)五、核反應(yīng)研究與基本粒子的不斷發(fā)現(xiàn)（一）核反應(yīng)研究1、核子與核力2、粒子物理學(xué)（高能物理學(xué)）3、粒子物理學(xué)的研究方法4、夸克膠子5、核能研究的簡要發(fā)展歷程（二）粒子的不斷發(fā)