大学物理[工科]01绪论

Courseware：刘亚龙Teacher：刘亚龙WelcometomyClass!•BriefSelf-introduction刘亚龙：副教授、物理学学士、生物化学硕士。主讲《大学物理》、《物理实验》、《生物物理》、《高级生物物理》、《电子技术》、《摄影理论与实践》、《研究生专业英语》以及《电子显微镜》等12门课程。•Contact13186171707（M）408178199（QQ雪山）[e-mail](E-mail)大学学什么•联合国教科文组织21世纪教育委员会，向全世界提出•21世纪教育的4根支柱(1)学会认知Learningtobewise(2)学会做事Learningtobecompetent(3)学会共处Learningtobecooperative(4)学会生存Learningtosurvive你需四种人：高人，贵人，友人，小人监督欣赏相助指点教学计划《大学物理》吴百诗主编科学出版社《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》刘亚龙主编科学出版社●参考书：●实验安排地点：理科大楼（8#楼北边）（3、4、5层的A区）时间：下学期另定计划学时（80学时）绪论2学时第1章运动学6学时第2章动力学7学时第3章力学守恒定律6学时第5章机械振动4学时第6章机械波4学时第7章热力学基础7学时第8章气体动理论7学时第9章静电场8学时第10章稳恒磁场8学时第11章电磁感应5学时第12章波动光学12学时机动（中期考试等）4学时课程考试及成绩总评•总评成绩：平时作业等20%+期中考试30%+期末考试50%•考试题型：【选择】：以基本概念和简单计算为主；【判断】：以物理原理、物理思想为主；【填空】：以物理规律的运用及简单计算为主；【计算】：以物理规律与微积分相结合解决物理问题为主，难度不超过平时作业、例题。•考教分离，统一阅卷•成绩总评特别奖罚加分项(总评成绩直接加分)：【优秀作业奖】：每朵花奖励0.5分；【课堂参与奖】：参与一次奖励0.5分；【端正态度奖】：不作弊、不抄袭、认真记笔记等(适当奖励)；扣分项(总评成绩直接扣分)：【旷课扣分】：每旷课一次，扣除2分！【迟到扣分】：连续迟到两次，扣除1分！【请假扣分】：事假一次，扣除0.5分！病假酌情处理。【其他扣分】：严重违纪，扣除5分！一.什么是物理学？1.物理学研究范畴2.物理学五大基本理论3.物理学与其他自然科学的关系4.物理学与技术革命的关系5.物理学方法和科学态度二.为什么要学物理学？三.怎样学习物理学？物理学(Physics)是研究物质运动最普遍规律的科学一.什么是物理学物理运动：机械运动；热运动；电磁运动；光；原子及原子核运动运动类型：物理运动；化学运动；生物运动；社会运动物理运动是自然界最基本、最简单、最普遍存在的运动！物理学是描述自然的基本语言！万至含妙物理物理1.物理学的研究范畴质子10-15m空间尺度：微观粒子Microscopic介观物质mesoscopic宏观物质macroscopic宇观物质cosmological类星体1026m(约150亿光年)时间尺度：基本粒子寿命10-25s宇宙寿命1018s（150亿年）物质世界的层次和数量级E-15E-12E-09E-06E-031mE+03E+06E+09E+12E+15E+18E+21E+24E+27最小的细胞原子原子核基本粒子DNA长度星系团银河系最近恒星的距离太阳系太阳山哈勃半径超星系团人蛇吞尾图——物质的空间尺寸层次物理学按空间尺度划分：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按客体大小划分：微观系统宏观系统等按研究内容划分：实验物理理论物理计算物理物理学研究对象、内容●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、电磁运动规律●热力学(Thermodynamics)研究物质热运动的规律●相对论(Relativity)研究物质在高速运动时的动力学规律●量子力学(Quantummechanics)研究微观领域物质基本运动规律2.物理学的五大基本理论物理学是一切自然科学的基础物理学派生学科：分支及交叉学科物理学是化学、生物学、材料科学等学科的基础，物理学的基本概念和技术被应用到所有自然科学之中。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光物理学等离子体物理学地球物理学生物物理学天体物理学宇宙射线物理学3.物理学与其它自然科学的关系物理学与数学：紧密而深刻的内在联系物理学与生物学：提供方法、手段、技术克里克是物理学家；沃森是生物学家物理学为生物学研究提供：1.研究手段、方法；2.技术支撑。显微镜技术X射线衍射技术示踪原子技术核磁共振技术同步辐射技术扫描隧道显微镜技术原子力显微镜技术*第一次工业革命（17～18世纪）基于牛顿力学和热力学，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）基于电磁理论，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）基于相对论和量子力学，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。4.物理学与技术革命的关系物理与技术两种发展模式第一种模式：例如热机的发明及使用第二种模式：例如电气化的进程核能的利用激光器的产生层析成像技术(CT)超导电子技术技术——物理——技术物理——技术——物理粒子散射实验X射线的发现受激辐射理论低温超导微观理论超晶格材料纳米材料光子晶体晶体管的发明大规模集成电路电子计算机信息技术与工程量子力学能带理论人工设计材料当今物理学和技术革命的关系:两种模式并存，相互交叉，相互促进几乎所有的重大新(高)技术领域的创立，事先都在物理学中经过长期的酝酿。提出命题建立理论做出预言实验验证修改理论从所观测的事实或实验事实中提炼出来(或从已有原理中推演出来)建立模型及理论并用其对现象作定性解释，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，它就会被修改或被推翻5.物理学研究方法和科学态度物理学理论的建立过程演绎法——推理演算归纳法——假设模型定性和半定量法——直觉想象力洞察力物理学的研究方法“分析－综合法”与“归纳－演绎法”（1）分析－综合法分析：把整体分解为部分，逐个考察每一部分；综合：把研究对象的各个部分结合起来讨论。（2）归纳－演绎法归纳：从个别到一般，即从大量事例中概括出一般原理；演绎：从一般到个别，将一般原理应用于某个特殊对象。【重点掌握】物理学其他研究方法观察、实验、模拟、类比、理想化、假说……[例]经验观察法牛顿时代：以经验观察，逻辑归纳为主。不是由观察结果归纳出理论，而是由理论决定观察什么。——爱因斯坦[例]科学假说法现代物理：问题——假说——(实践)——科学——（证伪）——新问题——新假说——……理想模型（质点、弹簧振子、理想气体……)理想过程(准静态过程、绝热……)理想实验（伽利略、牛顿、爱因斯坦…...）方法实质：简化、纯化，抓住主要矛盾，摒弃次要因素。重要意义：人类认识世界的基本策略。[例]理想化方法物理实验方法——十大经典•比较法•补偿法•平衡法•放大法•转换法•替换法•交换法•模拟法•示踪法•仿真法二.为什么要学习物理学为研究物理而学习物理为了解物理文化而学习物理，为提高科学素质，发展、完善自己而学习物理为应用物理而学习物理•获得生活、学习、工作所需的知识和技能。•开启智慧：获得科学思想、科学精神、科学态度和科学方法的熏陶和培养。物理学课程定位：•立足于提高自身科学素质；•不仅仅是为后续课程服务；•不仅仅是为专业服务；载体物理学与高素质人才提高科学素质和能力以适应高新技术支撑下的市场经济的发展！现代工业技术工程师类型工程科学家型革新发明家型现场工程专家型管理规划专家型都要求良好的科学素质!物理学的思想和观点（如建立理想化模型）从物理本质上提出和研究本专业问题创新能力在工程技术中引入物理学的新成果物理素质的表现请重视并提高您的科学素质深厚的科学素养是发明创造的基础三.怎样学习物理学著名物理学家爱因斯坦说：发展独立思考和独立判断地一般能力，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。物理书都充满了复杂的数学公式。但，思想及理念，而非公式，才是每一物理理论的开端。－－爱因斯坦《物理学的进化》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。•要适应大信息量的“粗线条式”的大学授课模式•注意培养自学能力（粗读与精读相结合）•提高听课效率，学会记笔记（记思路、方法、要点等）•整体把握某学科的研究思路及方法（中学只讲思维结果、不注重思维过程）•保持旺盛的求知欲；反对应试观点●大学学习的基本原则1.学习物理不能仅仅掌握一些知识、定律、公式；2.不要把注意力仅集中在解题上；3.应注意从整体上理解物理学的内容、方法、概念。●学习的关键4.精读勤思，悟物穷理——建立自己的物理图象。•基本要求（1）不迟到、不旷课；（2）上课不讲闲话、尊重他人学习权利；（3）课堂上关闭手机；（4）按时、独立完成作业；（5）三本齐备：笔记本，随堂练习本，作业本。（4）在认真听讲的基础上积极自学——课后多查阅参考书，以帮助理解。•较高要求（1）课前预习，及时复习。（2）尽量理解公式的含义，而非死记硬背。（3）没听懂的问题及时记下，并设法解决。（5）跟上老师的授课进度；学会必要的跳跃。十年寒窗志比鸿鹄飞天南，展翅巴山蜀水间。十年寒窗终有尽，一片坦途始无边。——1981.农历中秋节于川大荷花池旁。有感于大学生活令人窒息的压力而作，勉励自己勇敢面对残酷的现实，去接受挑战，创造辉煌的未来！！