第一讲物理学的基本概念范畴教学课件32页PPT
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教科版物理第一课：认识物理学课件
居里夫妇
获得诺贝尔化学奖。
三、科学思想、精神和科学态度
观察思考；提出问题；猜想与假设；制定计划，设计实验；进行实验， 收集证据；分析论证；合作交流；评估。
四、如何学好物理
上课守纪；课前预习，认真听课思考，做好笔记，课后复习，认真 完成作业；多问问题；与事迹相匹配的是（ C ）
要贡献：通过α粒子散射实验 ，提出原子核 式结构模型。
托马斯·阿尔瓦·爱迪生
爱迪生（1847－1931），美国发明家、 企业家，他拥有2000余项发明，包括对世 界极大影响的留声机，电影摄影机，和钨 丝灯泡等 ;1892年创立通用电气公司。
诺贝尔
阿尔弗雷德·伯纳德·诺贝尔（1833－1896）是瑞典化学家、 工程师、发明家。炸药的发明者。在他的遗嘱中，他利用他的巨 大财富创立了诺贝尔奖，各种诺贝尔奖项均以他的名字命名。
二、物理学家们的伟大贡献
哥白尼
伽利略 牛顿
哥白尼（1473 ～1543), 波兰科学家：提出“日心说”
伽利略(1564~1642),意大利物 理学家：实验和数学相结合研究
物理学，近代实验科学的先驱者.
牛顿（1643~1727），英国物理 学家，经典物理学的奠基者，主要 贡献：《自然哲学的数学原理》 、 万有引力定律、牛顿三大运动定律 等。
认识物理学
一、什么是物理学？
物理学是认识世界的科学；物理学是改变 世界的科学；物理学是产生科学思想、科学 方法和科学精神的科学，因而是对人的科学 素质培养具有特殊教育功能的科学。
认识物理学
1、认识世界的科学 （1）使人类认识了物质世界的各种运动（宏观和微观）
（2）揭开物质世界结构的秘密
银河系
分子模型
E=mc2
初中物理 讲座 课件
总结词
了解光的直线传播、反射、折射 和干涉等基本现象，掌握光学仪 器的工作原理。
电学基础
总结词
掌握电荷、电场、电流和电阻等基本概念，理解欧姆定律和串并联电路的工作原理 。
热学基础
热力学第一定律
能量守恒定律在热力学中的表现形式，表 明在一个封闭系统中，能量不能消失或产 生，只能从一种形式转化为另一种形式。
反思与改进
总结实验结论，强调物理知识在实际 生活中的应用。
04
生活中的物理现象
生活中的力学现象
总结词
力学现象在日常生活中无处不在，如 物体的运动、力的作用等。
详细描述
重力、摩擦力、弹力等现象在日常生 活中经常出现，如物体的自由落体、 滑行时的摩擦阻力、弹性形变等。
生活中的光学现象
总结词
光学现象涉及到光的产生、传播、反射、折射等，与人们的视觉感知密切相关 。
劳逸结合
04
合理安排休息时间，避免过度疲劳影响学习效 率。
学习心态与情绪调节
保持积极心态
相信自己能够学好物理 ，遇到困难时保持乐观
心态。
增强自信心
通过不断取得进步和成 功，提高自信心，增强
学习动力。
情绪调节
遇到挫折和困难时，学 会调节情绪，保持冷静
心态。
THANKS
光学基础
光的折射
光在不同介质中传播时，其速度 会发生变化，导致光线方向发生 偏转。
光的直线传播
光在同一种均匀介质中沿直线传 播，遇到不透明物体时会在其后 形成影子。
05
04
03
02
01
光的干涉
两束或多束相干光波相遇时，会 因相位差而产生加强或减弱的现 象。
光的反射
大物第一章ppt课件
● 笔记：抓住重点
● 作业： 要能够举一反三，一题多解
● 参考书： 《大学物理学》 张三慧 主编 清华大学出版社 《大学物理教程》 吴锡珑 主编 高等教育出版社 《大学物理学习指导》 张孝林 主编 科学出版社
大学物理网站：精选课件ppt
6
第一篇 力 学
力学 —— 研究物体机械运动的规律
• 机械运动 —— 物体相对于其他物体的位置随时间发生变 化，或物体内部的各个部分的相对位置随时间发 生变化
● 波动 (Waves) 研究宏观物质世界中的波动，包括实物媒质中的波和场的波
● 相对论 (Relativity) 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 (Quantum mechanics)
研究微观物质运动现象以及基本运动规律
精选课件ppt
5
五. 要求
● 听课和阅读：信息量较大，进度较快，范围较宽 要求：重视分析、思考，抓住主线、核心，学会归纳
O • O•
r r r
14
二. 速度 ( 描述物体运动状态的物理量 )
1. 平均v 速 度Δ r r (t t) r (t)
t
t
在直角坐标系中
v xiyjzk t t t
r(t) r r (t t)
例：求自由落体运动的 v
y 1 gt2
2
y y (t t) y (t) 1g (t t)2 1g2 tg tt 1g t2
位移矢量反映了物体运动中位置 ( 距离与方位 ) 的变化。
讨论
P s
•
r(t) r
• P’
O • r (t t)
(1) 位移是矢量（有大小，有方向）
位移不同于路程 rS
(2) 位移与参照系位置的变化无关
● 作业： 要能够举一反三，一题多解
● 参考书： 《大学物理学》 张三慧 主编 清华大学出版社 《大学物理教程》 吴锡珑 主编 高等教育出版社 《大学物理学习指导》 张孝林 主编 科学出版社
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6
第一篇 力 学
力学 —— 研究物体机械运动的规律
• 机械运动 —— 物体相对于其他物体的位置随时间发生变 化，或物体内部的各个部分的相对位置随时间发 生变化
● 波动 (Waves) 研究宏观物质世界中的波动，包括实物媒质中的波和场的波
● 相对论 (Relativity) 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 (Quantum mechanics)
研究微观物质运动现象以及基本运动规律
精选课件ppt
5
五. 要求
● 听课和阅读：信息量较大，进度较快，范围较宽 要求：重视分析、思考，抓住主线、核心，学会归纳
O • O•
r r r
14
二. 速度 ( 描述物体运动状态的物理量 )
1. 平均v 速 度Δ r r (t t) r (t)
t
t
在直角坐标系中
v xiyjzk t t t
r(t) r r (t t)
例：求自由落体运动的 v
y 1 gt2
2
y y (t t) y (t) 1g (t t)2 1g2 tg tt 1g t2
位移矢量反映了物体运动中位置 ( 距离与方位 ) 的变化。
讨论
P s
•
r(t) r
• P’
O • r (t t)
(1) 位移是矢量（有大小，有方向）
位移不同于路程 rS
(2) 位移与参照系位置的变化无关
大学物理第一章课件
04
大学物理第一章：电磁学基础
电场与电场强度
电场
电荷和电流在空间中激发的场，对其 中运动的电荷产生力的作用。
电场强度
描述电场对电荷作用力大小的物理量， 用矢量表示，单位是伏特/米（V/m） 或牛顿/库仑（N/C）。
电场线
用来形象地描述电场的强弱和方向的 假想线，电场线上每一点的切线方向 表示该点的电场强度方向。
动量与角动量
动量
一个物体的质量与它的速度的乘 积，表示物体运动的量。
角动量
一个旋转物体的转动惯量与它的 角速度的乘积，表示物体旋转运 动的量。
功与能
功
力在物体运动轨迹上所做的乘积，表 示力对物体运动所做的贡献。
能
一个物体由于它的运动或位置而具有 做功的能力，表示物体运动或位置的 量。
03
大学物理第一章：热学基础
大学物理课程是高等教育的必修基础课程之一，旨在为学生提供物理学的 基本概念、原理和方法，培养其科学素养和解决实际问题的能力。
课程目标
01
掌握物理学的基本概念和原理，理解物质的基本性 质和运动规律。
02
学会运用物理学原理和方法分析、解决实际问题， 培养科学思维和创新能力。
03
培养学生对自然界的敬畏和好奇心，激发探索未知 世界的热情和追求科学的动力。
偏振分类
偏振分为线偏振、椭圆偏振和圆偏振三种类型。
偏振应用
偏振现象在光学仪器、通信和信息处理等领域有 广泛应用，如偏振眼镜、液晶显示等。
06
大学物理第一章：近代物理简介
量子力学基础
量子态与波函数
01
描述微观粒子状态的数学函数，具有波粒二象性。
薛定谔方程
02
描述粒子在给定势能下的运动状态的偏微分方程。
物理学课件
磁场与磁感应强度
磁场
磁场是电场的一种特殊形态，它存在于磁性物质或电流周围。
磁感应强度
磁感应强度是描述磁场中某点磁场强度大小的物理量，它与电场中的电场强度类似。
电磁感应与电磁波
电磁感应
电磁感应是法拉第发现的电磁现象之一，它描述了磁场变化时在导体中产生感应电流的 现象。
电磁波
电磁波是电磁场中的波动现象，它包括无线电波、红外线、可见光、紫外线等不同频率 的电磁波。
量子隐形传态
利用量子纠缠实现信息的传递 ，即使跨越很远的距离，也能
实现信息的瞬间传递。
06
CHAPTER
量子力学与相对论
量子力学的产生与发展
1 2 3
黑体辐射问题
19世纪末，科学家们发现黑体辐射的能量分布不 符合经典物理学的预测，这成为了量子力学发展 的起点。
光电效应
1905年，爱因斯坦提出了光电效应定律，解释 了光子与电子之间的相互作用，为量子力学的发 展奠定了基础。
物理学课件
目录
CONTENTS
• 物理学概述 • 经典力学 • 热力学与统计物理 • 电磁学 • 光学 • 量子力学与相对论
01
CHAPTER
物理学概述
物理学的定义与性质
物理学定义
物理学是一门研究物质的基本构造和相互作用的自然科学。它涉及到物体的运 动、能量、力、热、光、电、磁等方面的研究。
物理学性质
02
近代物理学
从17世纪到19深刻的变化。牛顿提出的力学理论，以及后来麦克斯韦提出
的电磁场理论，都是近代物理学的重要成果。
03
现代物理学
从20世纪初开始，物理学经历了一次深刻的革命，即量子力学的创立。
量子力学的发展为现代物理学奠定了基础，同时也为其他自然科学的发
大学物理PPT完整全套教学课件pptx(2024)
2
匀速圆周运动的实例分析
3
2024/1/29
13
圆周运动
2024/1/29
01
变速圆周运动
02
变速圆周运动的特点和性质
03
变速圆周运动的实例分析
14
相对运动
2024/1/29
01 02 03
参考系与坐标系 参考系的选择和建立 坐标系的种类和应用
15
相对运动
2024/1/29
相对速度与牵连速度 相对速度的定义和计算
2024/1/29
简谐振动的动力学特征
分析简谐振动的动力学特征，包括回复力、加速度 、速度、位移等物理量的变化规律。
简谐振动的能量特征
讨论简谐振动的能量特征，包括动能、势能 、总能量等的变化规律，以及能量转换的过 程。
32
振动的合成与分解
2024/1/29
同方向同频率简谐振动的合成
分析两个同方向同频率简谐振动的合成规律，介绍合振动振幅、合 振动相位等概念。
5
大学物理的研究方法
03
观察和实验
建立理想模型
数学方法
物理学是一门以实验为基础的自然科学， 观察和实验是物理学的基本研究方法，通 过实验可以验证物理假说和理论，发现新 的物理现象和规律。
理想模型是物理学中经常采用的一种研究 方法，它忽略了次要因素，突出了主要因 素，使物理问题得到简化。
数学是物理学的重要工具，通过数学方法 可以精确地描述物理现象和规律，推导物 理公式和定理。
2024/1/29
适用范围
适用于一切自然现象，包括力学、热学、电磁学 、光学等各个领域。
应用举例
热力学第一定律、机械能守恒定律、爱因斯坦的 质能方程等。
匀速圆周运动的实例分析
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圆周运动
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01
变速圆周运动
02
变速圆周运动的特点和性质
03
变速圆周运动的实例分析
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相对运动
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01 02 03
参考系与坐标系 参考系的选择和建立 坐标系的种类和应用
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相对运动
2024/1/29
相对速度与牵连速度 相对速度的定义和计算
2024/1/29
简谐振动的动力学特征
分析简谐振动的动力学特征，包括回复力、加速度 、速度、位移等物理量的变化规律。
简谐振动的能量特征
讨论简谐振动的能量特征，包括动能、势能 、总能量等的变化规律，以及能量转换的过 程。
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振动的合成与分解
2024/1/29
同方向同频率简谐振动的合成
分析两个同方向同频率简谐振动的合成规律，介绍合振动振幅、合 振动相位等概念。
5
大学物理的研究方法
03
观察和实验
建立理想模型
数学方法
物理学是一门以实验为基础的自然科学， 观察和实验是物理学的基本研究方法，通 过实验可以验证物理假说和理论，发现新 的物理现象和规律。
理想模型是物理学中经常采用的一种研究 方法，它忽略了次要因素，突出了主要因 素，使物理问题得到简化。
数学是物理学的重要工具，通过数学方法 可以精确地描述物理现象和规律，推导物 理公式和定理。
2024/1/29
适用范围
适用于一切自然现象，包括力学、热学、电磁学 、光学等各个领域。
应用举例
热力学第一定律、机械能守恒定律、爱因斯坦的 质能方程等。
物理学课件ppt
02
量子光学的应用
包括量子计算、量子通信和量子传感等领域的应 用。
05
相对论
狭义相对论
狭义相对论的基本假设
物理定律在所有惯性参照系中形式都保持不 变。
狭义相对论的质量观
物体在运动时的质量比静止时大。
狭义相对论的时空观
时间和空间是紧密联系的，它们组成了所谓 的时空。
狭义相对论的能量观
能量和动量是互补的，不能同时测准。
法拉第电磁感应定律表述 了感应电动势与磁通量变 化率之间的关系。
楞次定律说明了感应电流 的方向总是试图阻止产生 它的磁场变化。
麦克斯韦方程组
麦克斯韦方程组描述了电 磁场的运动规律，预言了 电磁波的存在。
04
光学
波动光学
光的干涉
包括干涉现象、干涉条纹 的形状和干涉图样的解释 。
光的偏振
包括偏振现象、偏振光的 产生和传播以及偏振的应 用。
光的衍射
涉及衍射现象、衍射条纹 的形状以及衍射和干涉之 间的关系。
几何光学
01
02
03
光线的基本概念
涉及光线、光线传播的方 向和光线传播的路径等问 题。
反射现象
包括镜面反射、漫反射和 全反射等现象及其应用。
折射现象
涉及折射定律、折射率的 概念以及折射的应用。
量子光学
01
光的量子性
涉及光的波粒二象性、光的量子态和量子测量等 问题。
物理学课件
目录
• 力学基础 • 热力学 • 电学 • 光学 • 相对论 • 近代物理
01
力学基础
牛顿运动定律
01 牛顿第一定律
物体总保持匀速直线运动或静止状态，除非作用 在它上面的力迫使它改变这种状态。
量子光学的应用
包括量子计算、量子通信和量子传感等领域的应 用。
05
相对论
狭义相对论
狭义相对论的基本假设
物理定律在所有惯性参照系中形式都保持不 变。
狭义相对论的质量观
物体在运动时的质量比静止时大。
狭义相对论的时空观
时间和空间是紧密联系的，它们组成了所谓 的时空。
狭义相对论的能量观
能量和动量是互补的，不能同时测准。
法拉第电磁感应定律表述 了感应电动势与磁通量变 化率之间的关系。
楞次定律说明了感应电流 的方向总是试图阻止产生 它的磁场变化。
麦克斯韦方程组
麦克斯韦方程组描述了电 磁场的运动规律，预言了 电磁波的存在。
04
光学
波动光学
光的干涉
包括干涉现象、干涉条纹 的形状和干涉图样的解释 。
光的偏振
包括偏振现象、偏振光的 产生和传播以及偏振的应 用。
光的衍射
涉及衍射现象、衍射条纹 的形状以及衍射和干涉之 间的关系。
几何光学
01
02
03
光线的基本概念
涉及光线、光线传播的方 向和光线传播的路径等问 题。
反射现象
包括镜面反射、漫反射和 全反射等现象及其应用。
折射现象
涉及折射定律、折射率的 概念以及折射的应用。
量子光学
01
光的量子性
涉及光的波粒二象性、光的量子态和量子测量等 问题。
物理学课件
目录
• 力学基础 • 热力学 • 电学 • 光学 • 相对论 • 近代物理
01
力学基础
牛顿运动定律
01 牛顿第一定律
物体总保持匀速直线运动或静止状态，除非作用 在它上面的力迫使它改变这种状态。
物理知识 ppt课件
欧姆定律
在纯电阻电路中，电流与电压成正比 ，与电阻成反比。
电阻的串联与并联
多个电阻串联时，总电阻等于各电阻 之和；多个电阻并联时，总电阻的倒 数等于各电阻倒数之和。
电势与电容
电势的概念
电容的概念
电势是描述电场中某点电荷所具有的势能 大小的物理量，其大小与该点到零势能点 的距离有关。
电容是描述电容器存储电荷能力的物理量 ，其大小与电容器两极板间的距离、相对 面积和介电常数等因素有关。
物态变化的吸热和放热
物质在物态变化过程中会吸收或放出热量。
凝固
物质从液态变为固态的过程，需要放出热量 。
热力学第一定律和第二定律
热力学第一定律
能量守恒定律在热力学中的表现，表述 为热量可以从一个物体传递到另一个物 体，也可以与机械能或其他能量互相转 换，但是在转换过程中能量的总值保持 不变。
VS
热力学第二定律
06
原子与量子物理
原子的结构与性质
原子的结构
原子由原子核和核外电子组成， 原子核由质子和中子组成。
原子的性质
原子的质量、电荷数、核外电子排 布等。
原子能级
原子的核外电子在不同的能级上运 动，能级的高低决定了电子的能量 。
量子力学的基本概念
量子态
量子力学中的基本状态，描述了 微观粒子如电子、光子的运动状
光的波动性
光是一种电磁波，具有振 幅、频率和相位等波动特 性。
光的粒子性
光可以看作是由光子组成 的粒子流，每个光子具有 能量和动量。
光的折射与反射
折射定律
当光线从一种介质进入另 一种介质时，其传播方向 会发生改变，遵循折射定 律。
反射定律
光线在物体表面发生反射 时，遵循反射定律，入射 角等于反射角。
物理ppt课件
物理学的发展历程
古典物理学
现代物理学
古典物理学的发展始于古代，经历了 文艺复兴、牛顿时代等阶段，建立了 经典力学、光学、声学等理论体系。
现代物理学在相对论和量子力学的框 架下继续发展，探索宇宙的起源、演 化以及微观粒子的性质和行为。
近代物理学
随着工业革命和科技进步，近代物理 学逐渐兴起，研究领域不断扩大，涉 及电磁学、热学、相对论和量子力学 等领域。
镜像
光滑平面可以形成物体的镜像，镜像与原物体左右相反，上下一致。
干涉与衍射
干涉
两束或多束光波在空间某一点叠加时，会形成明暗相间的干涉条纹。
衍射
光波遇到障碍物或通过小孔时，会绕过障碍物继续传播，形成衍射现象。
06
原子与量子物理
原子的结构与性质
原子的核式结构
原子由原子核和核外电子组成，原子核由质子和 中子组成，电子围绕原子核旋转。
作用力和反作用力大小相 等，方向相反，作用在同 一条直线上。
动量与冲量
动量
物体的质量与速度的乘积，表示 物体运动的量。
冲量
力与作用时间的乘积，表示力的 时间积累效应。
功与能
功
力与物体在力的方向上通过的距离的乘积，表示力对空间积 累效应。
能
物体运动状态的改变所对应的物理量，表示物体运动状态的 量。
热力学第一定律与第二定律
热力学第一定律
能量守恒定律，即在一个封闭系统中，能量不能凭空产生也不能 凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式。
热力学第二定律
热传导定律，即热量只能自发地从高温物体传递到低温物体，而不 引起其他变化的自然过程。
热力学第二定律的应用
热力学第二定律可以应用于许多领域，例如制冷、空调、热力发电 等。
物理ppt课件
牛顿运动定律
01
02
03
内容
介绍牛顿运动定律的基本 内容，包括第一、第二和 第三定律的表述和解释。
实验验证
通过实验演示来验证牛顿 运动定律的正确性，例如 小球在斜面上的运动、抛 体运动等。
应用
举例说明牛顿运动定律在 日常生活和工程中的应用 ，如车辆动力学、航空航 天工程等。
功与能
内容
介绍功与能的概念及其关系，包 括力的作用效果、功的定义、功
光的偏振与全反射
光的偏振
光波在传播过程中，其振动方向 相对于传播方向的不对称性称为 光的偏振。只有横波才能发生偏 振现象
全反射
光线从光密介质射向光疏介质时 ，如果入射角大于临界角，光线 将全部反射回原介质的现象叫全 反射现象
光学仪器与应用
显微镜
显微镜是一种精密的光学仪器，可以放大微小物体，帮助人们观察 它们的细节
通过实验来验证转动和弹性力学 的规律，例如利用三线摆测量转 动惯量、利用拉伸和压缩实验测
量弹性模量等。
应用
举例说明转动与弹性力学在日常 生活和工程中的应用，如结构动
力学、机械振动等。
03
电学
静电学基础
静电现象
探讨静电现象的产生、表 现和基本原理。
电荷与电场
解释电荷、电场的概念， 以及电场线的方向和分布 。
望远镜
望远镜是一种用于观察远处物体的光学仪器，它可以将远处的物体 拉近，帮助人们更好地观察星空、天体等
摄影器材
摄影器材是利用光学原理进行拍摄的设备，包括照相机、摄像机等。 这些设备可以将图像记录下来，方便人们保存和分享
05
热学
热力学基础
总结词
热力学的基本概念、定律和原理。
初中物理基本概念
初中物理基本概念第一章机械能1. 一个物体能够做功，这个物体就具有能（能量）。
2. 动能：物体由于运动而具有的能叫动能。
3. 运动物体的速度越大，质量越大，动能就越大。
4. 势能分为重力势能和弹性势能。
5. 重力势能：物体由于被举高而具有的能。
6. 物体质量越大，被举得越高，重力势能就越大。
7. 弹性势能：物体由于发牛弹性形变而具的能。
8. 物体的弹性形变越大，它的弹性势能就越大。
9. 机械能:动能和势能的统称。
（机械能二动能+势能）单位是：焦耳10. 动能和势能之间可以互相转化的。
方式有：动能f 重力势能:动能一弹性势能。
11. 自然界中可供人类大量利用的机械能有风能和水能。
第二章分子运动论初步知识1. 分子运动论的内容是：（1）物质由分子组成；（2）—切物体的分子都永丕停息地做无规则运动。
（3）分子间存在相互作用的引力和斥力。
2. 扩散：不同物质相互接触，彼此进入对方现象。
3. 固体、液体压缩时分子间表现为斥力大于引力。
固体很难拉长是分子间表现为引力大于斥力。
4. 内能：物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和叫内能。
（内能也称热能）5. 物体的内能与温度有关：物体的温度越高，分子运动速度越快，内能就越大。
6. 热运动：物体内部大量分子的无规则运动。
7. 改变物体的内能两种方法：做功和热传递，这两种方法对改变物体的内能是等效的。
8. 物体对外做功，物体的内能减小：外界对物体做功，物体的内能增大。
9. 物体吸收热量，当温度升高时，物体内能增大；物体放出热量，当温度降低时，物体内能减小。
10. 所有能量的单位都是：焦耳。
11. 热量（Q）:在热传递过程中，传递能量的多少叫热量。
（物体含有多少热量的说法是错误的）12. 比热（C）:单位质量的某种物质温度升高（或降低）1£,吸收（或放出）的热量叫做这种物质的比热。
（物理意义就类似这样回答）13. 比热是物质的一种属性，它不随物质的体积、质量、形状、位置、温度的改变而改变，只要物质相同，比热就相同。
《普通物理学》PPT课件
第一，线性现象一般表现为时空中的平滑运动， 并可用性能良好的函数表示；而非线性现象则表现为 从规则运动向不规则运动的转化和跃变．
第二，线性系统往往表现为对外界的影响成比例 地变化；而非线性系统中参量在一些关节点上的极微 小变化，可引起系统运动形式的决定性改变。
第三，反映在连续介质中的波动上，线性行为表 现为色散引起波包的弥散，导致结构的消失，而非线 性作用却可促使空间规整性结构的形成和维持．
自然界大量存在的相互作用是非线性的，线性作用 只不过是非线性作用在一定条件下的近似．
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二、混沌和牛顿力学的内在随机性
1.混沌 由确定性方程描述的简单系统可以出现极为复杂
的貌似随机的无规运动，这就是混沌． 常见的混沌想象
(1)天体力学中的地球上流星的起源问题 太阳系的小行星大部分存在与火星与木星之间，
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我们以湍流的形成为例进行说明． 湍流现象是种混沌，它普遍存在于行星和地球大
气、海洋与江河、火箭尾流乃至血液流动等自然现象 之中.流体的运动一般用确定性的流体力学方程描述.
当流体绕过圆柱体流动 时，随着表征流体中外力 与黏性力竞争的雷诺数的 不断增大，当雷诺数达到 某个临界值时，流动中就 出现湍流.当雷诺数Re<1时 ，流动情形如图 (a)所示.增 大流速，使雷诺数Re≈20时, 可看到圆柱体后面出现两 个对称的涡旋，如图(b)
若系统表现为周期运动，那么系统就只有很少 的运动模式，无法应付多变的环境中所出现的种 种突变，这会导致系统损伤和功能失调。
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2.内随机性
随机性：在一定条件下，如果系统的某个状态 既可能出现，也可能不出现。
外随机性 系统自身不会出现随机性，随机性来 自系统外部或某些尚不清楚的原因的 干扰作用。
第二，线性系统往往表现为对外界的影响成比例 地变化；而非线性系统中参量在一些关节点上的极微 小变化，可引起系统运动形式的决定性改变。
第三，反映在连续介质中的波动上，线性行为表 现为色散引起波包的弥散，导致结构的消失，而非线 性作用却可促使空间规整性结构的形成和维持．
自然界大量存在的相互作用是非线性的，线性作用 只不过是非线性作用在一定条件下的近似．
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二、混沌和牛顿力学的内在随机性
1.混沌 由确定性方程描述的简单系统可以出现极为复杂
的貌似随机的无规运动，这就是混沌． 常见的混沌想象
(1)天体力学中的地球上流星的起源问题 太阳系的小行星大部分存在与火星与木星之间，
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我们以湍流的形成为例进行说明． 湍流现象是种混沌，它普遍存在于行星和地球大
气、海洋与江河、火箭尾流乃至血液流动等自然现象 之中.流体的运动一般用确定性的流体力学方程描述.
当流体绕过圆柱体流动 时，随着表征流体中外力 与黏性力竞争的雷诺数的 不断增大，当雷诺数达到 某个临界值时，流动中就 出现湍流.当雷诺数Re<1时 ，流动情形如图 (a)所示.增 大流速，使雷诺数Re≈20时, 可看到圆柱体后面出现两 个对称的涡旋，如图(b)
若系统表现为周期运动，那么系统就只有很少 的运动模式，无法应付多变的环境中所出现的种 种突变，这会导致系统损伤和功能失调。
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2.内随机性
随机性：在一定条件下，如果系统的某个状态 既可能出现，也可能不出现。
外随机性 系统自身不会出现随机性，随机性来 自系统外部或某些尚不清楚的原因的 干扰作用。
第一讲物理学的基本概念范畴教学课件共32页文档
p2
★自由粒子的能量和动量的关系 E
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2
10
★改写（1）（2）式
i E(1) t
Ei t
2 x 2 2 y 2 2 z 2 2 p2 z2 (2) 2 2 ( i ) i ( ) ( p p )
两种量子场的统一 5
⑶实物与场的统一：量子场论关于场的特性和实物粒子的特性
①一切微观粒子(实物粒子和媒介粒子 )都对应其量子场(实物
粒子场和媒介粒子场) ②实物粒子场(电子场……)—— 没有经典场概念与其对应量; ③相互作用场(电磁场、引力场……)——有经典场概念与其对
应量，是相互量子场的极限； ④任何量子场都是真实的物理波场，可以用波动方程描述；
第四篇 物质的波粒二象性
第12章 光的二象性 第13章 物质波——量子力学基础 第14章 原子物理学
第五篇 大量粒子运动的宏观规律
第15章 热力学 第16章 统计物理学基础
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3、时间与空间
秒：①一个“平太阳日”的1/86400为1秒；1967年，铯-133
⑴ 单位
原子基态，在零磁场跃迁周期：1秒=9192631770T。
比如，电磁学：电场强度、电势差、位移电流、涡旋电场… 比如，光学：干涉、衍射、偏振、双折射…
二、物理学的研究对象 物质的结构以及各种低级的运动形式
21.09.2019
2
三、大学物理学基本概念范畴的简单讨论
1、实物与场
物质的定义：客观实在性……——无论实物还是场……
⑴ 关于实物
实物的 （到目前）
十种形态
①场是物质存在更基本的形态:
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15.05.2020
不完全成熟的量子力学、不成熟现代宇宙学
2
⑵ 关于场
目前对场 的认识
①传递实物间相互作用的一种形态；
②场是物质存在的基本形态；
③场可以量子化—— 波粒二象性 Eh
ph
④场与实物并无定性区别：—— 质能守恒 Emc2
描述场运动规律的理论：成熟的电动力学、不完全成熟的量子场论
量子力学的不足
●对波函数求时间t 的偏导数，得
yAsi n(tx)
t
2t2y2Acos(tux)
●对波函数求传播空间x 的偏导数，得
yAsi n(tx)
x u
u
x2y2 u22
Acos(tx)
u
●综合，得
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2y 1 2y x2 u2 t2
←波动方程
物理学的典型方程之
一；麦克斯韦据此推
断出光的电磁说
微观粒子 （正、反粒子）
媒介粒子
质子、中子、 轻子（电子、中微子） 夸克…
引力子？ 光子 中间玻色子…
⑵ 两类波 介质波 机械波：声波、水波… 概率波 波粒二象性 ：光波、物质波（德布罗意波）…
●介质波：需要介质（媒质），介质粒子的振动——能量的 传播，介质粒子没有迁移……是一种经典的机械波；
●概率波：无需介质（媒质），波动场粒子可以脱离波源独立
引力相互作用
电磁相互作用
弱相互作用
强相互作用
量子几何动力学 (引力场、实物粒子场)
量子电动力学
量子味动力学
量子色动力学
(电磁场、电子场) (电磁场、电子场) (胶子场、夸克场)
统一场论 （1引5.0力5.2场020与电磁场的统一）
大统一理论 四种相互作用
超统一理论，超对称理论 实物粒子场与 相互作用场
日常条件 固、液、气、非晶态、液晶态
超高温 等离子态：恒星内部…
超高压 超固态：恒星后期的“白矮星”，原子被压碎 中子态：恒星后期的“中子星” ，原子核被压碎 黑洞……
超低温 超导态：比如，水银的温度将到4.173K，即 — 269℃时…
超流态：比如，液态氦的温度将到2. 17K， 出现超流动态…
描述实物运动规律的理论：成熟的经典力学、热力学、电动力学；
两种量子场的统一 4
⑶实物与场的统一：量子场论关于场的特性和实物粒子的特性 ①一切微观粒子(实物粒子和媒介粒子 )都对应其量子场(实物
粒子场和媒介粒子场) ②实物粒子场(电子场……)—— 没有经典场概念与其对应量; ③相互作用场(电磁场、引力场……)——有经典场概念与其对
应量，是相互量子场的极限； ④任何量子场都是真实的物理波场，可以用波动方程描述；
8
●概率波（波粒二象性）的薛定谔方程
★自由粒子的波函数——平面波 (r,t)Ae i(p rE)t
●将该波函数对时间求导，得
iE (1) t
●将波函数求空间x的偏导数，得 2 x 2A 22e p i(pxxpyypzzE)t p2 x 2
同理可得
2 py2 y2 2
2 z2
pz2 2
比如，电磁学：电场强度、电势差、位移电流、涡旋电场…
比如，光学：干涉、衍射、偏振、双折射…
二、物理学的研究对象 物质的结构以及各种低级的运动形式
15.05.2020
1
三、大学物理学基本概念范畴的简单讨论
1、实物与场
物质的定义：客观实在性……——无论实物还是场……
⑴ 关于实物
实物的 （到目前）
十种形态
第一讲 物理学的基本概念范畴
一、物理学的概念范畴
1、总范畴
物质存在的基本形态：实物与场（粒子与场） 物质的根本属性：运动的绝对性、运动描述的相对性、
各种低级的运动形式
物质存在的基本形式：时间和空间←光延性
2、具体学科的范畴
比如，力学：力、质量、惯性、碰撞、参照系…
比如，热学：温度、内能、理想气体、熵、… 基本概念——导出概念
用算符进行描述其运动规律 ⑤量子场的基态：“真空态”，彻底否定了脱离物质的绝对时空观；
实物粒子场
狄拉克方程
引力场
电磁场
弱相互作用场
强相互作用场
引力场方程
麦克斯韦方程组
普罗卡方程
量子色动力学
15.05.2020
相对论粒子方程
5
⑷ 大学物理学概念体系的尝试1——“实物与场”的角度
第一篇 宏观力学
第1章 第2章 第3章 第4章
低速范围的宏观力学——牛顿力学 高速范围的宏观力学——狭义相对论 万有引力场与天体力学 广义相对论与宇宙学基础
第二篇 电磁场
第5章 第6章 第7章 第8章 附录
电荷与电场 电流与磁场 电磁感应 麦克斯韦方程组与电磁辐射 高速运动的电荷与电场的磁场统一性
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6
2、粒子与波
实物粒子
⑴两类粒子
★算符
E i
t pi
Ei(3) t
2 2 ( i ) i ( ) ( p p ) ( 4 )
●设力场的势能函数为，U(r)
三式相加得 2 x 2 2 y 2 2 z 2 2 p 2 z 2 (2 )
p2
★自由粒子的能量和动量的关系 E
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★改写（1）（2）式
i E(1) t
Ei t
2 x 2 2 y 2 2 z 2 2 p2 z2 (2) 2 2 ( i ) i ( ) ( p p )
的传播——能量的传播；波强弱并非是波动场粒子的真实行
为，只是波动场粒子的可能出现的时空几率……是一种不完
15.05备.202的0 量子观点、波粒二象性的描述；
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●介质波（机械波）波动方程
★设原点的扰动函数——简谐运动 Fk y y0A cots
★平面简谐波的波函数 yAcos(tx) y A cot sk (r ) u
场处于基态时——无能量、信号释放； 实物粒子——是场量子的激发态； ②两种场: 实物粒子场—— 场量子是实物粒子：电子场、中子场…… 相互作用场—— 场量子是媒介粒子：引力场、电磁场…… ③真空是各种量子场的基态——零点振动和虚粒子……
④实物粒子之间的相互作用表现为场之间的相互作用；
实物粒子场
相互作用场
①主要侧重于实物粒子的波粒二象性，甚至没有把光当作粒子处理；
②在粒子的基础上谈其波动性——概率波——波、粒二象性地位不平等；
③实物粒子的波动性——概率波——不是真正物理波场；
④不能描述粒子的产生与消失——微观粒子的转化；
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⑶实物与场的统一：量子场论关于物质存在形式的基本观点：
①场是物质存在更基本的形态: