大学物理绪论部分

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1、细推物理须行乐，细推物理须行乐，何用浮名绊此身何用浮名绊此身杜甫曲江對酒大学物理大学物理大学物理大学物理办公室：办公室： -手机：手机： -Email: -授课教师授课教师联系方式联系方式物电学院：物电学院： -绪论绪论什么是物理学什么是物理学 物理学发展历史及研究内容物理学发展历史及研究内容为什么学物理学为什么学物理学 物理学的重要性及物理之物理学的重要性及物理之美美怎么学物理学怎么学物理学 大学物理和高中物理的区别和大学物理和高中物理的区别和联系联系 微积分基础及矢量微积分基础及矢量 学习物理的方法学习物理的方法格物致知格物致知,悟悟物物穷穷理理一、什么是物理学？一、什么是物理学？ (Ph

2、ysics)l 物理学是研究物质世界最基本形态的科学物理学是研究物质世界最基本形态的科学l 物理学研究的范围物理学研究的范围 物质世界的层次和数量级物质世界的层次和数量级质子质子 10- -15 m空间尺度空间尺度：物物 质质 结结 构构物质相互作用物质相互作用物质运动规律物质运动规律类星体类星体 10 26 m时间尺度时间尺度： 基本粒子寿命基本粒子寿命 10- -25 s宇宙寿命宇宙寿命 1018 s10亿光年亿光年 1亿光年亿光年 1000万光年万光年 100万光年万光年 10万光年万光年 1万光年万光年 1千光年千光年100光年光年10光年光年1光年光年1万亿公里万亿公里 1千亿公里千

3、亿公里 100亿公里亿公里 10亿公里亿公里 1亿公里亿公里 1000万公里万公里 100万公里万公里 10万公里万公里 1万公里万公里 1000公里公里 100公里公里 10公里公里 1公里公里 100米米10米米 1米米 10公分公分 1公分公分 1公厘公厘 100微米微米 10微米微米 1微米微米 0.1微米微米 100埃埃 1纳米纳米1埃埃 10皮米皮米1皮米皮米 0.1皮米皮米 10飞米飞米 1飞米飞米 0.1飞米飞米 理解宏观世界和微世界的相同之处和世界的美妙所在！物质世界的时间尺度：约物质世界的时间尺度：约42个数量级个数量级 1018s 10-24s宇宙年龄：宇宙年龄：150

4、亿年亿年 1018 s生命的诞生：约生命的诞生：约40亿年亿年人类：人类：300万年（万年（1014s）中间玻色子寿命：中间玻色子寿命：10-24s古典物萌芽編簡史2000 BC : 古埃及採用365日2000 BC 以前:巴比埃及印中國古文明萌芽及建巴比已經建重及長的標準單位埃及, 巴比及中國已開始觀測及記天象文藝興時期釋迦牟尼563-486 BC138 BC78-139 AD張衡蔡發明造紙術105 AD馬可波1254-1324 AD孔子551-479 BC張騫出使西域穆罕默德570- 632 AD花剌子密( Al Khawarizmi )谷騰堡改活字印刷術1450 AD墨子476-390

5、BC100 BC托密製作宇宙模型( 發明阿伯字)780-850 AD哥白尼發表“地動地動”1543 AD柏圖427-347 BC括1031-1095 AD伽1564-1642 AD亞斯多德384-322 BC阿基米得287-212 BC畢昇發明活字印刷術1041-1048 AD布在馬被火刑燒死1600 AD孟子371-289 BC歐幾德出版“幾何原幾何原”295 BC費拔那( Fibonacci )( 阿伯字引入歐洲)科卜提出星運動三定1619 AD1170-1240 AD伽亞山大大帝出版“個世界的對話個世界的對話”征服巴比330 BC中國人廣泛使用算盤1200 AD1632 AD出版“門新科

6、學的對話門新科學的對話”1636 AD牛頓1642-17? AD牛頓出版“原原” 1687 AD( 496-399 BC )( 427-347 BC )蘇格底柏圖亞斯多德( 496-399 BC )( 427-347 BC )亞斯多德：吾爱吾师，吾更爱真理天體廣義相對牛頓學光速(Velocityof Light )增加(GeneralRelativity )(NewtonMechanics )質日常生活的物體增加速原子尺(Atomic Scale )減大小縮子學(QuantumMechanics )特殊相對(SpecialRelativity )交通大學威儀牛顿力学牛顿力学 (Mechanic

7、s) 17世纪伽利略、开普勒、牛顿世纪伽利略、开普勒、牛顿研究物体机械运动的基本规律及关于时空相对性的规律研究物体机械运动的基本规律及关于时空相对性的规律电磁学电磁学 (Electromagnetism) 18-19世纪库仑、法拉第、麦克斯韦世纪库仑、法拉第、麦克斯韦 研究电磁现象、物质的电磁运动规律及电磁辐射等规律研究电磁现象、物质的电磁运动规律及电磁辐射等规律热力学热力学 (Thermodynamics) 18-19世纪卡特、焦耳、开尔文、卡诺世纪卡特、焦耳、开尔文、卡诺 研究物质热运动的统计规律及其宏观表现研究物质热运动的统计规律及其宏观表现相对论相对论 (Relativity) 190

8、5、1915 爱因斯坦爱因斯坦研究物体的高速运动效应以及相关的动力学规律研究物体的高速运动效应以及相关的动力学规律量子力学量子力学 (Quantum mechanics) 20世纪世纪普朗克、玻尔、薛定谔、普朗克、玻尔、薛定谔、 研究微观物质运动现象以及基本运动规律研究微观物质运动现象以及基本运动规律 海森堡、狄拉克海森堡、狄拉克 2.2.物理学的五大基本理论物理学的五大基本理论( (架构架构) )物理学是一门最基本的科学物理学是一门最基本的科学; ;是最古老、但发展最是最古老、但发展最快的科学快的科学; ;它提供最多、最基本的科学研究手段。它提供最多、最基本的科学研究手段。3、物理学的规律：

9、、物理学的规律：奥克姆准则：越接近真理，基本定律就越简单！奥克姆准则：越接近真理，基本定律就越简单！寻求最简单的基本原理，解释最普遍寻求最简单的基本原理，解释最普遍的物理事实。的物理事实。物理上真实的东西，一定是逻辑上简单的东西。物理上真实的东西，一定是逻辑上简单的东西。 爱因斯坦爱因斯坦二、二、 为什么学习物理学为什么学习物理学l 物理学是一切自然科学的基础物理学是一切自然科学的基础物理学构成了化学、生物学、材料科学、地球物理学物理学构成了化学、生物学、材料科学、地球物理学等学科的基础，物理学的基本概念和技术被应用到所等学科的基础，物理学的基本概念和技术被应用到所有自然科学之中有自然科学之中

10、。它和其他的自然科学也没有分界线。物理学的门户总它和其他的自然科学也没有分界线。物理学的门户总是开放的，是开放的， 鼓励跨学科的交流与沟通、促进学科交叉鼓励跨学科的交流与沟通、促进学科交叉- 量子化学、生物物理、物理化学等量子化学、生物物理、物理化学等人们戏称：物理是母鸡人们戏称：物理是母鸡物理思想的强大渗透性：物理思想的强大渗透性： 经济学经济学=数学数学+物理学物理学l物理学是物理学是现代技术革命的先导现代技术革命的先导几乎所有的重大新几乎所有的重大新( (高高) )技术领域的创立，事先都在物技术领域的创立，事先都在物理学中经过长期的酝酿。理学中经过长期的酝酿。热机的发明和使用，提供了第一

11、种模式：热机的发明和使用，提供了第一种模式：电气化的进程，提供了第二种模式：电气化的进程，提供了第二种模式：技术技术 物理物理 技术技术物理物理 技术技术 物理物理“没有昨日的基础科学就没有今日没有昨日的基础科学就没有今日的技术革命的技术革命”。 李李政道政道电子计算机的诞生电子计算机的诞生 1947年年 贝尔实验室的巴丁、布拉顿和肖克来发明了贝尔实验室的巴丁、布拉顿和肖克来发明了晶体管，标志着晶体管，标志着信息时代信息时代的开始的开始 1962年年 发明了发明了集成电路集成电路 70年代后期年代后期 出现了出现了大规模集成电路大规模集成电路 1925 26年年 建立了建立了量子力学量子力学

12、1927年年 建立了建立了布洛赫波的理论布洛赫波的理论 1928年年 索末菲提出索末菲提出能带能带的猜想的猜想 1929年年 派尔斯提出派尔斯提出禁带禁带、空穴空穴的概念的概念 同年贝特提出了同年贝特提出了费米面费米面的概念的概念 1957年年 皮帕得皮帕得测量测量了了第一个费米第一个费米面面请允许我说明我讲这门课的主要目的。我的目的请允许我说明我讲这门课的主要目的。我的目的不是教你们如何应付考试，甚至不是让你们掌握这些不是教你们如何应付考试，甚至不是让你们掌握这些知识，以便更好地为今后你们面临的工业或军事工作知识，以便更好地为今后你们面临的工业或军事工作服务。我最希望的是，你们能够像真正的物

13、理学家一服务。我最希望的是，你们能够像真正的物理学家一样，欣赏到这个世界的美妙。物理学家们看待这个世样，欣赏到这个世界的美妙。物理学家们看待这个世界的方式，我相信，是这个现代化时代真正文化内涵界的方式，我相信，是这个现代化时代真正文化内涵的主要部分。也许你们学会的不仅仅是如何欣赏这种的主要部分。也许你们学会的不仅仅是如何欣赏这种文化，甚至也愿意参加到这个人类思想诞生以来最伟文化，甚至也愿意参加到这个人类思想诞生以来最伟大的探索中来。大的探索中来。 理查德理查德.费曼费曼 l学习物理、欣赏物理学习物理、欣赏物理我现在喜欢的歌曾经是你最爱的；我现在喜欢的歌曾经是你最爱的；我的某个动作表情曾经是你的

14、习惯我的某个动作表情曾经是你的习惯秦人不暇自哀，而后人哀之；后人哀之而秦人不暇自哀，而后人哀之；后人哀之而不鉴之，亦使后人而复哀后人也不鉴之，亦使后人而复哀后人也。相遇时看似也有波澜，分手后却毫无牵挂！相遇时看似也有波澜，分手后却毫无牵挂！你我背道而去，就像从来没有相遇过你我背道而去，就像从来没有相遇过人与人之间的关系需要不断更新才能维持；人既人与人之间的关系需要不断更新才能维持；人既活在过去也活在未来，老朋友老同学一起有很多活在过去也活在未来，老朋友老同学一起有很多话题是因为过去，但没有未来关系便会陈旧。话题是因为过去，但没有未来关系便会陈旧。真正美好的关系是既有过去又有未来。真正美好的关系

15、是既有过去又有未来。过去的回忆让人温馨，未来的期待让人激动。过去的回忆让人温馨，未来的期待让人激动。曾经相遇，总好过从未碰头。曾经相遇，总好过从未碰头。刚毕业的时候来财院，只因为觉得在学校有更刚毕业的时候来财院，只因为觉得在学校有更多的时间、自由来静心地看看书，由此开始醉多的时间、自由来静心地看看书，由此开始醉心于文学历史，哲理思辨，并且由于逻辑思考心于文学历史，哲理思辨，并且由于逻辑思考的缘故兴趣很快转到了理论物理上来（我认为的缘故兴趣很快转到了理论物理上来（我认为对一个喜欢读书喜欢思考的人来说这种转换是对一个喜欢读书喜欢思考的人来说这种转换是很自然的），我相信物理世界中诸如相对论的很自然的

16、），我相信物理世界中诸如相对论的时空观等奇妙想像、奥秘的体验，是人类所能时空观等奇妙想像、奥秘的体验，是人类所能有的最美好的经验。诚然，这种近似宗教的感有的最美好的经验。诚然，这种近似宗教的感受，诗人不会写它，艺术家也无法描述那种只受，诗人不会写它，艺术家也无法描述那种只能以其最原始的形式接近我们的心灵的最深奥能以其最原始的形式接近我们的心灵的最深奥的理性和最灿烂的美。的理性和最灿烂的美。 -zhuzlzhuzll开启智慧，获得科学思想、科学精神、科学开启智慧，获得科学思想、科学精神、科学态度和科学方法的熏陶和培养。态度和科学方法的熏陶和培养。 发展独立思考和独立判断地一般能力，发展独立思考和

17、独立判断地一般能力，应当始终放在首位，而不应当把专业知应当始终放在首位，而不应当把专业知识放在首位。如果一个人掌握了他的学识放在首位。如果一个人掌握了他的学科的基础理论，并且学会了独立思考和科的基础理论，并且学会了独立思考和工作，他必定会找到自己的道路，而且工作，他必定会找到自己的道路，而且比起那种主要以获得细节知识为其培训比起那种主要以获得细节知识为其培训内容的人来，他一定会更好地适应进步内容的人来，他一定会更好地适应进步和变化和变化 。定位：定位： 学习物理学习物理 不仅仅是为后续课服务不仅仅是为后续课服务 不仅仅是为专业服务不仅仅是为专业服务 立足于提高自身科学素质，有益立足于提高自身科

18、学素质，有益于终身学习和发展于终身学习和发展三、怎么学三、怎么学大学物理与中学物理的区别大学物理与中学物理的区别教学要求教学要求学习方法学习方法大学物理与中学物理的区别大学物理与中学物理的区别n n引入矢量引入矢量，表示物理量和公式，简洁明了，表示物理量和公式，简洁明了，可以全面反映物理意义可以全面反映物理意义n n引入微积分引入微积分，可以解决复杂一些的问题，可以解决复杂一些的问题，是研究的问题由恒力、直线运动扩展到变是研究的问题由恒力、直线运动扩展到变力、任意曲线运动力、任意曲线运动n n扩大了研究领域扩大了研究领域，如相对论、量子物理、，如相对论、量子物理、波动光学等。波动光学等。恩格斯

19、曾经指出，“高等数学的主要高等数学的主要基础之一是这样一个矛盾，在一定基础之一是这样一个矛盾，在一定条件下直线和曲线应当是一回事条件下直线和曲线应当是一回事.” 主要为了解决主要为了解决速度和距离速度和距离 以及以及曲线的切线和曲线的切线和曲线下的面积曲线下的面积 这两类问题。而正是为了解决这两类问题。而正是为了解决这两类问题，才导致了牛顿和莱布尼茨两人这两类问题，才导致了牛顿和莱布尼茨两人各自分别创立了微积分。各自分别创立了微积分。1 1、分割分割 将将 a a，b b 分割为分割为n n个小区间个小区间2 2、取介点、取介点 在每个小区间上任取一点在每个小区间上任取一点i i3 3、局部以

20、直代曲、局部以直代曲 每个小区间上的曲线每个小区间上的曲线y=y=f(xf(x) )用直用直 线段线段y=y=f(f(i i) )代替代替4 4、作和：、作和：S S= =yx分割分割 , 近似替代近似替代 , 求和求和 , 取极限取极限长为L的直的直导线ABAB上均匀地分布着上均匀地分布着线密度密度为 的的电荷。求荷。求导线延延长线上与上与导线一端一端B B相距相距为d处P P点的点的场强强。解解1：以：以A点为原点建立坐标点为原点建立坐标xdxx解解2：以：以P点为原点建立坐标点为原点建立坐标xdx标量标量 大小大小电压、温度、时间、质量、电荷等电压、温度、时间、质量、电荷等矢量矢量 大小

21、和方向大小和方向电场、磁场、力、速度、力矩电场、磁场、力、速度、力矩矢量矢量 Vectors物理量的表示物理量的表示矢量矢量：大写黑体斜体字母大写黑体斜体字母A大写斜体字母加表示矢量的符号标量：标量：小写斜体字母u单位矢量：单位矢量：小写上加倒勾ex若若一一个个矢矢量量在在三三个个相相互互垂垂直直的的坐坐标轴上上的的分分量量已已知知, 这这个个矢矢量量就就确确定定了了。 例例如如在在直直角角坐坐标系系中中, 矢矢量量A的的三三个个分分量量模模值分分别是是Ax , Ay , Az, 则矢量的模矢量的模 Magnitude of vector矢量表示法矢量表示法及其及其运算运算矢量表示法及其和差矢

22、量表示法及其和差和或差和或差: Vector addition or subtraction则矢量的相加和相减矢量的相加和相减矢量的乘积矢量的乘积矢量的乘积包括标量积和矢量积。 1） 标量积标量积任意两个矢量A与B的标量积(Scalar Product)是一个标量，它等于两个矢量的大小与它们夹角的余弦之乘积，如图1-2所示，记为AB=ABcos 图1-2标量积例如，直角坐标系中的单位矢量有下列关系式： axay=ayaz= axaz=0axax=ayay=azaz=1任意两矢量的标量积，用矢量的三个分量表示为AB=AxBx+AyBy+AzBz 标量积服从交换律和分配律，即AB=BA A(B+C

23、)=AB+AC 2） 矢量积矢量积任意两个矢量A与B的矢量积（Vector Product）是一个矢量，矢量积的大小等于两个矢量的大小与它们夹角的正弦之乘积，其方向垂直于矢量A与B组成的平面，如图1-3所示，记为 C=AB=anABsin an=aAaB（右手螺旋）图1-3矢量积的图示及右手螺旋 (a)矢量积(b)右手螺旋矢量积又称为叉叉积积(Cross Product)，如果两个不为零的矢量的叉积等于零，则这两个矢量必然相互平行，或者说，两个相互平行矢量的叉积一定等于零。矢量的叉积不服从交换律，但服从分配律，即AB=-BA A(B+C)=AB+AC学习物理方法学习物理方法学习物理学研究中具体

24、的方法学习物理学研究中具体的方法观察、实验、模拟、演绎、归纳、分析、综合、类比、理想化、假说理想模型（单摆、弹簧振子、理想气体理想模型（单摆、弹簧振子、理想气体)理想实验（伽利略、牛顿理想实验（伽利略、牛顿. ）理想过程理想过程(准静态、绝热准静态、绝热)理想化方理想化方法法方法实质方法实质: : 简化、纯化，抓住主要矛盾，摒弃次要因素简化、纯化，抓住主要矛盾，摒弃次要因素学习物理学的基本思想方法：学习物理学的基本思想方法：用模型来描述自然，用数学来表达模型，用实验来检验模型。用模型来描述自然，用数学来表达模型，用实验来检验模型。1820年年奥斯特发现电流对磁针的作奥斯特发现电流对磁针的作用，

25、安培给出电流作用定律用，安培给出电流作用定律1905年爱因斯坦建立年爱因斯坦建立狭义相对论狭义相对论1831年年法拉第发现法拉第发现电磁感应现象电磁感应现象1785年年库仑库仑扭秤实验给出扭秤实验给出电荷相互作用定律电荷相互作用定律1865年麦克斯韦提出年麦克斯韦提出电磁场理论电磁场理论电磁学电磁学科学上第二次综合科学上第二次综合 “想象力比知识更重要想象力比知识更重要 ” 爱因斯坦爱因斯坦 林向阳林向阳V V：说到教育。作为当过大学教师的我，：说到教育。作为当过大学教师的我，实在是颇有感慨。我以为：各级教育的分工是：实在是颇有感慨。我以为：各级教育的分工是：幼儿教育：运动协调能力、好奇心和才

26、智启迪；幼儿教育：运动协调能力、好奇心和才智启迪；小学：健康身心、智力开发、特长发现和培养；小学：健康身心、智力开发、特长发现和培养；中学：逻辑分析、传统文化、个性才华塑造成型；中学：逻辑分析、传统文化、个性才华塑造成型；大学：大学：信息信息搜集分析精炼搜集分析精炼 思思辨推演能力、独立辨推演能力、独立和合作能力和合作能力。研究生以上是因才发展才对。研究生以上是因才发展才对。 afeiyafeiafeiyafei：# #高考作文高考作文- -深阅读浅阅读深阅读浅阅读# # 1. 1. 由浅入深。由浅入深。 一开始，迅速过一遍。感一开始，迅速过一遍。感兴趣的地方，回头重点细嚼慢咽兴趣的地方，回头

27、重点细嚼慢咽 2. 2. 深入深入浅出。浅出。 读透全文，争取弄懂每一个细节。读透全文，争取弄懂每一个细节。占用要点，用自己的大白话，概括占用要点，用自己的大白话，概括 3. 3. 深深深浅浅，浅浅深深，深浅浅深，久浅易深。深浅浅，浅浅深深，深浅浅深，久浅易深。每一次不同的感受，一朗省一朗，每一次不同的感受，一朗省一朗，总学学时128学学时（理（理论课96学学时，实验课32学学时）理理论课学学时分配建分配建议表表学期学期篇篇内内 容容学学时合合计学学时上上1绪论256（讲授授50、讨论6）力学力学142振振动与波与波103热学学84静静电学学20总复复习2下下5恒定磁恒定磁场 电磁感磁感应16

28、40（讲授授36、讨论4）6光学光学187量子物理量子物理4总复复习2总课时及各章的分配授课总课时数为112学时，各章的学时具体安排如下：章章 节节教教 学学 内内 容容授课学授课学时时第一第一章章力学力学22第二第二章章热学学14第三第三章章静静电学学20第四第四章章恒定磁恒定磁场16第五第五章章电磁感磁感应与与电磁磁场 8第六第六章章振振动与波与波 8第七第七章章光学光学18第八第八章章量子物理量子物理 6合计合计112参考书： 大学物理学，张三慧主编（第二版） 普通物理学，程守洙江之永（第五版） 物理学，瑞斯尼克哈里德(中译本和原版) 经典与近代物理学，高物译 Principles of physics (Third Edition) Serway & Jewett, 影印本，清华大学出版社 Resnick, Halliday, Krane，Fundament of Physics（7th Edition），新概念物理教程力学、热学赵凯华 罗蔚茵 费曼物理学讲义费曼物理学讲义考核方式及成绩评定标准考核方式及成绩评定标准n n考核方式：闭卷考试。考核方式：闭卷考试。n n期末考试占总评成绩的期末考试占总评成绩的60%，平时成绩占，平时成绩占总评成绩的总评成绩的40%。