大学物理绪论剖析

第四次工业革命? ：
工业的？？化-----纳米技术、基因工程、 超导体应用、……
20—21世纪物理学深入渗透到其它学科 化学：量子化学、激光化学、分子反应动力学等等
1999年A.H.Zewail 成功地应用超快激光技术（飞秒激光）
研究原子的微观运动，获得诺贝尔化学奖。 生命科学： DNA分子双螺旋结构
现代物理部分：天体物理、粒子物理、混沌等。 ----- 是21世纪高技术人才应该了解的内容
天体物理 粒子物理 两大尖端紧密衔接
微观
基本粒子
原子核 原子
E-15 E-12 E-09
哈勃半径
超星系团
E+27 E+24 E+21
星系团 银河系
宇观
E+18
最近恒 星的距离
最小 的细胞
介观 DNA长度
E-06
绪论
一.物理学的发展 二.什么是物理学 三. 为什么要学习大学物理 四. 如何学好大学物理
physics
一、物理学的发展 1、科学的原始期
2、16、17世纪—科学的革命期
哥白尼日心说
伽利略自由落 体定律、惯性
定律 开普勒三大定律
牛顿力学
3、18世纪科学的渐进期 到19世纪经典物理大厦建成
4、近代物理-两大理论基础
x0 x
lim f (x x) f (x) dy
x0
x
dx
y f (x)
来自百度文库
导数的几何意义 f (x0 x)
f (x0 )
0
y
x
x0 x0 x
一些基本初等函数的导数公式：
(1) y C dy 0 dx
(2) y xn
dy nxn1 dx
(3) y ex dy ex dx
(4) y ln x dy 1 dx x
(5) y sin x dy cosx (6) y cosx dx
(7) y tgx
dy dx
1 cos2
x
sec2
x
(8) y ctgx
dy dx
1 s in 2
x
csc2
x
dy sin x dx
练习
(1) y
速率
c 0.01c
量子理论 狭义相对论
量子 理论
狭义 相对论
经典物理学
广义 相对论
10－5m
1020m
大小或距离
来自《物理学：基本概念及其与方方面面的联系》
经典物理部分：牛顿力学、热学、 电磁学、 波动光学。 ------ 是理工科大学生必不可少的科技基础。
近代物理部分：狭义相对论与量子力学基础。 ------ 是学习现代科学技术不可或缺的内容。
物理学研究对象在十分广泛范围内运动 空间尺度
1026 m（约150亿光年）（宇宙）——10-20 m（夸克）
时间尺度 1018 s（150亿年）（宇宙年龄）——10-27 s（硬 射线周期）
速率范围
0（静止）——3108 m/s（光速） 不同尺度和速度范围的对象要用不同的物理理论研究
物理学的基本框架
➢赵凯华，罗蔚茵. 《新概念物理教程·力学》. 北京：高等教育出版社, 1995
➢张三慧.《大学基础物理学（上、下）》 （第2版） 北京：清华大学出版社，2007年
➢马文蔚.《物理学（上、中、下）》（第五版） 北京：高等教育出版社，2006年
附：成绩考核与作业要求：
成绩考核:
期中考试 ： 20% 作业+考勤： 20% 期 末考试： 60%
相对论
玻尔 海森堡
德布罗意
薛定谔
量子论
二、什么是物理学？
物理学是研究物质的结构、运动、相互作用形式 及其相互转化规律的学科。 1、物质的基本结构 2、物质间的相互作用 引力作用、电磁作用、强相互作用、弱相互作用
3、物质最基本、最普遍的运动形式及转化规律 机械运动 热运动 电磁运动（光） 原子和原子核内部的运动
中学物理是学习大学物理的基础 ；大学物理是中学物理 的继承 与发展，但不是简单的重复。
有三点主要差别：
1、研究的对象不同：
由简单到复杂，由特殊到一般。物理知识更加深奥，范围更加广泛， 概念、理论、定理和定律等都比中学物理中具有更广泛的适用面。
如：由匀速到变速，由恒力到变力，由均匀到非均匀，质点到刚体，
总成绩：满分100分
作业要求：独立完成，及时上交
预备知识
一、微积分初步 二、矢量代数的基本知识
一、微积分初步
1、微分（导数）
函数： y f (x) 或 y y（x）
复合函数：y f (z) f [g(x)] 其中z是中间变量
例如 y 3x2 x A cost
导数：y f (x) lim y
E-03 1m
E+15
E+12 E+09 E+03 E+06
太阳系
太阳 人
山 宏观
蛇吞尾图，形象地表示了物质空间尺寸的层次
三、为什么学习物理学？
化学工程 生物化学工程
放射学 应用生物学
土力学 结构学
建筑学
知 识 之 树
流 体 热 力学
机械原理 核能
航
医
化
空机 学械
工
工
学
程
应 用 数 学
美
学生 物
定 性 的 和 定 量 的
建立在库仑、法拉第、楞次、洛伦兹、麦克斯韦以及赫 兹等对电磁学研究的基础上，其标志是发电机、电动机、电 讯设备的出现和应用。 *第三次工业革命（20世纪）：
建立在普朗克、海森堡、爱因斯坦、薛定鄂等对相对论 和量子力学的研究基础上，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、新技术的兴起和发展。
增加刚体转动力学、流体力学、场论等内容等
2、研究的方法和使用的工具不同： 如：由初等数学到高等数学，由标量到矢量、由恒量到变量，
主要引入矢量运算与微积分的概念和方法等
3、研究的目的不同： 如：由只知其然到知其所以然，由了解知识到应用知识。
参考书
➢程守洙，江之永. 《普通物理学》第六版（上、下）. 北京： 高等教育出版社,2006
10-15秒
Francis Crick & James Watson
DNA
的 双 螺 DNA的双螺旋结构 旋 构 型
医学
核磁共振
正常
肿瘤
正电子发射层析术(PET)
Positron Emission Tomography
利用发射正电子的示踪原子 测量 脑的活动功能，诊断异常。
四.大学物理与中学物理的关系与差别
物理
人 类 理 解
化 学
机械控制 电学
电力机械
人类利益
自然法则
*第一次工业革命（17~18世纪）：工业的机械化-----瓦特的蒸汽机
建立在牛顿力学和波尔兹曼等创立的热力学发展的基础 上，其标志是以蒸汽机为代表的一系列机械的产生和应用。
*第二次工业革命（19世纪）：工业的电气化-----发电机、电动机……