物理学科基础讲座

• 4 振动学基础 – 振动 – 简谐振动； – 无阻尼自由振动 – 阻尼振动 受迫振动 共振； – 振动的合成
• 5 波动学基础 – 机械波产生和传播； – 波的传播速度 波长 周期 频率； – 波动方程 – 波的能量,能流密度 – 惠更斯原理； – 波的反射与折射 – 波的迭加原理 波的干涉； – 波的绕射和散射， – 声波 超声波 次声波； – 多普勒效应。
18
自由落体的规律ห้องสมุดไป่ตู้
“伽利略的发现，以及 他所用的科学推理方法， 是人类思想史上最伟大 的成就之一，而且标志 着物理学的真正的开 端！”-----爱因斯坦
伽利略
老实说，我赞成亚里士多德的著作，并精心地加以研究。我只 是责备那些使自己完全沦为他的奴隶的人，变得不管他讲什么 都盲目地赞成，并把他的话一律当作毫不能违抗的圣旨一样， 而不深究其他任何依据--------伽利略
• 物理学探究是发现已有物 理知识的局限性、甚至谬 误，拓展新知识的必须手 段。
物理学是价值观体系(Physics
as a set of values)
• 物理学的价值观是指人们从事物理学探究 、应用等活动的基本价值取向、态度、精 神等
• 科学怀疑是科学研究的起点 • 科学求真是科学研究的最基本的追求 • 科学求实是科学研究的必须的态度取向 • 科学创新是科学研究的生命和灵魂
• 第一次工业革命:18世纪以蒸汽机作为动力机被广泛使 用为标志,以机器代替手工工具,不仅是一次技术改革， 更是一场深刻的社会变革
• 第二次工业革命:19世纪法拉第和麦克斯韦电磁理论的 应用, 成功制造电机电器电讯设备,电力的广泛应用,工业 电气化
• 第三次:以原子能、电子计算机和空间技术的广泛应用 为主要标志，涉及信息技术、新能源技术、新材料技术 、生物技术、空间技术和海洋技术等诸多领域的一场信 息控制技术革命
• 科学“求真”“向善”“臻美”的人文价 值追求
经典力学的体系
• 运动学
– 研究物体位置随时间变化各种关系
• 动力学
– 研究物体的机械运动和相互作用力间的关系
• 静力学
– 研究在力的作用下物体获得平衡的问题
刚体力学、流体力学 、 固体力学 、材料力学 、结 构力学 、弹性力学 、塑性力学 、爆炸力学 、磁流 体力学 、空气动力学 、天体力学 、生物力学、计算 力学、相对论力学、量子力学
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
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
• 6.液体力学 – 液体中的压强 – 理想液体,稳定流动,流线和流管 – 连续原理 – 伯努利方程 – 粘滞流体
激 光 物 理 学
地 球 物 理 学
宇 生 天宙 物 体射 物 物线 理 理物 学 学理
学
物理学与数学之间有着深刻的内在联系
物理学的研究方法
• 物理学理论是通过观察、实验、抽象、假设、推 理等研究方法并通过实践检验而建立起来的
• 观察 • 实验 • 抽象 • 假设 • 推理 • 定律 • 理论
物理学对技术及社会发展三次大突破
• 1 质点运动学
– 参照系和坐标系； – 位矢，位移； – 速度，加速度； – 直线运动； – 运动迭加原理； – 曲线运动； – 相对位移与相对速度。
• 2 质点动力学
– 牛顿运动定律； – 惯性系和非惯性系； – 冲量 动量 动量定律 动量守恒定律； – 功 动能 动能定理； – 势能 机械能守恒定律； – 能量转化与守恒定律； – 碰撞； – 经典力学适用范围。
牛顿运动定律
运动定律解释了所有
宏观物体的运动 ，奠
定了经典物理学的基
础；也构成了工程技
术的基础。
牛顿推出三大运动定
律、发现万有引力和
牛顿
创立微积分，成为过
去一千年中最杰出的
科学巨人。
万有引力定律
万有引力定律的发现，是自
然科学最伟大的成果之一。
它把地面上物体运动的规律
和天体运动的规律统一了起
来，对以后物理学和天文学
宇观物质 cosmological
类星体 10 26 m
宇宙寿命 1018 s
● 牛顿力学 (Mechanics) 研究物体机械运动的基本规律
● 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
●光学(optics) 研究光的行为和性质，以及光和物质相互作用
●原子物理学(Atomic Physics) 研究原子的结构、运动规律及相互作用
●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
物理学知识拓展
物理学是研究物质结构、相互作用和 运动基本规律的一门基础自然科学，是 人类文化的组成和技术的基础。
物理学 (Physics)
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
微观物质 Microscopic
宏观物质 macroscopic
空间尺度： 夸克 10-20 m 时间尺度： 基本粒子寿命 10-27 s
的发展具有深远的影响。它
第一次解释了一种基本相互
作用的规律，在人类认识自
然的历史上树立了一座里程
碑。
14
• 3 刚体动力学 – 刚体定轴转动 角速度 角加速度； – 转动动能 转动惯量； – 力矩 转动定律； – 力矩的功 刚体定轴转动的动能定理； – 动量矩 冲量矩 – 动量矩定理 动量矩守恒定律
物理学是知识体系（ Physics as knowledge）
• 物理知识是对物理 物质世界的意义建 构；
• 物理知识需要观察 实验证据的论证；
• 物理知识具有相对 真理的性质。
物理学是探究(Physics as Inquiry)
• 物理学是一种探究，并且 是每个人都可以做的探究 活动。
• 物理学探究需要质疑、观 察、提出问题、假说、设 计、实验、推理、评价、 交流等活动。