《大学基础物理学》农科用教材自作pdf课件-00绪论

经典物理 物理学 关 键 概 念 的 发 展 现代物理 力学 电磁学 热学 相对论
力学 热学 电磁学 光学
大 道
相对论 量子论 非线性
致 远
量子论
时间 t 1600 1700 1800
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1900
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物理学近年来的发展：
* 粒子物理
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高能加速器产生新粒子，已发现300种。 麦克斯韦理论、狄拉克量子电动力学、重整化方法。
二十世纪以古典物理学为基础，还有很多 重要的发明与应用：
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1901年马可尼成功地发射了无线电波，无 线电广播和通讯就得到了大规模的推广应用；
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1936年又发明了磁带录音； 1937年发明了雷达； 1939年开始调频广播； 1947年发明了晶体管； 1958年超声技术开始在医疗中间应用。 1960年发明了红宝石激光器； 1975年液晶显示用于计算器； 1982年激光唱盘问世 .
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物理学还为所有其他的科学提供了强有力的研究工具:
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五十年代就已经把X光用于生物分子的结构分析，最重要 的是它在五十年代首次分析了DNA的双螺旋结构;
大
而CT、核磁共振、正电子CT、PET、基因芯片、激光、超道 声、微波等等都广泛用于医疗和生物的研究; 用现代物理学开发出来的显微镜，我们已经可以清楚 地看到细胞的活动; 在量子力学和相对论的指导下面创造了崭新的探测和控 制原子的手段，像同步辐射光源，快中子束和离子束，微光 机电器件，功能核磁共振，隧道扫描显微镜，原子力显微 镜，激光镊子等等，为开创纳米科技的研究提供了有力的工 具 .
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绪论
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物理学的研究对象
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大
学习物理学的意义
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物理学的学习方法
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物理学的研究对象
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★物理学： 研究物质运动最一般规律和物质结 大
构的科学，包括机械运动、分子运动、电磁运 动、原子核和原子核的运动。
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★物理学的研究对象
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联合 国大 会于 2004 年6月 通过 了 2005 年为 “国际 物理 年”的 决 议。
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大宝 道岛 生 根
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海 海 纳 纳 百百 川川
联合国大会于2004年6月通过了2005年为“国际物理 年”的决议。决议全文如下： 联合国大会，承认物理学为了解自然界提供了重要基 大宝 础； 注意到物理学及其应用是当今众多技术进步的基石；道 确信物理教育提供了建设人类发展所必需的科学基础 岛 致 设施的工具， 生 意识到2005年是爱因斯坦关键性科学发现一百周年， 远 根 这些发现为现代物理学奠定了基础， 1. 欢迎联合国教科文组织宣布2005年为国际物理年； 2. 邀请联合国教科文组织，与世界各国，包括发展中 国家，的物理学会和团体一道，组织活动庆祝2005年 国际物理年; 3. 宣告2005年为国际物理年.
• 从经典物理学到量子力学过渡时期的三个重大问题的提出 •• 黑体辐射问题，即所谓“紫外灾难”。 •• 光电效应 康普顿效应。 •• 原子的稳定性和大小。
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学习物理学的意义
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霍金：我发现物理学和宇宙学是 极其激动人心的，它就像星球航 行，勇敢地向未被征服的领域前 大 进。我能够在头脑中探索黑洞，进 入到宇宙最远的地方。我的建议 道 是，如果你想进入空间，就进入物 理学。 斯蒂芬·霍金出生于1942年1月8日，那一天刚好是伽利略逝世300年。23 致
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10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
人类文明
11 10
人寿命
9 8
地球公转（年）
7 0 -2
摆钟周期 电视扫描周期
-3 -25
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(顶夸克)
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• 物理学的分支及近年来发展的总趋势
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三、光技术的应用 四、电子束和重离子束技术的应用 五、核技术应用
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物理学是所有其他自然科学的基础， 所以对其它自然科学均有很好的指导作 用。 物理学是历次技术革命的源泉，物 理学研究带来的新技术和新产品层出不 穷，从根本上改变了人们的生产方式和 生活方式,所以科教兴国需用物理学，二 十一世纪需要物理学。
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太 阳 系 （ ～ 1 光 小 时） 太阳 人
1 10 10
-3
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DNA 长 度 细胞 原子 原子核 e, z 0 , w ± ,ν
-6 -10
10 10
-15 -17
＜ 10
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时间尺度
时间（秒）
10 10
18 17 14 12
宇宙年龄 地球年龄 古人类
2交变电场技术
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二、磁场技术的应用
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北京双业大字林廷安等在1989一1991年用梯度磁场处理冬 小麦(品种87E20)、春小麦(中凡61)、玉米(农大60、掖单2号)种 子和马铃薯(克新4号)，在北京近郊和延庆县山区进行播种试 验.，种子经磁场处理后，出苗率有明显增加，冬小麦产量提高 10.7%，春小麦提高10.4%，玉米产量提高12%.马铃薯对梯度 磁场的反应更为敏感，其单株块茎总数增加62.7一74.3%，单 株块茎平均重量增加36.6一48.2%.1990年测产结果，增产幅度 在10.9一45.0%，1991年增产为35.8%.
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在2000年美国工程院选择了二十项二十世 纪最伟大的工程，其中采用的技术大部分都直 接或间接跟过去三百年物理学的发现有关系：
这二十项工程是首先是电气化、汽车、飞机、自 来水系统、微电子、无线电广播和电视，这些和物 理学的关系非常密切；
从空间尺度上包括：小到微不足道的亚核 粒子，大到浩瀚的宇宙。 时间尺度上:早至宇宙的起源，晚至遥远的 将来。
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00绪论-物理学与人类文明 ● 空间尺度
距 离 （米） 10
27
哈 勃 半 径 （ ～ 150 亿 光 年 ）
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10 10 10
21 12 9
银 河 系 （ ～ 10 万 光 年）
物理、X射线、电子能谱 和核磁共振技术等）。 ** 非平衡热力学及统计物理
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物理学发展的总趋向：
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* 学科之间的大综合。 * 相互渗透结合成边缘学科。
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生物物理、生物化学、物理化学、量子化学 量子电子学、量子统计力学、固体量子论。
二十世纪物理学中两个重要的概念：场和对称性
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1.“2005世界物理年”由来 1905年，爱因斯坦先后发表了5篇具有划时代意义 的论文，为相对论、量子论等物理学领域奠定了基 础，为纪念这一奇迹年100周年，全球物理学界一致 呼吁2005年为 “世界物理年” 。 该倡议首先由 欧洲物理学会（ EPS ）在 2000 年“第三届世界物理学会年会”上提出； 2002年， 得到国际纯粹与应用物理联合会（IUPAP）第24次全 体大会的一致通过；在2003年召开的联合国教科文组 织（UNESCO）全体会议第32次会议上，表决通过了支 持2005年为世界物理年的决议；2004年6月10日，联 合国大会召开第58次会议，会议鼓掌通过了2005年为 “国际物理年” 的决议。
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大学物理－－研究一般性问题 2. 数学工具 中学物理－－以初等数学和几何学为工具 大学物理－－以高等数学（微积分和矢量分析）为工具 3. 学习方式 中学物理－－讲授内容和知识的消化全部在课内进行 大学物理－－课上以讲授知识为主，课下自已消化理解。 所以，大学课堂，教学内容多，进行速度快，作业数量少 而精。
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* 天体物理 运用物理学实验方法和理论对宇宙各种星球
进行观测和研究，从而得出相应的天文规律的学科。应 用经典、量子、广义相对论、等离子体物理和粒子物理。
** 太阳中微子短缺问题 川 ** 引力波存在的问题 ** 物体的速度能否超过光速的问题 * 生物物理 有机体遗传程序的研究 ** 有机体遗传程序的研究（须运用量子力学、统计
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00绪论-物理学与人类文明 第一次技术革命
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发生在十八世纪的第一次技术革命以蒸汽机的发 明与使用为标志，导致了机械化大生产的出现。没有 经典力学和热学的知识，要产生第一次技术革命是很 难想象的。当然第一次技术革命反过来也促进了经典 物理学的发展。
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第二次技术革命
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物理技术在农业上的应用
一、电场技术的应用
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1.静电场技术
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内蒙古大学物理系梁运章从1984年开始用静电易处理甜菜种 子，并系统地进行了生物效应的研究。吉果发现甜菜种子经静 道 电场处理后，发芽势、发芽率、力苗百株重、绿叶数、株高、 百 块根鲜重、含糖分等指标与寸照组相比均有明显的提高1987一 致 1990年连续四年主内蒙古、吉林、辽宁三个省区的10个糖厂的 远 川 试验示范，结果是总面积达8.6万亩的产物之含糖分平均提高0.6 度，亩产提高7%左右，经济效益达540万元.
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岁获得牛津大学物理专业博士学位。他被世界公认为是继爱因斯坦后最杰出 的理论物理学家，是对20世纪人类观念产生重大影响的人物。 远 令霍金举世闻名的是他的大作《时间简史》。它是一部将高深的理论物 理通俗化的科普范本，完全改变了人们有关物理学、宇宙和时间本身的观念 ，向人们展现了当代有关宇宙的最重要的科学思想。 厄运始终伴随着这位天才科学家，在霍金21岁时，他患了卢伽雷病，即 运动神经细胞病，开始半身不遂，并很快瘫痪，1985年霍金又失去了语言能 力，1991年还遭遇了车祸。霍金在1963年首度结婚，这段婚姻维持了26年终 于宣告终结，1995年，霍金把53岁的伊莱恩迎娶进门，伊莱恩曾经是霍金的 护士。
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物理学研究的主要方法
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•从实验中归纳出理论 •从原理出发演绎出理论 •在理论的指导下实验或通过实验来验证 理论
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大学物理与中学物理的区别
1. 教学内容
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中学物理－－研究特殊性问题
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Albert Einstein 海 海 纳 纳 百百 川川
1905年3月，爱因斯坦将自己认为正确无误的论文送给 了德国《物理年报》编辑部。他腼腆的对编辑说：“如果您 能在你们的年报中找到篇幅为我刊出这篇论文，我将感到很 愉快。”这篇“被不好意思”送出的论文名叫《关于光的产生 和转化的一个推测性观点》。 1905年4月，爱因斯坦完成了《分子大小的新测定法》， 1905年5月完成了《热的分子运动论所要求的静液体中悬 浮粒子的运动》。 1905年6月，爱因斯坦完成了开创物理学新纪元的长论文 《论动体的电动力学》，完整的提出了狭义相对论。 1905年9月，爱因斯坦写了一篇短文《物体的惯性同它所 含的能量有关吗？》，作为相对论的一个推论 .
道 致 远 大
以下是农业机械化、计算机、电话、空调和冰 箱、高速公路、卫星、因特网、摄影； 然后是家用电器，医疗技术，石油和石油化工，激 光和光纤，核技术，高性能材料，大家可以看出来其 中大多数都跟物理学直接或间接有关
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国际物理年
十九世纪二十年代，以电机的发明和电力的使用 为标志，产生了第二次技术革命，开始了电气化时 代。没有电、磁学理论和实验为基础，产生大规模的 电气化是不可想象的。正是麦克斯韦建立了电磁理 论，预言了电磁波的存在，然后得到实验验证，才发 展起了无线电技术，才有现在的卫星通信，移动通讯 海 南 大 学 等。