大学物理绪论

1.学习物理知识要注意整体性、发展性和迁移性。 学习物理知识要注意整体性、发展性和迁移性。 学习物理知识要注意整体性
整体性
形成物质世界的整体物理图象 注意掌握知识的结构和联系
教材结构和主线 实物的 运动规律 基本 粒子 相互作用 和场 振动和 波动 量子现象和 量子规律 多粒子体系 的热运动
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发展性
复习
质点、质点系、 质点、质点系、刚体
质点：当物体的线度和形状在所研究的问题中的作 质点： 用可以忽略不计时，将物体抽象为一个具有质量， 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“ 占有位置，但无形状大小的“点”。
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质点系：质点的集合。 质点系：质点的集合。 任意两质点间距离保持不变的质点系。 刚 体：任意两质点间距离保持不变的质点系。 * 质点 集合 特例
60~70年代 激光器及其应用高速发展，月球上设置 年代 激光器及其应用高速发展， 激光反射器 1982年 年 激光全息术
80~90年代 激光外科手术，通讯，光盘，激光武器 9 年代 激光外科手术，通讯，光盘，激光武器...
核技术的物理基础 1896年 Becquerel 发现铀的天然放射性 年 1905年 Einstein 创立狭义相对论，得 E = mc 年 创立狭义相对论， 1911年 Rutherford 提出原子的有核模型 年 1925年 量子力学建立 年 1932年 建立原子核的 质子 年 质子——中子 模型 中子 1933年 发现人工放射性 年 1945年 实现核裂变 年 实现核裂变——原子弹 原子弹 1952年 实现核聚变 年 实现核聚变——氢弹 氢弹 1954年 建立第一座核电站 年
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第一部分 课程介绍 为什么要学习“大学物理” 一. 为什么要学习“大学物理”？ 1：什么是物理学 ： 物理学研究物质世界的基本结构、 物理学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。 本相互作用和最普遍的运动规律。 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， 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。
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定位：物理教育 定位：物理教育——科学素质教育 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， 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： 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 ） 提高自己综合能力，复合性人才更有竞争力。 质，提高自己综合能力，复合性人才更有竞争力。 （2）以良好的心态对待你学的每一门课程。 ）以良好的心态对待你学的每一门课程。
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“学校的目标应当是培养有独立行动和独立思考的个人， 学校的目标应当是培养有独立行动和独立思考的个人， 学校的目标应当是培养有独立行动和独立思考的个人 不过他们要把为社会服务看作是自己的最高目的。 不过他们要把为社会服务看作是自己的最高目的。” “学校的目标始终应当是：青年人在离开学校时，是作为 学校的目标始终应当是：青年人在离开学校时， 学校的目标始终应当是 一个和谐的人，而不是作为一个专家。 一个和谐的人，而不是作为一个专家。……发展独立思考 发展独立思考 和独立判断的一般能力，应当始终放在首位， 和独立判断的一般能力，应当始终放在首位，而不应当把 专业知识放在首位。 专业知识放在首位。如果一个人掌握了他的学科的基础理 并且学会了独立思考和工作， 论，并且学会了独立思考和工作，他必定会找到自己的道 路，而且比起那种主要以获得细节知识为其培训内容的人 来讲，他一定会更好地适应进步和变化。 来讲，他一定会更好地适应进步和变化。” ——爱因斯坦《论教育》 爱因斯坦《论教育》 爱因斯坦
物理学与技术关系的两种模式 *技术 技术 *物理 物理 物理 技术 技术（典型例子：热学） 技术（典型例子：热学） 物理（典型例子：电磁学） 物理（典型例子：电磁学）
在现代社会中主要以第二种方式进行。 在现代社会中主要以第二种方式进行。 例：计算机技术是这个崭新的信息时代的关键，其 计算机技术是这个崭新的信息时代的关键， 基础正是过去大半个世纪的现代物理学的研究成果
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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 年 1926年 Fermi-Dirac 统计法提出 年 1929年 能带理论提出并得到证实，从理论上解释了 年 能带理论提出并得到证实， 导体、半导体、绝缘体的性质和区别； 导体、半导体、绝缘体的性质和区别； Fermi面概念及其可测量的提出 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） 年 发明晶体管（ 年诺贝尔物理奖） 年诺贝尔物理奖 1957年 建立 年 建立Fermi面编目 面编目 1962年 制成集成电路（IC） 年 制成集成电路（ ） 70年代末 大规模和超大规模集成电路（VLIC） 年代末 大规模和超大规模集成电路（ ）
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例如： 例如：理想化方法 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…... ） 准静态、 理想过程 (准静态、绝热 准静态 绝热……) 实质: 简化、纯化，抓住主要矛盾，摒弃次要因素。 实质 简化、纯化，抓住主要矛盾，摒弃次要因素。
F = ma
大学： 大学： E = mc 2
GmM 惯性质量； 惯性质量； F = 引力质量 2 r
能量载体； 能量载体；
ρ = mV
循环定义？ 循环定义？
m引 = m惯
前沿： 质量究竟是什么？是如何产生的？ 前沿： 质量究竟是什么？是如何产生的？
什么是物质？ 有质量就是物质” 什么是物质？“有质量就是物质”的观点正确 吗？场也是物质的一种形式…… 场也是物质的一种形式
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第二部分 物质世界
宇宙的42个台阶 一.物质世界的空间尺度——宇宙的 个台阶 物质世界的空间尺度 宇宙的 （1）小尺度 ） 最小的哺乳动物和鸟类： 10-1m数量级 最小的哺乳动物和鸟类： 数量级 昆虫： 10-2—10-3m数量级 昆虫： 数量级 细菌或典型的真核细胞直径： 细菌或典型的真核细胞直径：10-5m数量级 细胞的最小直径： 细胞的最小直径： 10-7m数量级 原子的尺度： 原子的尺度： 10-10m数量级 原子核的线度： 原子核的线度： 10-14—10-15m的数量级 10 夸克： 夸克： 无法确定大小
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现代物理学发展的两个趋势 两个趋势： 现代物理学发展的两个趋势： ；（2） （1）自身的细化、分支多；（ ）与其他学科的交叉 ）自身的细化、分支多；（ 随着科学的发展， 随着科学的发展，从物理学中不断分化出诸如粒子物 原子核物理、原子分子物理、凝聚态物理、 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、等离子体物理、 物理、电子物理、等离子体物理、半导体物理等名目 繁多的新分支。 繁多的新分支。 当今，物理学与其它学科的交叉诞生了生物科学、 当今，物理学与其它学科的交叉诞生了生物科学、化 学物理、地球物理、天体物理等新型学科，人们公认： 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。 当今最有生命力的是不同学科交叉的领域。
每一个工程技术人员都应该加强自身的数理知 识的培养与积累,以适应新形式的要求 以适应新形式的要求。 识的培养与积累 以适应新形式的要求。
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二：物理学与技术
*第一次工业革命（17~18世纪）：建立在牛顿力学和 第一次工业革命（ 世纪）： 第一次工业革命 世纪）：建立在牛顿力学和 热力学发展的基础上， 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。 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 第二次工业革命（ 世纪）：建立在电磁理论发展的 世纪）： 第二次工业革命 基础上，其标志是发电机、电动机、 基础上，其标志是发电机、电动机、电讯设备的出现 和应用。 和应用。 *第三次工业革命（20世纪）：建立在相对论和量子 第三次工业革命（ 世纪）：建立在相对论和量子 世纪）： 第三次工业革命 力学发展的基础上， 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、 一系列新学科、新材料、新能源、新技术的兴起和 发展。 发展。 6
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2：物理学发展历程 ： 经 典 物 理 学
以公元1600年为界，在这以前，叫物理 年为界，在这以前， 以公元 年为界 学的前科学时期，这一时期， 学的前科学时期，这一时期，物理学还不 是一门独立的学科。 是一门独立的学科。 1600——1800年，在这一时期，物理形 年 在这一时期， 成了一门学科，牛顿完成了牛顿力学。 成了一门学科，牛顿完成了牛顿力学。 1800——1900年，电磁学、热力学、波 年 电磁学、热力学、 学、 学、 物理学 的发展完 了 力学。 力学。 ，20 了： 了： 力学 科学 —— 的 物理的 物理的 理 。
量子力学叠加原理、量子纠缠态 量子计算机、量子比特、量子信息处理编码
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激光技术的物理基础 1860年 年 1900年 年 1917年 年 1953年 年 1960年 年 Maxwell 建立光的电磁理论 Planck 提出能量子理论 Einstein 提出受激辐射理论 制成微波激射器（ 制成微波激射器（maser） ） Maiman制成红宝石激光器 制成红宝石激光器
质点系
刚体
思考:
质点和几何学上的点有什么不同？ 质点和几何学上的点有什么不同？
例如：科学假说方法 例如： 牛顿时代：以经验观察，逻辑归纳为主。 牛顿时代：以经验观察，逻辑归纳为主。 现代物理：问题 假说——(实践 实践)——科学 科学— 现代物理：问题——假说 假说 实践 科学 — 证伪） 新问题——新假说 新假说——…... （证伪）——新问题 新问题 新假说 “不是由观察结果归纳出理论，而是由理论决定 不是由观察结果归纳出理论， 不是由观察结果归纳出理论 观察什么。 ——爱因斯坦 观察什么。” 爱因斯坦