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1、1,大学物理,2,绪 论,目的： 获得学习“大学物理”的自觉意识。,3,一. 为什么要学习“大学物理”？,物理学是研究物质世界的基本结构、基本相互作用和最普遍的运动规律的科学。,第一部分 课程介绍,我们把不依赖于人的意识而独立存在的 客观实在称为物质。与其它科学相比，物理 学更着重于物质世界普遍而基本的规律的追 求。,1：什么是物理学,4,2：物理学发展历程,以公元1600年为界，在这以前，叫物理 学的前科学时期，这一时期，物理学还不是一门独立的学科。,16001800年，在这一时期，物理形 成了一门学科，牛顿完成了牛顿力学。,18001900年，电磁学、热力学、波 动光学、经典统计物理学等的
2、发展完善了经 典力学。,上世纪初，20世纪自然科学领域最伟大的两个理 论出现了：量子力学和相对论近代物理的开始。,5,当今，物理学与其它学科的交叉诞生了生物物理、化 学物理、地球物理、天体物理等新型学科，人们公认： 当今最有生命力的是不同学科交叉的领域。,每一个科研和工程技术人员都应该加强自身的数理知识的培养与积累,以适应新发展的要求。,随着科学的发展，从物理学中不断分化出诸如粒子物 理、原子核物理、原子分子物理、凝聚态物理、激光 物理、电子物理、计算物理、等离子体物理、半导体物理等名目繁多的新分支。,现代物理学发展的两个趋势： （1）自身的细化、分支多；（2）与其他学科的交叉,6,*第一次工
3、业革命（1718世纪）：建立在牛顿力学和热力学发展的基础上，其标志是以蒸汽机为代表的一系列机械的产生和应用。,*第二次工业革命（19世纪）：建立在电磁理论发展的基础上，其标志是发电机、电动机、电讯设备的出现和应用。,*第三次工业革命（20世纪）：建立在相对论和量子力学发展的基础上，其标志是以信息技术为代表的一系列新学科、新材料、新能源、新技术的兴起和发展。,3：物理学与技术,7,物理学与技术关系的两种模式,8,以计算机为代表的电子和信息技术的物理基础,1925年 量子力学建立 1926年 Fermi-Dirac 统计法提出 1929年 能带理论提出并得到证实，从理论上解释了 导体、半导体、绝缘
4、体的性质和区别； Fermi面概念及其可测量的提出 1947年 发明晶体管（获1956年诺贝尔物理奖） 1957年 建立Fermi面编目 1962年 制成集成电路（IC） 70年代末 大规模和超大规模集成电路（VLIC）,9,激光技术的物理基础,1860年 Maxwell 建立光的电磁理论 1900年 Planck 提出能量子理论 1917年 Einstein 提出受激辐射理论 1953年 制成微波激射器（maser） 1960年 Maiman制成红宝石激光器 6070年代 激光器及其应用高速发展，月球上设置 激光反射器 1982年 激光全息术 8090年代 激光外科手术，通讯，光盘，激光武器
5、.,10,核技术的物理基础,1896年 Becquerel 发现铀的天然放射性 1905年 Einstein 创立狭义相对论，得 1911年 Rutherford 提出原子的有核模型 1925年 量子力学建立 1932年 建立原子核的 质子中子 模型 1933年 发现人工放射性 1945年 实现核裂变原子弹 1952年 实现核聚变氢弹 1954年 建立第一座核电站,11,全世界理工科大学无一例外将物理作为重要基础课,12,二.学什么？,13,发展性,不断从新的角度审视和理解物理概念和规律，关注其内涵的丰富，应用的扩展，相互关系的变化。,例如：质量,前沿： 质量究竟是什么？是如何产生的？ 什么是
6、物质？“是物质就有质量”的观点正确 吗？场也是物质的一种形式,（1）概念的发展；（2）框架结构的发展； （3）数学手段的发展,14,例如：力,近代物理：以能量为中心的表述优于以力为中心的表述。,对时间积累,动量定理动量守恒,对空间积累,动能定理机械能守恒,力矩,定轴转动物体的平衡,中学：以“力”为中心。,15,注意提高应用物理知识理解、解决实际问题的能力。,指导性原理: * 简单性原理：逻辑前提越简单，普遍程度越高。 * 对应原理 ：新理论应包容在一定条件下被证实是正确的旧理论，并在极限条件下过渡到旧理论。 .,迁移性,16,例如：理想化方法,实质: 简化、纯化，抓住主要矛盾，摒弃次要因素。,
7、质点：当物体的线度和形状在所研究的问题中的作用可以忽略不计时，将物体抽象为一个具有质量，占有位置，但无形状大小的“点”。,17,质点系：质点的集合。,刚 体：任意两质点间距离保持不变的质点系。,思考:,质点和几何学上的点有什么不同？,例如：科学假说方法,牛顿时代：以经验观察，逻辑归纳为主。,“不是由观察结果归纳出理论，而是由理论决定观察什么。” 爱因斯坦,18,定位：物理教育科学素质教育,不仅仅是为后续课服务 不仅仅是为专业服务 立足于提高自身科学素质，有益于终身学习和发展,合格大学生的标准： （1）力所能及地培养自己的自然科学和社会科学素 质，提高自己综合能力，复合性人才更有竞争力。 （2）
8、以良好的心态对待你学的每一门课程。,19,一.物质世界的空间尺度宇宙的42个台阶,第二部分 物质世界,（1）小尺度 最小的哺乳动物和鸟类： 10-1m数量级 昆虫： 10-210-3m数量级 细菌或典型的真核细胞直径：10-5m数量级 细胞的最小直径： 10-7m数量级 原子的尺度： 10-10m数量级 原子核的线度： 10-1410-15m的数量级 夸克： 无法确定大小,纳米：材料颗粒为10-9米时，一些新特性出现。,20,通过移走原子构成的图形,21,（2）大尺度,鲸： 101m数量级 红杉树： 102m数量级 珠穆朗玛峰，马里亚纳海沟：104m数量级 月球半径，地球半径： 106m数量级
9、 太阳系的直径: 1013m数量级 星系团尺度: 1023m数量级 超星系团: 1024m数量级 观测的极限哈勃半径: 1026m数量级,22,宇宙学、粒子物理的奇妙衔接,23,大爆炸,二. 物质世界的时间尺度时标,宇宙年龄：,130 200亿年,24,地球年龄,地球,星系形成： 50亿年,25,大气形成,26,生命的诞生：约40亿年 脊椎动物： 约6亿年,人类出现 年,27,生物的进化,28,共计跨越了42个数量级,29,三：基本粒子,是目前所认识到的组成物质的基本单元，即 人类迄今为止尚未发现其内部结构的“点”粒子， 是一个不断向更深层次转移的动态概念。要求了 解三大家族、四种相互作用（简
10、单介绍）。,1：描述粒子特性的主要物理量,（1）质量 （2）电荷 （3）自旋（角动量） （4）寿命,2：粒子间相互作用（四种）,（1）引力相互作用 （2）电磁相互作用 （3）强相互作用 （4）弱相互作用,30,（1）规范粒子：场粒子，传递相互作用的媒介,共13种。,3：基本粒子分类三大家族,31,规范粒子,32,（2） 轻子：共3代12种,33,3.夸克: 3代、6味、每味3色，共36种,34,强子（核子、介子）的夸克模型,35,物质结构层次,四 物质存在的基本形式实物和场,36,场:无静止质量,不具有不可入性，以连续形式存在，具有可叠加性，不能作为参考系。,实物：具有质量、不可入性，以空间间断形式存在。,37,五. 四种基本相互作用,迄今为止，人类了解得最多的是电磁力，了解得最早但最少的是引力。,
