第1章质点运动学和牛顿运动定律_图文
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质点：具有一定质量的几何点
两种可以把物体看作质点来处理的情况: • 作平动的物体，可以被看作质点。 • 两相互作用着的物体，如果它们之间的 距离 远大于本身的线度，可以把这两物体看作质点。
三、位置矢量（位矢）
z
位矢:用有向线段表示
记作:
r
xi
yj
zk
r P(x,y,z)
o
y
大小为：
x
r x2 y2 z2
按客体大小划分： 微观系统
宏观系统
按运动速度划分： 低速现象
高速现象
物理学的发展
实验 物理
理论 物理
物 理 现 象
计算 物理
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： 相对论物理学 非相对论物理学
今日物理学
二.物理学的五大基本理论
● 牛顿力学 (Mechanics) 研究物体机械运动的基本规律及关于时空相对性的规律
五. 物理学的方法和科学态度
现代物理学是一门理论和实验高度结合的精确科学
提
推
理
实
修
出
测
论
验
改
命
答
预
验
理
题
案
言
证
论
从新的
观测事实 或实验事 实中提炼 出来，或 从已有原 理中推演 出来
建立模
型；用已 知原理对 现象作定 性解释， 进行逻辑 推理和数 学演算
新的理
论必须提 出能够为 实验所证 伪的预言
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。
三. 物理学是构成自然科学的理论基础
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、 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。
物理学派生出来的分支及交叉学科
● 70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
超晶格材料
大规模集成电路
电子计算机
信息技术与工程
● 几乎所有的重大(高)新技术领域的创立，事先都在物理学中 经过长期的酝酿。
“没有昨日的基础科学就没有今日的技
术革命”。
—— 李政道
● 当今物理学和科学技术的关系 两种模式并存，相互交叉，相互促进
著名物理学家爱因斯坦说：
发展独立思考和独立判断的一般能力，应当始终 放在首位，而不应当把专业知识放在首位。如果 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，而 且比起那种主要以获得细节知识为其培训内容的 人来，他一定会更好地适应进步和变化 。
● 学习的观点：从整体上逻辑地、协调地学习物理学，了解 物理学中各个分支之间的相互联系。
一切物
理理论 最终都 要以观 测或实 验事实 为准则
当一个 理论与实 验事实不 符时，它 就面临着 被修改或
被推翻
六. 怎样学习物理学
著名物理学家费曼说：
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，现在了 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，做出判 断，如何区别真伪和表面现象 。
● 学习的关键： 勤于思考 悟物穷理
● 学习的重点：
● 物理模型 ● 数学表述 ● 研究方法与适用条件
七.参考书：
●《大学物理学》 张三慧 主编 清华大学出版社 ●《大学物理教程》 吴锡珑 主编 高等教育出版社 ●《大学物理学习指导》 张孝林 主编 科学出版社
●《普通物理学习题研讨教程》 杂志: 《大学物理》 《工科物理》
一. 什么是物理学 物理学 (Physics)
物质结构
物质相互作用
物质运动规律
物理学是研究物质世界最基本形态的科学 物理学研究的范围 —— 物质世界的层次和数量级
微观粒子 Microscopic
介观物质 mesoscopic
宏观物质 macroscopic
宇观物质 cosmological
空间尺度： 质子 10-15 m 时间尺度： 基本粒子寿命 10-25 s
第1 章
质点运动学和牛顿运动 定律
§1-1 质点运动的描述
一、参考系和坐标系
• 物质运动具有绝对性 • 描述物质运动具有相对性
参考系： 为描述物体的运动而选取的参考物体
坐标系： 用以标定物体的空间位置而设置的坐标系统
在同一参考系上建立不同的坐标系,对同一 物体的运动规律和结果的描述完全相同.
二、质点
建立了费米狄拉克统计
● 1927年
建立了布洛赫波的理论
● 1928年
索末菲提出能带的猜想
● 1929年
派尔斯提出禁带、空穴的概念 同年贝特提出了费米面的概念
● 1947年
贝尔实验室的巴丁、布拉顿和肖克来发明了 晶体管，标志着信息时代的开始
● 1957年
皮帕得测量了第一个费米面
● 1962年
发明了集成电路
等 离 子 体 物 理 学
粒 子 物 理 学
原 子 核 物 理 学
原 子 分 子 物 理 学
固 体 物 理 学
凝 聚 态 物 理 学
激 Biblioteka Baidu 物 理 学
宇 地生天宙 球物体射 物物物线 理理理物 学学学理
学
物理学与数学之间有着深刻的内在联系
四. 物理学与技术
● 热机的发明和使用，提供了第一种模式： 技术—— 物理—— 技术
● 电磁学 (Electromagnetism) 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 (Thermodynamics) 研究物质热运动的统计规律及其宏观表现
● 相对论 (Relativity) 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 (Quantum mechanics) 研究微观物质运动现象以及基本运动规律
类星体 10 26 m 宇宙寿命 1018 s
哈勃半径
基本粒子
原子核
E-15
原子
E-12 E-09
E+28 E+24 E+21 E+18
超星系团 星系团 银河系
最近恒 星的距离
最小 的细胞
DNA长度
E-06 E-03 1m
E+03
E+15
E+12 E+09 E+06
太阳系
人 山
太阳
蛇吞尾图，形象地表示了物质空间尺寸的层次
● 电气化的进程，提供了第二种模式： 物理—— 技术—— 物理
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
粒子散射实验 核能的利用
X 射线的发现 层析成像技术(CT)
受激辐射理论 激光器的产生
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
● 1926年
位矢的方向：cos x cos y cos z
r
r
r
两种可以把物体看作质点来处理的情况: • 作平动的物体，可以被看作质点。 • 两相互作用着的物体，如果它们之间的 距离 远大于本身的线度，可以把这两物体看作质点。
三、位置矢量（位矢）
z
位矢:用有向线段表示
记作:
r
xi
yj
zk
r P(x,y,z)
o
y
大小为：
x
r x2 y2 z2
按客体大小划分： 微观系统
宏观系统
按运动速度划分： 低速现象
高速现象
物理学的发展
实验 物理
理论 物理
物 理 现 象
计算 物理
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： 相对论物理学 非相对论物理学
今日物理学
二.物理学的五大基本理论
● 牛顿力学 (Mechanics) 研究物体机械运动的基本规律及关于时空相对性的规律
五. 物理学的方法和科学态度
现代物理学是一门理论和实验高度结合的精确科学
提
推
理
实
修
出
测
论
验
改
命
答
预
验
理
题
案
言
证
论
从新的
观测事实 或实验事 实中提炼 出来，或 从已有原 理中推演 出来
建立模
型；用已 知原理对 现象作定 性解释， 进行逻辑 推理和数 学演算
新的理
论必须提 出能够为 实验所证 伪的预言
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。
三. 物理学是构成自然科学的理论基础
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、 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。
物理学派生出来的分支及交叉学科
● 70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
超晶格材料
大规模集成电路
电子计算机
信息技术与工程
● 几乎所有的重大(高)新技术领域的创立，事先都在物理学中 经过长期的酝酿。
“没有昨日的基础科学就没有今日的技
术革命”。
—— 李政道
● 当今物理学和科学技术的关系 两种模式并存，相互交叉，相互促进
著名物理学家爱因斯坦说：
发展独立思考和独立判断的一般能力，应当始终 放在首位，而不应当把专业知识放在首位。如果 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，而 且比起那种主要以获得细节知识为其培训内容的 人来，他一定会更好地适应进步和变化 。
● 学习的观点：从整体上逻辑地、协调地学习物理学，了解 物理学中各个分支之间的相互联系。
一切物
理理论 最终都 要以观 测或实 验事实 为准则
当一个 理论与实 验事实不 符时，它 就面临着 被修改或
被推翻
六. 怎样学习物理学
著名物理学家费曼说：
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，现在了 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，做出判 断，如何区别真伪和表面现象 。
● 学习的关键： 勤于思考 悟物穷理
● 学习的重点：
● 物理模型 ● 数学表述 ● 研究方法与适用条件
七.参考书：
●《大学物理学》 张三慧 主编 清华大学出版社 ●《大学物理教程》 吴锡珑 主编 高等教育出版社 ●《大学物理学习指导》 张孝林 主编 科学出版社
●《普通物理学习题研讨教程》 杂志: 《大学物理》 《工科物理》
一. 什么是物理学 物理学 (Physics)
物质结构
物质相互作用
物质运动规律
物理学是研究物质世界最基本形态的科学 物理学研究的范围 —— 物质世界的层次和数量级
微观粒子 Microscopic
介观物质 mesoscopic
宏观物质 macroscopic
宇观物质 cosmological
空间尺度： 质子 10-15 m 时间尺度： 基本粒子寿命 10-25 s
第1 章
质点运动学和牛顿运动 定律
§1-1 质点运动的描述
一、参考系和坐标系
• 物质运动具有绝对性 • 描述物质运动具有相对性
参考系： 为描述物体的运动而选取的参考物体
坐标系： 用以标定物体的空间位置而设置的坐标系统
在同一参考系上建立不同的坐标系,对同一 物体的运动规律和结果的描述完全相同.
二、质点
建立了费米狄拉克统计
● 1927年
建立了布洛赫波的理论
● 1928年
索末菲提出能带的猜想
● 1929年
派尔斯提出禁带、空穴的概念 同年贝特提出了费米面的概念
● 1947年
贝尔实验室的巴丁、布拉顿和肖克来发明了 晶体管，标志着信息时代的开始
● 1957年
皮帕得测量了第一个费米面
● 1962年
发明了集成电路
等 离 子 体 物 理 学
粒 子 物 理 学
原 子 核 物 理 学
原 子 分 子 物 理 学
固 体 物 理 学
凝 聚 态 物 理 学
激 Biblioteka Baidu 物 理 学
宇 地生天宙 球物体射 物物物线 理理理物 学学学理
学
物理学与数学之间有着深刻的内在联系
四. 物理学与技术
● 热机的发明和使用，提供了第一种模式： 技术—— 物理—— 技术
● 电磁学 (Electromagnetism) 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 (Thermodynamics) 研究物质热运动的统计规律及其宏观表现
● 相对论 (Relativity) 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 (Quantum mechanics) 研究微观物质运动现象以及基本运动规律
类星体 10 26 m 宇宙寿命 1018 s
哈勃半径
基本粒子
原子核
E-15
原子
E-12 E-09
E+28 E+24 E+21 E+18
超星系团 星系团 银河系
最近恒 星的距离
最小 的细胞
DNA长度
E-06 E-03 1m
E+03
E+15
E+12 E+09 E+06
太阳系
人 山
太阳
蛇吞尾图，形象地表示了物质空间尺寸的层次
● 电气化的进程，提供了第二种模式： 物理—— 技术—— 物理
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
粒子散射实验 核能的利用
X 射线的发现 层析成像技术(CT)
受激辐射理论 激光器的产生
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
● 1926年
位矢的方向：cos x cos y cos z
r
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