绪论和第一章 ppt课件

4. 物理学与科学技术
没有今日的基础科学，就没有明日的科技应用，……可以想像，我们现在的 基础科学将怎样地影响21世纪的科技文明。－－李政道
（1）人类科技发展史上的历次工业革命与物理学的关系 *第一次工业革命（17～18世纪）：工业的机械化；
【基础】牛顿力学和热力学的发展，【标志】蒸汽机
*第二次工业革命（19世纪）：工业的电气化；
绪论和第一章 ppt课件
答疑时间： 周二下午 1:00～4:00 地点： 主楼C座0521
作业：学完一章交一次作业，每周二上课 时交给各班物理课代表，由课代表 送到主楼C座0521室
老师信息：姓 名：黄霞 办公室：主楼C座0521
电 话：61772749 13241862748
email: xhuang@ncepu.edu.cn
宇宙是怎样运动的呢？ 进行绝热膨胀 宇宙半径增大 宇宙密度降低 温度降低
宇宙有限又无边! 有中心?无中心?
物质世界的空间尺度——宇宙的42个台阶
宇 宙 学、 粒 子 物 理 的 奇 妙 衔 接
3.物理学的研究方法 实践—— 理论—— 实践 观察、实验、抽象、假说
演绎法－推理，演算 归纳法－假设，模型 定性和半定量－直觉 想象力 洞察力
经历时间 （年）
65 33 35 18 5 3 3 2
直接从各分支物理实验室移植到工业上的新技术
纳米（ 109）m技术 皮秒（ 10）12s技术 超导技术 …...
IBM公司构成 的铂片表面的 “一氧化碳人 ”身高5纳米 。
提供科学原理
Fra Baidu bibliotek
物 理
指导技术路线的选择和技术方案的改进
学 培养技术人员的科学品格和创新能力，使其眼
绪论
1.什么是物理学？ ——物理学是探讨物质的基本结构和基本运 动形式以及相互作用规律的科学。 是自 然科学的基础。
2.物理学的研究对象 物质世界： 宇观、宏观、微观
空间尺度(相差1045－1046) 1026 m(约150亿光年)(宇宙)－10－20 m(夸克)
时间尺度(相差1045) 1018s 150亿年(宇宙年龄)－10-27s(硬 射线周期)
速率范围 0(静止)－3×108 m/s(光速)
物质世界总图象
小尺度 —— 粒子物理学 (微观理论)
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 62 种，其中： 规范粒子 13 种
轻子
12 种
夸克
36 种
希格斯粒子
基本相互作用 : 电磁 强 弱 引力
获诺贝尔物理奖的华裔物理学家
了导体、半导体、绝缘体的性质和区别； Fermi面概念及其可测量的提出 1947年 发明晶体管 （肖克莱、巴丁、布拉顿获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）
1965年摩尔定律：芯片容量每18－24个月翻番。 70年代末 大规模和超大规模集成电路（VLIC）
【基础】电磁理论，【标志】发电机、电动机、电讯设备
*第三次工业革命（20世纪）：工业自动化与核能的应用
【基础】相对论和量子力学，【标志】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
*第四次工业革命：工业的？化 【基础】 现代物理学研究的理论与技术；【标志】纳 米技术、基因工程、超导体应用……
②激光技术的物理基础
1860年 1900年 1917年
Maxwell建立光的电磁理论; Planck提出光量子假说; Einstein提出受激辐射理论;
1953年 1958年
Towns建立第一台微波激射器; Towns ,Shawlow开始研制激光器;
1960年 Maiman制榇第一台红宝石激光器
光远，层次高，后劲足
全世界工科大学无一例外将物理作为重要基础课
5.物理学与其他学科的关系
数学、天文学、化学、生物学、地质学等
6.要求和希望 要求：① 思想上重视 ②上课认真听讲，独立完成作业 ③每章每节总结
希望： 提高科学素质和能力以适应高新技术和市场 经济的发展
现代工业技术工程师类型 工程科学家型 革新发明家型 现场工程专家型 管理规划专家型
杨振宁、李政道由于发现宇称不守恒，获1957年 诺贝尔物理学奖
获诺贝尔物理奖的华裔物理学家
丁肇中：
由于发现J粒子， 获1976年诺贝尔 物理学奖。
朱棣文：
由于激光冷却和 捕获原子的研究 获1997年诺贝尔 物理学奖。
崔琦：
由于在分数量子霍 尔效应量子现象的 研究获1998年诺贝 尔物理学奖。
大尺度 —— 天体物理学 (宇观理论)
后期
集成度以每十年一千倍速度增长.
从基本原理转变为技术的速度加快
比较
电动机 真空管 无线电
X光 雷达 原子反应堆 半导体 激光
原理发现 （年）
1821 1882 1887 1895 1935 1939 1948 1958
工业产品 （年）
1886 1915 1922 1913 1900 1942 1951 1960
1961-1965 激光光谱用于大气污染分析；半导体激光器用于激光通讯; 激光器用于激光熔炼、激光切削激光钻孔
1968年 月球上设置激光反射器；地面与卫星联系。
1982年 激光全息术
80-90年代 激光外科手术、通讯、光盘、激光武器…
③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
1896年 1905年 1911年 1925年 1932年 1933年 1945年 1952年 1954年
Becquerel 发现铀的天然放射性
Einstein 创立狭义相对论，得 Emc2
Rutherford 提出原子的有核模型 量子力学建立 建立原子核的 质子——中子 模型 发现人工放射性 实现核裂变——原子弹 实现核聚变——氢弹 建立第一座核电站（安全、清洁、经济的能源）
物理学与技术关系的两种模式
*技术 物理 技术（典型例子：热学）
*物理 技术 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。
[例] 计算机技术、激光技术、核技术、 空间技术…… 其基础正是过去大半个世纪的现代 物理学的研究成果。
物理学是一切科学技术之母！
（2）科技技术与物理学的关系： ①核技术的物理基础