物理学概观概论
物理知识概述
物理知识概述物理学是一门研究自然界最基础现象和规律的学科，它的出现可以追溯到古代。
物理学通过观察、实验和理论推导，研究诸如力、运动、光、声、电磁等物理现象，并通过这些研究帮助人类理解和掌握自然界的规律。
本文将对物理学中的基本概念和重要原理进行概述，以帮助读者了解物理学的基本知识。
1. 物质与运动物质是构成自然界的基本要素，它以粒子形式存在。
粒子在空间中的运动是物理学的核心内容之一。
根据运动状态，可以将物体的运动分为匀速直线运动、匀变速直线运动和曲线运动等。
在物理学中，运动的描述常常涉及到物体的位移、速度和加速度。
2. 力与运动的相互作用力是引起物体运动状态改变的原因，它是通过物体之间的相互作用而产生的。
根据牛顿第一、第二和第三定律，力的作用会改变物体的运动状态，使物体保持原来的状态或者改变原来的状态。
力的大小和方向可以通过使用向量进行表示。
3. 能量与功能量是物质所具有的做功的能力，它可以分为动能、势能和内能等形式。
功是力对物体所做的功率乘以时间的积分，它是衡量能量转化的量。
根据能量守恒定律，能量在转化过程中可以从一种形式转化为另一种形式，但总能量的量保持不变。
4. 光与电磁波光是一种电磁波，它以电磁波的形式传播。
光的特性包括折射、反射和干涉等现象。
电磁波是由变化的电场和磁场组成，并且具有特定的频率和波长。
电磁波的频率和波长之间存在一定的关系，即速度等于频率乘以波长。
5. 电荷与电场电荷是物质所具有的一种基本属性，它可以分为正电荷和负电荷。
电荷之间的相互作用引起电场的产生，电场是由电荷产生的一种物理量。
根据库仑定律，带电粒子之间的相互作用力与它们的电荷量成正比。
6. 热与热力学热是物体内部微观粒子的无规则运动所带来的能量转移。
热力学是研究热与能量转化之间关系的学科。
热力学规律包括热力学第一定律（能量守恒定律）、热力学第二定律（熵增定律）和热力学第三定律等。
7. 声与声波声是物质振动所引起的一种机械波，它通过压缩和稀疏介质来传播。
大学物理学概论课件
k, k0,1,2,明条纹中心
rdsin (2k1)2, k1,2,暗大条学物纹理学中概论课心件
7.2光的波动理论的崛起
讨论：
（1）相邻明（暗）条纹中心间距；
x x k x k 1 d d
（2）双缝干涉条纹的特点；
✓ 不太大时条纹等间距；
✓ 一系列平行的明暗相间的条纹； ✓ 中间级次低，两边级次高； ✓ 条纹间距与入射光的波长成正比。
HP
L
艾
里
斑
d
特征一： 由中央亮斑和明暗相间的同心圆环组成；
特征二：中央亮斑特别明亮，占整个入射光束总
光强的84%，称为艾里斑。
大学物理学概论课件
7.2光的波动理论的崛起
6.1.3光的偏振
偏振片在摄影中 有广泛的应用
PL C－PL
大学物理学概论课件
7.2光的波动理论的崛起
光的波动性
光的干涉、衍射 .
光波是横波
光的偏振 .
机械横波与纵波的区别
机 械 波 穿 过 狭 缝
大学物理学概论课件
7.2光的波动理论的崛起
检 偏
起偏器
检偏器
大学物理学概论课件
7.3光的波粒二象性
7.3.1光电效应 光的波动说遇到的困难
• 光电效应的实验规律及经典理论的困难
••饱和光电流强度与
入射光强度成正比。
G
或者说：单位时间内从
2.单缝衍射
（1）实验装置及现象
R
L
衍射角
A
b
B
fP
Q
o
（衍射角 ：向上为正，向下为负 .）
大学物理学概论课件
7.2光的波动理论的崛起
（2）菲涅耳半波带法 R
物理基础知识概述
物理基础知识概述一、物理学的定义和基本概念物理学是自然科学的一个分支，研究物体的运动、能量、力、波动、结构、性质等方面的规律与现象。
物理学的基本概念包括质量、力、功、能量、速度、加速度、热、电、磁等。
二、物态及其变化物质的三态是指固态、液态和气态。
物质的相变分为汽化、凝固、升华、凝华、溶解等，这些过程涉及到热、能量等的变化。
三、牛顿力学牛顿力学是经典力学的基础，主要研究宏观物体的运动。
其中，牛顿第一定律描述了物体在静止或匀速直线运动时的状态；牛顿第二定律描述了力和物体的加速度之间的关系，即F=ma；牛顿第三定律描述了互相作用的两个物体之间的相互作用力等于大小相等、方向相反的两个作用力。
四、热学热学是研究温度、热量、热功等热现象和热力学规律的学科。
其中，热力学第一定律描述了能量守恒原理，即能量不能被永久的创造和消失，只能在各种形式之间进行转化；热力学第二定律对热能转化的效率进行了限制，即热量不可能从低温物体自发地流动到高温物体。
五、电学电学是研究电荷、电流、电势、电磁场及其相互作用规律的学科。
其中，库仑定律描述了两个带电粒子相互作用之间的电力；欧姆定律描述了电路中电流和电势之间的关系；麦克斯韦方程式描述了电和磁场作用规律以及它们之间相互转化的规律。
六、光学光学是研究光及其在物质中的传播、反射、折射、干涉、衍射等现象的学科。
其中，光的波动性和粒子性产生了互相独立的研究体系，分别称为波动光学和物理光学。
七、量子力学量子力学是研究物质基本粒子及其相互作用规律和量子现象的学科。
它与牛顿力学、相对论力学并列为三大力学分支，是当代物理学的重要组成部分。
以上是物理学的一些基本概念和主要分支。
掌握这些知识，不仅有助于我们深入理解自然界的工作原理，还有助于我们在实际应用中更好地利用物理原理解决问题。
《物理学概论》难点及重点解析
《物理学概论》难点及重点解析by晓风第一章：两种文化的历史演变1.爱因斯坦指出近代科学发展在方法论上需要的两大发现：P7从一般到特殊的演绎法、以实验为基础，从特殊到一般的分析和归纳法第二章：经典力学的建立和发展2.根据开普勒行星运动定律的面积定律可知：行星离太阳越近，速度越快P35（开普勒行星运动三大定律：椭圆定律、等面积定律、和谐定律）3.宇宙速度：P44第一宇宙速度：7.9km/s 发射卫星所需要的最小速度（绕地球轨道运动）第二宇宙速度：11.2km/s 脱离地球轨道所需要的最小速度第三宇宙速度：16.7km/s 脱离太阳引力所需要的最小速度4.经典物理学（牛顿物理学）的局限性：P52当物体运动速度很高（接近光速），当所描写的体系很小时（微观体系），当所描写的物质系统很大时，或引力很强时，牛顿的万有引力、运动定律和牛顿的时空观就不完全正确了，将由新的理论（量子论和相对论）来代替。
5.动量守恒：P54动量守恒条件:合外力为零。
具体类型有三: 系统根本不受外力（理想条件）；有外力作用但系统所受的合外力为零，或在某个方向上合外力为零（非理想条件）；系统所受的外力远比内力小，且作用时间很短（近似条件）。
6.动量和冲量的关系：P551）冲量是力对时间的累积效应，是过程量；而动量描述的是物体在某一时刻的运动状态，是状态量2）合外力的冲量等于物体动量的的变化量。
在某一段时间内，冲量与物体动量的变化量方向一致，而动量是描述某一瞬时的状态量，所以，动量与冲量无关。
3）物体的动能发生变化，其动量必定发生变化；物体的动量发生变化，其动能未必发生变化；物体所受的合外力不为零，物体的动量肯定要发生变化，但物体的动能不一定变；物体所受的合外力为零时，物体的动量一定不发生变化7.机械能守恒定律：P56条件：即只在保守立场中成立（重力、弹力或者静电力做功）说明：守恒是个动态量，其中包含了能量的相互转化；只能对系统而言，不能对单个物体而言8.角动量守恒定律：P65如果物体在运动过程中所受合外力相对于固定点或者固定轴的力矩为零，则物体相对于该固定点（固定轴）的角动量守恒。
物理概论学知识点总结
物理概论学知识点总结一、物理学的基本概念1.1 物理学的定义物理学是研究物质、能量、时空以及它们之间相互作用规律和规律性的科学，是自然科学的一支。
1.2 物理学的发展历史物理学的发展历史可以追溯到古代，随着人类对自然现象的观察和探索，物理学逐渐形成并发展壮大。
从古代的自然哲学家到中世纪的自然学家，再到近现代的物理学家，物理学从宏观到微观，不断拓展研究领域和深化认识。
1.3 物理学的主要分支物理学主要分为经典物理学和现代物理学两大分支。
经典物理学包括力学、热学和电磁学，而现代物理学则包括相对论物理学和量子物理学等。
二、物理量和国际单位2.1 物理量的概念和分类物理量是描述物理现象和性质的数量，根据物理量的特性可以分为标量和矢量两种。
其中，标量只有大小没有方向，如长度、面积、速度等；矢量除了有大小还有方向，如位移、速度、加速度等。
2.2 国际单位制及其基本单位国际单位制是世界上所有国家普遍采用的计量单位制度，国际单位包括7个基本单位和一些衍生单位。
基本单位包括米（m）、千克（kg）、秒（s）、安培（A）、开尔文（K）、摩尔（mol）和坎德拉（cd）。
2.3 物理量的测量和误差物理量的测量是通过仪器仪表和方法来获取物理量大小的过程，通常包括直接测量和间接测量两种方法。
误差是测量结果与真实值之间的差距，可以分为系统误差和随机误差。
三、力学力学是研究物体运动、静力学和动力学的学科，其基本内容包括牛顿力学和运动学两部分。
3.1 牛顿力学牛顿力学是经典力学的基本理论，主要包括牛顿三定律和牛顿定律的应用。
其中，牛顿第一定律指出物体静止或匀速直线运动时，受到的合外力为零；牛顿第二定律指出物体的加速度与作用力成正比，与物体的质量成反比；牛顿第三定律指出作用力和反作用力大小相等、方向相反且作用在不同物体上。
3.2 运动学运动学是研究物体运动状态、位移、速度和加速度等性质的学科，可以通过相关公式计算和分析物体的运动轨迹和运动规律。
20世纪物理学概观
20世纪物理学概观
1.引力宇宙论：20世纪初期，阿尔伯特·爱因斯坦颠覆了传统的牛顿引力学，提出了引力宇宙论，提出了宇宙的构成及其发展规律，奠定了一部大影响力的宇宙学理论基础。
2.核科学：20世纪中期，人们发现原子核存在小量能量变化，如核裂变、核聚变，进而开创了核科学，推动了20世纪以来的科学变革。
3.量子论：20世纪中期，量子论揭示了物质世界的微观实质，从潜在的角度为物理学提供了一个全新的视角，影响了几乎所有物理学领域。
4.普及化：到20世纪末期，物理学普及化了，各种物理学理论成果得以应用到实际生活中，促进了社会发展。
大一物理学概论知识点
大一物理学概论知识点物理学是自然科学的一门重要学科，研究宇宙中的各种物质和能量的运动规律。
大一物理学概论是物理学专业的入门课程，旨在帮助学生建立对物理学基本概念和原理的初步认识。
下面将介绍大一物理学概论中的一些重要知识点。
1. 力学- 物体的运动：描述物体运动状态的基本概念，如位移、速度、加速度等；- 牛顿运动定律：牛顿三定律的基本原理和应用；- 质点的运动：研究质点在不同力作用下的运动规律；- 弹性力学：弹性体的形变与恢复力的关系等。
2. 热学- 温度与热量：介绍温度计的原理、不同尺度温度单位及热量的传递方式；- 热力学第一定律：能量守恒定律及其应用；- 热力学第二定律：热力学过程中不可逆性及熵增原理；- 理想气体：理想气体的状态方程和理想气体的基本性质。
3. 电磁学- 静电学：电荷、电场和电势的概念，库仑定律；- 电流学：电流和电阻的基本概念，欧姆定律；- 磁场：磁感应强度、磁场线和磁通量的概念，安培定律； - 电磁感应：法拉第电磁感应定律和楞次定律。
4. 光学- 几何光学：光的直线传播和光线的反射、折射等基本现象； - 光的波动性：干涉、衍射和偏振等光的波动性质；- 光的粒子性：光的光量子假设和光的能量量子化；- 光的相干性：相干光和非相干光的概念及其应用。
5. 原子物理学- 原子结构：玻尔模型、泡利定理和量子力学的基本概念； - 原子光谱：原子光谱发射和吸收的规律和应用；- 原子核物理：原子核结构和核反应等基本概念。
6. 相对论- 狭义相对论：光速不变原理，洛伦兹变换和时间、空间的相对性；- 广义相对论：引力、时空弯曲和黑洞等基本概念。
7. 物理实验- 实验仪器：基本实验仪器的使用方法和注意事项；- 数据处理：实验数据的处理与分析方法；- 实验设计：合理设计物理实验的基本原则。
大一物理学概论知识点的学习对于打下牢固的物理学基础至关重要。
通过学习以上知识点，学生将能够理解自然界中物体的运动规律、热量的传递方式、电磁现象的原理、光学现象的特性、微观领域的量子力学和相对论等内容。
物理学概论课件
工具的发明
6.1电磁现象的早期研究
1660年摩擦起电机（德国 奥托· 格里凯 冯· 酿酒商、工程师 大硫磺球 、布帛摸抚 ） 1745年 莱顿瓶（荷兰莱顿大学 马森布洛 克） 贮存静电 （700个修道士） 1800年 伏打电池（意大利哲学 伏打） 锌—铅—锡—铁—铜—银
二者接触，前者正、后者负，为研究“动 电”打下基础。
1 2
ε0 8.85 10 C N m 为真空电容率
q1
er
r
q2
6.1电磁现象的早期研究
F
1 q1q2 er 2 4 πε0 r
1 q1q2 大小： F 2 4 πε0 r 方向： q1和 q 2同号相斥，异号相吸.
q1
er
r
q2
6.1电磁现象的早期研究
6.1电磁现象的早期研究
（5）静电场中的高斯定理
E E ds
S
q
0
意义：静电场是有源场； 电场线发自（或终止）于电荷，无电荷 处不中断
6.1电磁现象的早期研究
（6）静电场中的环路定理
点电荷电场中，电场力对点电荷做的功
Wab a F dl q0 a E dl q0 a E cosdl
（2）电流元之间的相互作用力
（a）奥斯特（H.C.Oersted丹麦物理学家）实 验（1819年春 ） ——小磁针在通电导线周围受磁
力作用发生偏转
I
揭示了电现象与磁现象的联系，预示着电磁学作 为一个统一学科即将诞生； 说明了磁力是横向力，突破了非接触物体之间只 存在有心力的观念。
6.1电磁现象的早期研究 （b）安培（A.M.Ampere法国科学家）实验 （1820年及以后）
现代物理学概论第三章
质量和能量是等价的，可 以相互转换，这一原理在 原子能和核物理等领域有 广泛应用。
相对论中的时间和空间
时间膨胀
在高速运动或强引力场中，时间 的流逝会变慢，即时间膨胀效应。
长度收缩
在高速运动或强引力场中，物体的 长度会变短，即长度收缩效应。
相对论多普勒效应
当光源或观察者在相对运动时，光 的频率或音波的频率会发生改变。
物理定律在所有惯性参考系中都 是一样的：即光速不变原理，无 论观察者在何处测量，光在真空
中的速度都是不变的。
物理现象的时间间隔与空间距离 在所有惯性参考系中都是一样的： 即时间间隔的相对性，长度测量
的相对性。
没有任何物体或信息可以超过光 速：即光速是宇宙中最快的速度。
狭义相对论中的质能关系
质能关系公式
de生存7otist in Baxio madus sumous
ashion反复ist Santaresishing-rew of it applications of may a sinering际, however Draft: porn欲istic = Santa
in zyFal
现代物理学的其他主题
• st , January ,祥扰 for 1nof the 1 for,
现代物理学的其他主题
,大概
vuoden的确 1因此在“一种 a“理想的 on on大概的确的确 the大概的确, member theon 4 ,除夕
现代物理学的其他主题
``大概 ,切实 indi,“en saiden,the on 1, 上述的确,кор ep摇头"
场方程是一个复杂的非线性方程，需 要使用数值方法进行求解，而且只能 求解一些特殊情况。
物理学概论
物理学概论1、例举你认为最伟大的物理学家并简述其成就。
贝克勒尔，法国物理学家，其主要成就是发现了放射性辐射。
但是贝克勒尔的成就在发现之初并没有受到大家的关注，因为人们还在继续讨论和研究X射线。
直到两年后，居里夫妇的研究成果使放射性研究工作发生了一次大的飞跃。
贝克勒尔也名至实归地获得了1903年诺贝尔物理学奖。
皮埃尔·居里，法国物理学家。
居里夫人——玛丽·居里，祖籍波兰，法国物理学家。
对物理学的贡献是发现了放射性元素。
贝克勒尔发现了放射性辐射后，科学界对此并不关心，所以研究工作进展不大。
正在徘徊不前的时候，居里夫妇对贝克勒尔的研究成果表现出极大的热忱和关注，经过长期艰苦卓绝的研究，于1898年发现放射性元素钋和镭，与贝克勒尔一同获得1903年的诺贝尔物理学奖。
1934年，费米提出中子引发人工放射性和发现慢中子效应，推动了原子物理学的迅速发展，终于导致1939年实现了划时代的铀核的人工裂变，为以后原子能的应用开辟了道路。
重核裂变使人们找到了释放原子能的途径，慢中子效应则使中子轰击原子核的命中率大大提高。
这两个重大发现使人们利用原子能成为切实可行。
1942年，由他领导建成了第一座可控原子核裂变链式反应堆，实现了人类大规模释放原子能的理想。
赫维西1911年在英国曼彻斯特大学工作时，E.卢瑟福建议他进行镭D(210Pb)的研究,当时同位素概念正在形成,他分离铅和镭D的企图几经失败之后，反过来利用同位素之间难以分开的特点创立了放射性示踪方法。
1912年和F.A.帕内特合作，用铅210作为铅的示踪物,测定了铬酸铅的溶解度。
1923年他和D.科斯特在哥本哈根发现了元素铪，对原子的电子层结构理论和元素周期性的阐明有重要意义。
此外，他和V.M.戈尔德施米特一起提出了镧系收缩原理。
1934年他又用磷的放射性同位素研究了植物的代射过程。
还用示踪方法对人体生理过程进行研究，测定了骨骼中无机物组成的交换。
高一物理必修一知识概论
高中物理必修一知识概论本册共分为4章，分别为：第一章运动的描述（主要是质点、位移的概念，以及速度和加速度的理解）第二章匀变速直线运动的研究（主要是研究匀加速直线运动的规律，包括速度、位移和时间的关系，以及介绍特殊的匀加速运动-自由落地运动）第三章相互作用-力（主要是介绍重力、弹力和摩擦力，进一步研究受力分析和平衡问题，包括牛顿第三定律）第四章运动和力的关系（主要是介绍牛顿第一、第二定律，探究力和质量、加速度的关系，熟悉力学单位和超重、失重概念，最重要的是对于牛顿定律的应用）关于上述4章之间的关系，核心章节为第四章（运动和力的关系），第一章主要是介绍一些概念，入门类章节；第二章是关于匀变速直线运动，第三章是关于物体受力，第四章则是将匀变速直线运动和力结合起来进行讲解，因此本册前三章属于打基础章节，最重要的第四章，也是计算题考试的核心章节。
下面分章节介绍具体的知识点及可能出题的方向：第一章运动的描述1.1质点参考系质点：某些情况下，用忽略物体的大小和形状，把它简化为一个具有质量的点，这样的点叫做质点。
注意：同一个物体，由于研究的问题不同，有时候可以看做质点，有时候不能看做质点。
例：足球运动中常说的“香蕉球”，如果是研究如何才能踢出“香蕉球”，则足球不能看做是质点，如果研究的是足球的轨迹，则足球可以看做是质点。
参考系：用来作为参考的物体叫做参考系。
例：对于坐在汽车里的人来说，如果是以汽车为参考系，则人是静止的；如果是以汽车外的路为参考系，则人是运动的。
1.2时间位移路程：用来描述物体运动轨迹的长度位移：用来描述物体运动位置的变化例：如果是一段弯弯曲曲的路，则路程是整个曲线的长度，位移是整个曲线从开始到终点的直线距离。
1.3位置变化快慢的描述-速度速度：用位移与发生这段位移所用时间之比表示物体运动的快慢注意：速度是矢量，既有大小，又有方向瞬时速度：物体在极小时间内的平均速度就叫做瞬时速度，也叫作速率例：汽车的速度表盘显示的速度就是瞬时速度。
物理学概论
物理学概论物理学是一门研究物质、能量、力和运动的科学。
它涉及到各种现象和领域，从微观粒子到宏观宇宙，从日常生活中到高科技应用。
物理学的发展推动了人类文明的进步，促进了科学技术的发展。
1.物理学简介物理学的研究领域十分广泛，包括力、热、声、光、电、磁等方面的研究。
物理学历史悠久，可以追溯到古希腊时期。
从伽利略和牛顿的时代开始，物理学取得了飞速的发展，为人类认识世界和改变世界提供了重要的理论基础。
物理学在日常生活和科技领域中有着广泛的应用。
例如，我们使用的各种电子设备、医疗器械、交通工具等都离不开物理学的原理和技术。
物理学还为化学、生物学、天文学等其他学科提供了基础理论和实验手段，推动着人类对自然界的认知。
2.经典力学经典力学是物理学的一个重要分支，它研究物体的运动规律和力的作用方式。
牛顿三定律是经典力学的基础，包括惯性定律、动量定律和作用与反作用定律。
这些定律描述了物体的运动状态及其改变的原因和方式。
经典力学在各个领域都有广泛的应用，如天文学、工程学、航天科学等。
例如，根据经典力学原理，我们可以设计和制造各种精密的仪器和机械，如陀螺仪、加速度计等，用于导航、测量和控制。
3.量子力学量子力学是描述微观粒子运动的物理理论。
它与经典力学有所不同，因为微观粒子的行为往往不符合常识的观念。
量子力学的基本原理包括波粒二象性、不确定性原理和非局域性等。
波粒二象性是指微观粒子既有波动性又有粒子性，这使得量子力学中的粒子不像经典力学中的质点那样容易被描述。
不确定性原理是指在测量微观粒子时，我们无法同时获得其精确的位置和动量信息，因为这会引起测量精度的冲突。
非局域性是指微观粒子的状态可以超越空间局域限制，这使得量子力学中的粒子具有超越时空的联系。
量子力学在原子和分子物理学、固体物理学、核物理学等领域有着广泛的应用，并为我们提供了理解许多自然现象的关键线索。
4.电磁学电磁学是物理学的一个重要分支，主要研究电磁现象及其规律。
现代物理学概论第五章
2、原子模型
1879年，汤姆逊发现电子，他又于1904年提出了 第一个原子模型---西瓜模型。他认为原子好象一个 带正电的西瓜，带负电的电子则像西瓜子一样嵌在 原子中。
同年，日本学者长冈提出土星模型。他也认为原 子是一个带正电的实心球，电子像土星光环一样绕 着原子转。 西瓜模型可以解释元素周期率，但不能解释光谱 线。土星模型正好相反，能解释光谱线，但不能解 释周期率。
量子力学发现牛顿物理学不适于亚原子现象。在 亚原子领域内，我们无法准确地知道粒子的位置与 动量。我们只能大概地知道。但是，越是知道其中 之一，就越不知道另一。若是准确地知道其中之 一， 就完全不知道另一。（测不准原理）不管多么令人 难以置信，测不准原理却已经实验一再证明。
1、亚原子粒子
我们认识的宇宙可以分为宏观、微观。从宏观层 次下降到微观层次，又要经历二步过程。第一步是 原子层次，第二步是亚原子层次。
汤姆逊的学生卢瑟夫在研究铀原子放射性时，发 现汤姆逊的西瓜模型有问题。于是他在1911年提出 一个新的原子结构模型---行星模型。他认为原子就 象一个小太阳系，带正电的核好比太阳，电子像行 星一样围绕原子核旋转。
卢瑟夫的模型也存在困难。首先，这个模型不稳 定，按电磁理论，绕核转动的电子会辐射电磁波， 减少能量。这样，电子轨道会越来越小，最后落到 原子核上。但实际上，这种情况并没有出现。其次， 这一模型不能解释周期率和原子光谱。
牛顿的法则以日常生活的观察为基础。量子力学以 亚原子领域的实验为基础。牛顿法则预测的是事件。 （宏观的实际物体）量子力学预测的是概率。 我们无法直接观察亚原子现象，因为我们的感官无 法感知这种现象。我们不但从来没有见过原子（更别 说电子），也没有摸过、听过、闻过、尝过。 牛顿物理的法则描述的事件容易了解、容易想象。 但量子力学描述的概率却无法形成概念，难以用视觉 想象。我们切切不要企图在心里想出完整的量子力学 事件的图像。
物理科学的概念与导论
物理科学是研究自然界中物质、能量和其相互关系的科学领域。
它探索了宇宙的基本规律和运行机制，从微观到宏观，从微粒到宇宙的尺度范围内，研究物质和能量的性质、相互作用和变化过程。
物理科学的导论可以包括以下内容：
物理学的起源和发展：介绍物理学的历史背景和发展过程，包括古代物理学、近代物理学的突破和现代物理学的重要发现。
物理学的研究方法和思维方式：探讨物理学研究所采用的科学方法，如观察、实验、理论建模、数学分析等，并介绍物理学家的思维方式和探索自然规律的途径。
物理学的基本概念和原理：介绍物理学中的基本概念，如物质、能量、力、运动、电磁场等，并讲解与之相关的基本原理，如牛顿力学、热力学、电磁学、量子力学等。
物理学在其他学科和应用领域中的作用：阐述物理学在其他科学领域（如化学、生物学、地球科学等）以及工程和技术领域的重要作用，并探讨物理学对社会和人类生活的影响。
物理学的前沿领域和挑战：介绍物理学的前沿领域，如粒子物理学、宇宙学、量子计算等，以及面临的挑战和未解决的问题，鼓励学习者深入研究和探索这些领域。
物理科学的导论旨在引导学习者对物理学的基本概念和原理有一个初步的了解，并展示物理学在科学和技术发展中的重要性和应用前景。
通过导论的学习，学习者可以对物理学的研究方法和思维方式有所了解，并对深入学习和研究物理学产生兴趣。
20世纪物理学概观
运动尺度的缩短： A′B′是一根运动的 尺子(取为S′系)，静系(取为S系)中有 一根坐标标尺，观察者O位于该 标尺的A、B两点之间的中点处，为了测量运动尺子的长度L， 必须同时测量它的两端在S系中的坐标。现设观察者O发现A与 A′重合和B与B′重合同时发生。这一判断可由如下最为所有惯 性系观察者认可的实验得到：他同时收到这两处发生两点重合 时发出的光脉冲。因此他认为运动尺子的长度就是L，即L=AB。 但同时性是相对的，对于S系同时发生的两个事件，S′系观察 者并不认可。他认为，O点处的观察者在上述实验过程中始终 在向左运动，因而奔离自B点处发出的光信号，接近自A点处 发出的光信号，而现在这位观察者(S系)同时收到这两处发来的 光信号，因此对于S′系的人来说，S系在测量时B点处的重合时 刻要比A点处的早些，所以S系的测量结果要比相对于运动尺 子静止的他(S′系)所测量的结果L0= A′B′ 短些，即L< L0。可见 运动时尺子的长度缩短了！
从以上讨论可以看出，在关于同时性、物体长短及时钟快慢等 涉及到时空间隔的测量过程中，都必须使用光或电磁波信号。 于是光的性质必然介入我们的测量过程之中，而在我们的直觉 经验中以及在牛顿力学的基本观点中都没有注意到这一点。 五、洛伦兹变换 从上述例子看出，光速不变性所导致的时空概念是和经典时 空观有深刻矛盾的。所有最基本的时空概念，如同时性、距离、 时间、速度等都要根据新的实验事实重新加以探讨。相对论的 一个主要内容就是关于时空的理论。 时间和空间是运动着的物质存在的形式。时空概念是从物质运 动中抽象出来的，而不是独立于物质运动之外的概念。离开物 质及其运动，就没有所谓绝对的时空概念。在经典力学中，由 低速现象抽象出来的时空观带有一定局限性，当我们研究高速 现象特别是电磁波传播现象时，发现旧时空观与实验事实相矛 盾，这是完全可以理解的。人们对时空的认识和对一切事物的 认识一样，都是在不断的实践中逐步发展和加深的。
物理学基础概念与原理
法
• 标准模型和希格斯机制的应用
标准模型的概念
• 希格斯机制的应用领域
宇宙学基本概念与宇宙演化
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宇宙学的概念
宇宙演化的概念
宇宙学的基本概念
• 宇宙学是研究宇宙及其演化的科
• 宇宙演化是宇宙从诞生到现在的
• 宇宙大爆炸
学
发展过程
• 宇宙膨胀
• 宇宙学的基本原理和计算方法
• 宇宙演化的规律和特点
磁场与磁感应强度的基本概念
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磁场的概念
磁感应强度的概念
磁场与磁感应强度的关系
• 磁场是电荷运动产生的特殊物质
• 磁感应强度是磁场对电荷的作用力
• 磁场和磁感应强度是电磁学的两个基
• 磁场的性质和特点
• 磁感应强度的性质和特点
本概念
• 磁场的描述方法
• 磁感应强度的描述方法
• 磁场和磁感应强度相互联系
• 时间的相对性
质点、刚体和弹性体的基本概念
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质点的概念
刚体的概念
弹性体的概念
• 质点是简化后的物体模型
• 刚体是内部相对位置固定的物体
• 弹性体是具有弹性的物体
• 质点的质量、位置和速度
• 刚体的平动和转动
• 弹性体的变形和应力
• 质点运动的描述方法
• 刚体运动的描述方法
• 弹性体运动的描述方法
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原子光谱的概念
分子光谱的概念
原子光谱与分子光谱的关系
• 原子光谱是原子吸收或发射光线的光
• 分子光谱是分子吸收或发射光线的光
• 原子光谱和分子光谱都是光谱学的研
理论物理概论知识点总结
理论物理概论知识点总结理论物理是物理学的一个重要分支，它主要研究自然界的基本规律和原理，运用数学方法整合物理观察和实验结果，从而推导出各种物理定律、公式和理论。
理论物理是整个物理学体系的核心，其研究成果对于解释和预测自然现象具有重要作用。
下面将对理论物理的一些重要知识点进行总结。
一、经典物理与近代物理1. 经典物理经典物理是指牛顿时代以前的物理学理论体系，包括牛顿力学、热力学以及电磁学等。
经典物理的基本定律包括牛顿三定律、库仑定律、麦克斯韦方程等，这些定律描述了经典物理世界中物质的运动和相互作用规律。
2. 近代物理近代物理是指19世纪末至20世纪初，物理学领域出现的一系列重大理论和实验成果，包括相对论、量子力学、原子物理、核物理等。
相对论和量子力学是近代物理的两大支柱，它们颠覆了经典物理的许多观念，为后来的物理研究提供了重要的理论基础。
二、相对论相对论是爱因斯坦在20世纪初提出的一种全新的物理理论，它包括狭义相对论和广义相对论两个方面。
1. 狭义相对论狭义相对论是指爱因斯坦在1905年提出的相对论的最早形式，它主要研究物体在相对运动以及在高速运动状态下的物理规律。
狭义相对论的核心思想包括光速不变原理和相对运动观念，它推翻了牛顿时代以来的绝对时间和绝对空间的观念，提出了时间和空间的相对性。
2. 广义相对论广义相对论是爱因斯坦在1915年提出的相对论的更为完备的形式，它是关于引力的理论。
广义相对论通过引入曲率引力场的概念，建立了一种全新的引力理论，它解释了物质在引力场中的运动规律，预言了黑洞、引力波等重要现象，并成为了解释宇宙起源和演化的基本理论。
三、量子力学量子力学是20世纪初出现的一种描述微观世界的物理理论，它揭示了微观粒子的奇异性质，并为微观粒子的行为提供了一种全新的描述。
量子力学的基本概念包括波粒二象性、不确定性原理、量子纠缠等。
1. 波粒二象性波粒二象性是指微观粒子既有粒子性质又有波动性质，这一概念首先由德布罗意和薛定谔在20世纪初提出，它揭示了微观世界与经典物理世界之间的根本差异。
20世纪物理学概观
现代自然科学体系与近代自然科学体系 • 问题一：现代自然科学体系是不是否定 了近代自然科学体系？ • 问题二：现代自然科学体系与近代自然 科学体系关系？ • 问题三：讨论在狭义相对论的数学表达 式中 １、当v与c接近时，会出现什么现象？ ２、当v等于零时，会出现什么现象？
小结
• 二十世纪物理学是自然科学的龙头，而 它的基础是相对论和量子理论。相对论 打破了经典的绝对时空观，而量子理论 则揭示了微观世界的连续性与间歇性、 偶然性与必然性的辩证关系。在此基础 上发展起了粒子物理学，和现代宇宙学。
作 业
• 一、课堂讨论教材P125的1——6题； • 二、分析讨论：相对论与量子理论是否 否定了近代自然科学体系？为什么？
从万有引力到广义相对论
• 牛顿的万有引力定律：Ｆ=GM1M2／R2 这个定律只得出引 力大小规律，而没有得到这种引力的本质。对一些引力产生的现 象无法解释。
引力质量与惯性质量及等效原理：从mi=mg（等效原理） 和超重、失重引出：引力与加速系统表现的时空几何关系，进而 引出时空弯曲概念。 • 广义相对论： １、引力的本质是时空的弯曲； ２、空间某点物质的质量决定了该点四维时空的弯曲程度； ３、变换的时空对任何参考系都是平等的（惯性和非惯性参 考系）。 •
量子理论（起源）
• 黑体辐射与紫外灾难：
•
十九世纪末科学家们在研究热辐射问题，做黑体辐射实验，但实验数据与用“瑞利— 斯金公式”计算结果不相合，当辐射频率增大到紫外区时，辐射强度增大为无穷大！ 与实验数据相差太大，使当时科学界陷入一种茫然，被科学家称为“紫外灾难”。后 来维恩修改了瑞利—斯金公式的一个参数后，在高频区吻合较好，但在低频区仍然相 差大。1889年德国的普朗克继续研究这一实验，他假设辐射能量不是连续变化，而是 以某一基元大小（能量子），一份一份地表现出来（量子化地表现）。即：
物理学概论
物理与文化物理学是一门以实验为基础的自然科学，它是发展最成熟、高度定量化的精密科学，又是具有方法论性质、被人们公认为最重要的基础科学。
物理学取得的成果极大地丰富了人们对物质世界的认识，有力地促进了人类文明的进步。
正如国际纯粹物理和应用物理联合会第23届代表大会的决议《物理学对社会的重要性》指出的，物理学是一项国际事业，它对人类未来的进步起着关键性的作用：探索自然，驱动技术，改善生活以及培养人才。
在自然科学群体中，物理学处于基础和领导地位。
进入21世纪的今天，物理学仍是一门充满生机和活力的学科，它的创造性进展仍日新月异，遇到的挑战也愈来愈大。
同时，21世纪科学技术的发展将在极大程度上依赖于物理学的发展，物理学仍将在科学技术的发展中占主导地位，物理学对当代以及未来高新技术的发展也将会提供更大的推动力。
在我看来，物理实际就是研究事物的内在规律和事物的道理的一门学科，说明白了，如果你可以把物理学好，把当今科学家的研究成果都有所了解，那么你就会明白所有发生在你周围的事情，如果你是一个对现在的科技都有所关注，那么，你就更会了解物理的魅力所在了，从古到今，从中国到外国所有的科学家都没有忘记对科学的探索。
物理学的发展引发了一次又一次的产业革命，推动着社会和人类文明的发展。
可以说社会的每一次大的进步都与物理学的发展紧密相连。
一、物理学与第一次技术革命物理学的贡献：世纪从英国发起的技术革命是技术发展史上的一次巨大革命，是以蒸汽机被广泛使用为标志的。
它开创了以机器代替手工工具的时代，这不仅是一次技术改革，更是一场深刻的社会变革，这次工业革命是牛顿力学与生产技术的结合，在研究提高蒸汽机效率的基础上才创立了热力学的理论，热力学的理论又促进了热机的发展。
对社会的影响：从生产技术方面来说，工业革命使工厂制代替了手工工场，机器代替了手工劳动；从社会关系方面来说，工业革命使依附于落后生产方式的自耕农阶级消失了，使工业资产阶级和工业无产阶级形成和壮大起来。
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标准模型理论是大爆炸理论。 1、最小研究对象：粒子物理学
• 粒子物理标准模型认为：物质世界由62种“基本” 粒子组成。 (物质粒子和反粒子48个，规范粒子13 个，希格斯粒子1种)。
它们之间存在4种相互作用：色相互作用；电弱相 互作用；引力相互作用； Higgs粒子之间的汤川相 互作用。
3、反物质
反物质的概念源于爱因斯坦所建立的著名物质 总能量公式：
E 2 p 2c 2 m02c 4
1930年，狄拉克理论上预言“反物质”的存在。 1932年8月，年仅27岁的安德森发现了第一个反粒 子——负电子。由于这一发现，荣获了1936年诺 贝尔物理学奖。
1996年1月，欧洲核子研究中心宣布尤里什 （Julich）物理研究所产生了11个反氢原子，这 是人类首次合成的反原子。
时代 普朗克时代 大统一时代 强子时代 轻子时代 辐射时代
原生代
物理过程 时间、空间、真空场 重子不对称性产生 质子—反质子湮没 电子—正电子湮没 P、n 聚变成氦核 星系、恒星开始、最活跃的领域－－介观物理学
介观系统：10－6 ~ 10－8 m
纳米物理学的内容：研究纳米尺度物质的结构、 物理特性、量子效应、界面效应。
2004.11.3报导，美国佛及尼亚理工学院纳米 实验室研制成功“金属橡胶”。它象金属一样具 有导电性，又象橡胶一样具有弹性。
1969年， M.Gell-Mann获诺贝尔物理学奖。
2、场
场与实物一样是客观存在的，是物质存在的一 种形式。
场与实物粒子的区别：实物总是占据一定的空 间，不同的实物不能同时处于同一空间，但是，许 多场却能够同时处于同一空间，不仅如此，实物的 存在也不会阻止场进入它所在的空间，当实物和场 处于同一空间相互渗透时，实物会对场施加影响， 场也会对实物施加影响。场的物理真实性主要表现 在两个方面：（1）处于场中的粒子要受到场对其施 加的力的作用，（2）在场中移动粒子时，场对其作 功，从而也反映出场也具有能量。
把物质凝聚起来，归根到底是四种基本相互作 用起作用。
力的种类 相互作用的物体 力的强度 力程
万有引力 一切质点
1038
无限远
弱力 电磁力
强力
大多数粒子 电荷
核子、介子等
1013
102
1＊
小于 1017 m
无限远
1015 m
＊ 以距源 1015 m 处强相互作用的力强度为 1
六、物理学的前沿领域
当代物理学有两个热门的前沿领域：一个是研究
纳米技术——直接操纵少数分子、原子、电子 和其他微观粒子，制造具有特定功能的材料、器 件。
以单壁碳纳米管和单层金属纳米晶体为代表 的纳米技术是近一年来化学领域前沿课题中的一 颗明星。
纳米化学之所以如此热门，不只是由于化学 家对神秘的纳米材料的结构和性质的好奇，更重 要的是其新发现很可能在未来的纳米器件和纳米 计算机领域中起关键作用。
纳米科技： （ Nano Scale Sciences and Technolog )
纳米科学——研究nm尺度空间内的分子、原子、 电子和其他微观粒子的运动规律及其物理、化学特 性。
近十几年来，已派生出纳米物理学、纳米电子 学、纳米材料科学、纳米机械学、纳米生物学、纳 米化学、纳米显微学、纳米制造学、纳米度量学。
范中和
研究物理学如同看一副很大的画。一 副画的每一部分都有它的奥妙。近距离 的，一个部分一个部分地观察，可以了 解每一部分的细节。但这还不够。你必 须再走到远处去观察整个画面，才能在 宏观上把握这副画的整体结构，从而更 深入地理解她。
— —杨振宁
一、什么是物理学
物理学是一门基础科学，它研究组成自然界 物质的物理性质、相互作用及运动规律。
三、物质世界的层次及相应学科
研究客体
空间尺度
主要科学
？
↑
物理学前沿
目前观测所及宇宙
10 26 －1027
宇宙学
超星系团、星系团
1023－1024
天体物理学
星系（银河系） 恒星（太阳）
1018－10 22(1021) 10 4－1012( 109)
空间物理学
地球
107
地球物理学
凝聚态物质
10-3－ 106
4、暗物质
宇宙中存在着的大量不可视物质——“暗物 质”。
宇宙学家已归纳出暗物质的主要特性：暗物 质不发光，也不发射无线电波，但它参与引力相 互作用。
1998年，AMS-01观测到：赤道附近正电子是负 电子的4倍，南北极正电子与负电子数相等。
2004年5月， AMS-02被送 入国际空间站。
五、基本相互作用
凝聚态物理学
介观物质
10 –8－10-6
介观物理学
分子 原子
10-10－ 10-8 10-10
原子物理学、分子物理 学、光学、化学
原子核
10 –15－10-14
原子核物理学
强子
10-15
粒子物理学
夸克、粒子
<10-16
？
↓
物理学前沿
四、物质的存在形式
1、实物
实物是人类接触最多、最常见、也是最先研 究和认识的一种物质存在形式。各种气态、液态 和固态物质都是实物存在形式的可靠证据。
物理学领域所包含的（空间）尺度，从最小
的粒子的半径1016 m，直到目前可探测到的最 远的类星体（quasar）的距离 1026 m，跨越了
32个数量级。
物理学研究包含如此宽广范围的物理现象， 发明为观测自然界所需要的更为有效的实验工具， 创立使我们能够解释已经观测到的物理现象的理 论。
二、物理学的研究对象
科学发展到今天，人们现在对物质结构的层 次有了比较清晰和深刻的认识。没有发现电子存 在内部结构，质子和中子又是由更基本的夸克 （quark）组成的。
1964年，M.Gell-Mann和 G..Zweig提出夸克 模型。夸克共6种（味flavor）:上(u)、下（d）、 奇异（s）、粲（c）、底（b） 、顶（t） 。
2、最大的研究前沿——宇宙学
1929年，哈勃河外星系譜线红移，1948年伽莫夫 提出大爆炸宇宙理论。
时 间 温度/ K
10－44 s 1032
10－36 s 1028
10－6 s
1013
1s
1010
3 min 10 9
10 亿年
100 亿年
120 亿年
137 亿年
（距今10万年）
能量/eV 1028 1024 10 9 10 6 10 5