物理学是研究物质世界基本结构

著名物理学家爱因斯坦说： 著名物理学家爱因斯坦说：
发展独立思考和独立判断地一般能力， 发展独立思考和独立判断地一般能力，应当始终 放在首位，而不应当把专业知识放在首位。如果 放在首位，而不应当把专业知识放在首位。 一个人掌握了他的学科的基础理论， 一个人掌握了他的学科的基础理论，并且学会了 独立思考和工作，他必定会找到自己的道路， 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， 人来，他一定会更好地适应进步和变化 。
粒 子 物 理 学
固 体 物 理 学
激 光 物 理 学
地 球 物 理 学
生 物 物 理 学
天 体 物 理 学
物理学与数学之间有着深刻的内在联系
● 热机的发明和使用，提供了第一种模式： 热机的发明和使用，提供了第一种模式：
技术—— 物理—— 技术 技术 物理
● 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：
物理学：是研究物质世界基本结构、 物理学：是研究物质世界基本结构、相 互作用和运动形态的最基本规律的科学
物理学
物 质 结 构
物质相互作用
物质运动规律
物理学研究的范围 —— 物质世界的层次和数量级
微观粒子
宏观物质
宇观物质
空间尺度： 空间尺度： 质子 10
−15
m
类星体 10 26 m 宇宙寿命 1018 s
修 改 理 论
当一 个理论与 实验事实 不符时， 不符时， 它就面临 着被修改 或被推翻
著名物理学家费曼说： 著名物理学家费曼说：
科学是一种方法。它教导人们： 科学是一种方法。它教导人们：一些事物是 怎样被了解的，什么事情是已知的， 怎样被了解的，什么事情是已知的，现在了 解到了什么程度，如何对待疑问和不确定性， 解到了什么程度，如何对待疑问和不确定性， 证据服从什么法则；如何思考事物， 证据服从什么法则；如何思考事物，做出判 断，如何区别真伪和表面现象 。
●
●
●
●
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、 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， 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有自然科学之中。 概念和技术被应用到所有自然科学之中。 物理学派生出来的分支及交叉学科
等 离 子 体 物 理 学 原 子 核 物 理 学 原 子 分 子 物 理 学 凝 聚 态 物 理 学 宇 宙 射 线 物 理 学
从新的 观测事实 或实验事 实中提炼 出来， 出来，或 从已有原 理中推演 出来
推 测 答 案
建立模 型；用已 知原理对 现象作定 性解释， 性解释， 进行逻辑 推理和数 学演算
理 论 预 言
新的 理论必 须提出 能够为 实验所 证伪的 预言
实 验 验 证
一切 物理理 论最终 都要以 观测或 实验事 实为准 则
● 学习的观点：从整体上逻辑地、协调地学习物理学，了解 学习的观点：从整体上逻辑地、协调地学习物理学，
物理学中各个分支之间的相互联系。 物理学中各个分支之间的相互联系。
● 学习的关键： 勤于思考 学习的关键： ● 学习的重点： 学习的重点：
悟物穷理
● 物理模型 ● 数学表述 ● 研究方法与适用条件
物理—— 技术—— 物理 物理 技术 20世纪， 20世纪，物理学被公认为科学技术发展中最重要的带头学科 世纪 α 粒子散射实验 核能的利用 受激辐射理论 激光器的产生 X 射线的发现 层析成像技术(CT) 层析成像技术(CT) 低温超导微观理论 超导电子技术
电子计算机的诞生
● ● ● ● ●
1925 ∼ 26年 建立了量子力学 年 建立了量子力学 1926年 年 1927年 年 1928年 年 1929年 年 1947年 年 1957年 年 1962年 年 建立了费米 狄拉克统计 建立了费米 狄拉克统计 建立了布洛赫波的理论 建立了布洛赫波的理论 索末菲提出能带的猜想 索末菲提出能带的猜想 能带 派尔斯提出禁带、空穴的概念 派尔斯提出禁带、空穴的概念 禁带 同年贝特提出了费米面 费米面的概念 同年贝特提出了费米面的概念 贝尔实验室的巴丁、 贝尔实验室的巴丁、布拉顿和肖克来发明了 晶体管，标志着信息时代 信息时代的开始 晶体管，标志着信息时代的开始 皮帕得测量了第一个费米面 皮帕得测量了第一个费米面 测量 发明了集成电路 发明了集成电路
●
● ● ●
70年代后期 出现了大规模集成电路 年代后期 出现了大规模集成电路
量子力学
能带理论
人工设计材料
晶体管的发明
纳米材料
光子晶体
wk.baidu.com
超晶格材料
电子计算机 大规模集成电路
信息技术与工程
● 几乎所有的重大新 高)技术领域的创立，事先都在物理学中 几乎所有的重大新(高 技术领域的创立 技术领域的创立，
基本粒子寿命 10−25 s 时间尺度： 时间尺度：
哈勃半径 超星系团 基本粒子
E+27
星系团 原子核
E−15 − E−12 − E+24
银河系
E+21 E+18
原子
E−09 −
最近恒 星的距离
最小 的细胞 DNA长度 长度
E−06 − E−03 − 1m E+03 E+09 E+06
E+15 E+12
经过长期的酝酿。 经过长期的酝酿。 “没有昨日的基础科学就没有今日的 没有昨日的基础科学就没有今日的 技术革命” —— 李政 技术革命”。 道 ● 当今物理学和科学技术的关系 两种模式并存，相互交叉， 两种模式并存 ， 相互交叉 ， 相互促进
现代物理学是一门理论和实验高度结合的精确科学 提 出 命 题
太阳系
太阳 人 山 蛇吞尾图， 蛇吞尾图，形象地表示了物质空间尺寸的层次
按客体大小划分： 按客体大小划分： 微观系统 宏观系统
按运动速度划分： 按运动速度划分： 低速现象 高速现象
物 理 现 象
按空间尺度划分： 按空间尺度划分： 量子力学 经典物理学 宇宙物理学
按速率大小划分： 按速率大小划分： 相对论物理学 非相对论物理学
物理学的发展 实验 物理 理论 物理 计算 物理
今日物理学
●
牛顿力学 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 研究电磁现象、 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 研究物质热运动的统计规律及其宏观表现 相对论 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 研究微观物质运动现象以及基本运动规律 物理学是一门最基本的科学;是最古老、 物理学是一门最基本的科学;是最古老、但发展最 快的科学;它提供最多、最基本的科学研究手段。 快的科学;它提供最多、最基本的科学研究手段。
物理学》 教 材：《物理学》 祝之光 主编 高等教育出版社
● 参考书： 参考书：
●《大学物理学》 大学物理学》
张三慧 ●《大学物理教程》 大学物理教程》 吴锡珑 ●《大学物理学习指导》 大学物理学习指导》 张孝林
主编 主编 主编
清华大学出版社 高等教育出版社 科学出版社
返回