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1、大学物理学,牛原,二零一零年三月,您将一点一点地掀开物质世界的神奇的面纱,欢迎,第一章 绪论,什么是物理学？ What is physics? 2. 物理学与科学技术 Physics and science & technology 3. 如何学习大学物理学？ How to learn physics?,物理学存在于物理学家的身边；物理学也存在于同学们身边。,提问： 1、什么是B超？ 2、光纤通讯应用的基本物理原理？ 3、偏振太阳镜 4、汽车的ABS（防锁死刹车系统） 5、,一、什么是物理学研究对象,研究物质(“物”)的结构以及在运动过程中所遵循的基本规律(“理”)的科学.,基本运动形式： 机
2、械运动（力学）；电磁运动（电磁学）；热运动（热学）;微观粒子运动（量子力学） 它们是生命、遗传、思维等更高级运动的基础。,研究对象：宇观 宏观 微观,为人们描绘出一副五彩缤纷的图画,相差 10 43,空间尺度跨越了43个台阶,中间玻色子寿命,时间尺度跨越了43个台阶,某些速率,光在真空中 3.0108,北京正负电子对撞机中的电子 99.999 998%光速,类星体的最快退行速度 2.7108,太阳在银河系绕中心的运动 3.0105,地球公转 3.0104,人造地球卫星 7.9103,现代歼击机 约 9.0102,步枪子弹离开枪口 约 7.0102,由于地球自转赤道上的点的速率 9.0102,空
3、气分子(0C)热运动平均速率 3.0102,空气(0C)中的声速 3.3102,最快的动物猎豹 2.810,人跑百米的世界纪录 1.0310,大陆板块移动 约110-9,机动赛车 1.0102,单位：m/s,质量范围 0 银河系 2.2 1041 kg ?,人类不断从自己向小尺度和大尺度追问，以探索物质和宇宙的组成 物理学上对应 粒子物理学和天体物理学 目前物理学界公认组成物质的最小单元是夸克,即认为quark没有内部结构,粒子种类 自由状态存在的: 452 规范玻色子 4 种;轻子 12 ;强子436 种,基本相互作用 电磁 强 弱 引力, 粒子是场的激发态形式 因此粒子间的相互作用来自场之
4、间的相互作用 场之间的相互作用是粒子转化的原因 物质的凝聚状态 凝聚态(固、液)、气态、等离子体、BEC 致密态 恒星晚年 白矮星 中子星 黑洞,二、物理学与科学技术,物理学基本规律渗透在自然科学的一切领域，应用于生产技术的各个部门，是许多自然科学的基础，也是工程技术特别是高新技术的基础。,物理学与技术的关系：,物理学解决“为什么”这样一个理论问题 技 术解决“怎样做”这样一个实际问题,回顾历史,（物理学的三次大突破）,热学、热力学的研究（18世纪下半叶）,蒸汽机的发明和应用,第一次工业革命,电磁理论、电磁感应的研究（1世纪中叶）,发电机、电动机、无线电通讯,第二次工业革命,二十世纪,相对论、
5、量子力学的建立、核物理的发展,核能释放和应用,新能源,原子、分子物理的研究和发展,激光的发明和应用,新技术,半导体、固体物理、材料科学的发展,晶体管、大规模集成电路、计算机,新材料,第三次技术革命,看看现在,（近二十年）,以激光为基础的近代光学研究发展出光子学、光电子技术，推动信息技术的发展：,凝聚态物理、介观物理、团簇的研究实现了在原子、分子水平上设计制造新材料。,很多十分抽象的理论或微观物理效应转化成实用技术。如：,经典,量子,表面电流 表面结构,狮子的能量必须满足,才能越过高墙,按经典的观点：,量子： 同样用势能表示,狮子可能穿过 势垒到左方,实际：,移动铁原子,IBM的科学家用STM制
6、成的原子围栏,电子探针移动氙原子,通过移走原子构成的图形,Molecular abacus: C60 on Copper,基于STM工作原理或扫描成像方法的派生显微镜系列 原子力(AFM) 磁力 分子力显微镜 等等,用AFM得到的癌细胞的表面图象 “原子和分子的观察与操纵” - 白春礼 P.98 图 4-8,分立的能级结构，能级依赖于形状、尺寸以及应力的变化 态密度具有函数分布形式，有良好的热稳定性 独特的光电特性,为制造新的光电半导体器件提供了新的平台,量子点人造原子,量子点的出现实现了从空间三个维度上对载流子的控制，是载流子表现出原子结构才有的物理特征，因此量子点又被称为“人造”原子。在这
7、些“原子”中，一些基本的量子力学效应得到了充分的展示：,GaN量子点独特的光学性质,B. Damilano et al., Appl. Phys.Lett. 1999, 75: 962-964.,S. Tanaka et al Appl. Phys. Lett. 1996, 69: 4096-4098,耦合量子点量子点分子,N. C. van der Vaart et al., Phys. Rev. Lett. 74: 4702.,量子隧穿和库仑阻塞效应将有充分的展现，因此，耦合量子点有其独特的光电特性和输运性质。耦合量子点光电特性的热稳定性较好。,基于耦合量子点的量子比特设计,M. Baye
8、r et al. Science, 291, 451 (2001).,利用耦合量子点中电子的自旋态作为量子计算和量子信息过程中的量子比特，可能通过磁场对自旋单、三态的调控来实现量子门的操作,纳米环（量子结构家族中的新成员） 拓扑结构和光谱特性,不同生长技术制备的纳米环,Axel Lorke et al. Phys. Rev. Lett., 2000, 84 2223-2226,A. Fuhrer et al., Nature, 2001, 413, 822825,M. Bayer et al., Phys. Rev. Lett., 2003, 90, 186801-4,环状量子结构有独特的输运
9、特征和相位的量子相干性。,Last picture of the Colombia space shuttle,The residue of the shuttle,Crack in the left aerofoil,Prang of the Colombia space shuttle (From prof. Y. L. Bais report at a meeting),航天航空：飞机、航天器（速度、可靠性）,Demands of Prediction and control of the properties of structural materials.,(Picture comp
10、liments of the Naval Research Lab (NRL), Washington, DC),Ttitanic号事故,物理学是我们认识世界的基础，是人类文明中不可替代的基石。 物理学已经全方位地渗透到各个技术领域，成为推动技术进步的主导力量。 物理学的革命导致了现代科学的综合和分化，形成了21世纪的以材料、信息、空间、生命、能源和环境、海洋等方面技术为中心的高新技术体系。 物理学理论的每一项重大突破，都将引发一系列新技术的诞生；新的技术进步又反过来推动物理学向更深的层次进军。,三、如何学习大学物理学,书山有路勤为径,学海无涯悟作舟,注重物理思想、物理概念，掌握物理方法 物理
11、模型、数学表述、 研究方法与适用条件,实验-理论-实验 逻辑推理 数学推导 定量计算方法 定性和半定量方法 简化模型的选取,物理学研究方法,关键： 物理思想、物理概念、物理模型,1.教学目标：使同学们对物理学的基本概念、基本原理、基本方法能够有比较全面、系统的认识和正确理解，系统地掌握必要的物理知识，并具有应用所学的原理解决一些物理问题的初步能力；另外也使同学们初步学会科学的思想方法和研究问题的方法，提高独立获取知识的能力。,2.教学环节：授课、习题课、自学（读书报告、小论文）、网站（提问与答疑）,四、课程基本要求,3.教学方法：对物理概念的理解为核心；通过习题加深对物理内容的理解并学习如何应
12、用。,4.学习方法： 认真听课(适应粗线条讲课思路、重点、难点) 学会记笔记(记思路、要点和有特色的内容) 阅读教材(特别是基本内容) 作题(找有代表性的习题，不搞题海战术）,任课教师：牛原 联系方式： ; 办公室电话：51688483-11 大学物理教研室电话：51688343 http:/211.71.70.120:100,总成绩=平时成绩+期中成绩+期末成绩+演示实验 平时成绩=出勤+作业+回答问题+随堂测验,本门课程相关信息,本教学安排,力学、相对论、电磁学， 第8周进行期中考试 答疑地点：sx508 答疑时间：待定,教学参考书,1 大学物理吴锡龙主编，高等教育出版社 2 大学物理吴百
13、诗主编，科学出版社 3 普通物理学 程守洙主编，高等教育出版社 4 大学物理学习指导，姜延玺主编，东北大学 出版社,大学物理习题指导 刘爱红（科学出版社） 大学物理学习指导 戴兵（上海交大）,几点要求,每次课都要带12张演算纸,上课时关闭手机,或振动！,不迟到、不旷课。,及时、认真地完成作业。,教材：吴柳新编大学物理自然班到教材科购买。 2. 大学物理能力训练与知识拓展： 可跟高年级同学借或买，也可以到书店交大嘉园一楼书店买。也可到7406的薛老师处买。 3.演示实验：2次共4学时，第6或7周开始选上，具体时间到时通知。 有关两个学期的演示实验报告纸2元（必交），上下册习题解答共5元（自愿购买） 交到自然班的学委。然后由学委交给7406的薛老师。第三周交完。 4. 期中和期末都是闭卷考试。不许带任何纸张。期中考试力学内容，时间在第8或9周末。,通知,求知是一种快乐，希望大家踏上这愉快的求知旅途！,
