大学物理绪论

大学物理学

绪论

斯蒂芬. 霍金

1942年生于英国。21岁患重症肌无力，全身致残。以坚强的毅力进行科研。是继爱因斯坦后最伟大的物理学家。把量子力学和广义相对论结合起来，提出了宇宙“开放暴胀论”

一什么是物理学？

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科学。

1、物质的基本结构1-粒子物理简介.ppt

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

物理学研究对象在十分广泛范围内运动

✋空间尺度（相差1046m）

1026m（约150亿光年）（宇宙）——10-20 m（夸克）

✋时间尺度（相差1045 s ）

1018s（150亿年）（宇宙年龄）——10-27s（硬γ射线周期）

✋速率范围

0（静止）——3⨯108 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

1m 10-20

10-15

10-10

10-51015104101010251020W ++粒子原子

DNA 人山

地球

太阳系星系星系团

原子核微观介观宏观

宇观天体物理粒子物理

两大尖端紧密衔接

时间、空间

时间：表征物质存在的持续性，物质运动的阶段性和顺序性。用能周期性重复的现象来计量时间。时间的国际单位是秒（s）

a.定义1秒为

平均太阳日的1/86400。（一个太阳日就是太阳相

继两次经过同一子午面的时间间隔。平均太阳日

就是全年太阳日的平均）

b.1956年定义1秒为

1900年太阳年1/31556925.9747。（一太阳年为太

阳两次通过春分点的时间间隔）

c.1967年第13届国际计量大会决定定义

1秒等于铯133原子基态的两个超细能级之间跃迁相对应的辐射周期的9192631770倍。这就是原子钟。精度为12

10

空间：表征物质存在的广延性，物质之间的排列顺序。空间两点的距离为长度，任何长度的测量都是通过某一长度基准进行的。长度的米制标准起源于法国。

a.最早的米定义是通过巴黎的一条子午线从北极到

赤道的一千万分之一。

b.1889年的一届国际计量大会通过，将保存在法国

国际计量局中的铂铱合金棒的两条刻线间距离定义为1米。

c.1983年的十七届国际计量大会通过，光在真空中

（1/299792458）秒内运行的路程定义为1米。

二、物理学的发展

•2600年前古希腊的自然科学。

•1687年牛顿《自然哲学的数学原理》发表

物理学真正成为一门精确的科学；

•17 世纪在伽利略、开普勒工作基础上，牛

顿建立了完整的经典力学理论；

•18-19世纪在大量实验基础上，卡诺、焦耳、

开尔文、克劳修斯，建立了宏观热力学论；

克劳修斯、麦克斯韦、玻尔兹曼建立了•气体分子动理论；（热学）

•库仑、奥斯特、安培、法拉第、麦克斯•韦建立了电磁学理论。

惠更斯、菲涅尔等建立了波动光学

•至此，经典物理学理论体系的大厦巍然耸立!

20世纪爱因斯坦独立创立了相对论;

普朗克、爱因斯坦、玻尔德布罗意、

海森伯、薛定谔、玻恩等人共同努力

创立了量子论和量子力学。

奠定了近代物理学的理论基础。

♦物理学在不断发展

✋前沿

粒子物理、

天体物理、

复杂性研究

✋经典物理也在发展

波动光学→信息光学

✋21世纪物理学的发展趋势

把对微观世界的研究与对宏观世界的研究结合起来

21世纪

微观世界两大疑问宇宙中的两大疑问①弱相互作用中宇称不守恒

②自由夸克没有观测到

①暗物质是什么

②类星体具有巨大能量

（二）为什么学习物理学？

1. 形势的要求

2. 物理学是一切自然科学的基础

3. 物理学是现代技术革命的先导

4. 物理学是认识世界，掌握世界的思维方法

1. 形势的要求

高校大规模的扩招

大学毕业生就业难

毕业生专业不对口

物理学具有全面知识，力、光、电、原子物理覆盖了自然科学的全部领域。是专业的入门砖

物理学的思维方法是再学习，适应社会的需要

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。

10-15秒生命科学：DNA分子双螺旋结构

Francis Crick & James Watson

DNA 的双螺旋结构

DNA

的双螺旋构型

物理学与医学

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。

物理学渗入经济学

M.S.Scholes & F.S.Black 利用布朗运动模型和随机微分方程导出Black—Scholes 期权定价公式，获1997年诺贝尔经济学奖。

无论什么问题，当物理学家用物理方法去研究它们时，就把它们纳入物理学问题，成为物理学的具体研究对象