大学物理绪论2016.

绪论1大学物理主讲人门艳彬绪论（introduction）•什么是物理学？•为什么要学习物理学？•如何学习物理学？•物理学的最高追求是什么？23一、什么是物理学？物理——万物之理•探索物质结构(“物”)及其运动的基本规律(“理”)的科学.（1）物质包括“实物”和“场”，而场更基本。（2）世界是物质的,物质是永恒不断地运动着的.+4物质的运动形式多种多样，它们既服从共同的普遍的规律，又有其独特的规律，对各种不同的物质运动形式的研究形成了自然科学的各个分科。物理学研究的是物质运动最基本最普遍的形式，包括：机械运动、电磁运动、分子热运动、原子及原子核的运动等。总之，与其他学科相比，物理学更着重寻找物质世界普遍而基本的规律。物理学理论分为经典物理学：力学、热、光、电磁原子物理近代物理学：量子力学和相对论（1）经典物理学的形成17世纪.牛顿在伽利略、开普勒工作的基础上建立了完整的经典力学理论，这是现代意义下的物理学的开端。518--19世纪，卡诺、焦耳、克劳修斯建立了宏观的热力学理论和说明热现象的分子运动论。18--19世纪，库伦、法拉第、麦克斯韦建立了电磁学理论。至此，经典物理学理论体系的大厦巍然耸立起来。物理上的两朵乌云620世纪初，在一些新实验事实基础之上，普朗克、爱因斯坦、玻尔、薛定谔等人的努力下，建立了量子理论和相对论。奠定了近代物理学的理论基础。二、为什么要学物理？1.物理学的发展为科学技术发展奠定基础；没有物理学，便不会有当今的科学技术！物理学提供了物质世界的最基本的规律，任何自然科学都不能违反物理的规律---学习自然科学的基础理论。7开普勒18世纪下半叶第一次技术革命,蒸汽机为标志,牛顿力学和热力学的结果；819世纪第二次技术革命，以电力的应用和无线电通讯的实现为标志，将人类带进了电气化时代MichaelFaraday电磁感应定律（1831年）法拉第最初公布他的发现时，一位贵夫人问：“这有什么用？”他说：“一个新生的婴儿又有什么用？”电磁场磁？9HeinrichRudolfHertzJamesClerkMaxwell1862年电磁理论1888年用振荡偶极子产生电磁波电磁波10早在1862年，年仅31岁的英国物理学家麦克斯韦就从理论上科学地预言了电磁波的存在，但是他本人并没有能够用实验证实。一些对电磁波理论持反对态度的人不断发难：“谁见过电磁波？它是什么样子？拿出来看看！”第一个证明电磁波存在的是德国物理学家赫兹。1888年2月，他用自己设计的仪器完成了这一轰动科技界的实验。1886年，29岁的赫兹在做放电实验时，偶然发现身边的一个线圈两端发出电火花，原来是一个个小火花在迅速地来回跳跃。他想到，这可能与电磁波有关。后来，他制作了一个十分简单而又非常有效的电磁波探测器──谐振环，就是把一根粗铜丝弯成环状，环的两端各连一个金属小球，球间距离可以调整。最初，赫兹把谐振环放在放电的莱顿瓶（一种早期的电容器）附近，反复调整谐振环的位置和小球的间距，终于在两个小球间闪出电火花。赫兹认为，这种电火花是莱顿瓶放电时发射出的电磁波，被谐振环接收后而产生的。后来，赫兹又用谐振环接收其他装置产生的电磁波，谐振环中也发出了电火花。所以，谐振环就好像收音机一样，它是电磁波的接收器。就这样，人们怀疑并期待已久的电磁波终于被实验证明了。电磁波的传播速度？11ErwinSchrodinger&WernerK.Heisenberg20世纪相对论,量子力学诞生,产生了核能、激光、计算机等高新技术,导致以新能源、材料、激光和信息技术为标志的第三次技术革命.上帝掷骰子吗——量子力学史话12激光切割激光手术条码判读激光的应用及其特点13激光武器通过发射“一束能量”来烧毁打击目标或破坏敏感的电子系统。沿一定方向发射的激光束攻击目标的定向能武器，具有快速（速度是光速，因此在使用时一般不需要提前量）、灵活、精确和抗电磁干扰等优异性能；易受天气的影响14原子弹爆炸发出巨大的能量现在人类正在向征服宇宙进发。原子弹（玻尔）15第一支晶体管的诞生J.BardeenW.ShockleyW.H.Brattain1956年获诺贝尔物理奖16在一毫米见方的单晶硅片上制成的集成电路可以穿过针眼。90年代中期Intel公司在一枚小硬币尺寸的奔腾芯片上包含500万个晶体管，刻蚀线宽不到微米。第一台计算机及未来的计算机17是学习一切科学技术知识的基础课是培养科学素质最有效的基础课总之，物理学是迎接21世纪新科技革命的必修课2.物理学的实验手段、科学方法是学习一切自然学科的基本方法；物理学扩展和提高我们对其他学科的理解,诸如地球科学、农业科学、化学、生物学、环境科学,以及天文学和宇宙学——这些学科对整个人类都是至关重要的.18三、怎样学好物理？大学物理与高中物理的区别研究物理学的方法•物理模型方法-突出主要矛盾,略去次要因素，将研究对象加以简化.如质点、点电荷、理想气体、绝热系统、原子的有核模型等等。应该注意每个物理模型都有其局限性.19（1）理想模型法（2）理想实验法物理学从根本上说是一门实验科学理论——实验——理论的循环.20重的快！一样快！跨越时空的对话亚里士多德(Aristotle，前384—322)伽利略(GalileoGalilei，1564—1642)逻辑的力量v1=8v2=4v1284v128伽利略认为：重物与轻物应该下落得同样快。传说中的比萨斜塔实验伽利略科学思想方法的核心：把实验和逻辑推理（包括数学推演）和谐地结合起来。伽利略科学思想的成就伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法，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开端。——爱因斯坦25（3）科学假设法物质的运动具有复杂性，而人类的认识又具有局限性，为了达到认识事物的目的，人们会提出一些推测性的理论，称为假说。很多理论往往是通过多次假说(原子模型)，依据新的实验事实逐渐修正得到的。如能量子假说（黑体辐射）、光量子理论26（4）类比推理法电磁理论万有引力-库仑定律（5）分析综合法四、物理学的最高追求与其他学科(如化学、生物学等等)不同,物理学没有为自己的研究领域规定时空限制.1、物质存在与空间尺度基本粒子10-17微观(可分？)人m宏观宇宙半径1026宇观（无限？有界？）~43个数量级27宇宙的宏观与微观的蛇形图282物质之间存在相互作用万有引力----宏观物体电磁力---带电物体之间强相互作用力---强子之间（质子、中子及各种介子之间）。力程10-15m弱相互作用力---轻子与轻子之间，轻子与强子之间。力程10-17m.29四种基本相互作用＊以距源处强相互作用的力强度为1m1015力的种类相互作用的粒子力的强度力程万有引力一切质点无限远3810弱力大多数粒子小于m10171310电磁力电荷无限远210强力核子、介子等m10151＊30温伯格萨拉姆格拉肖弱相互作用电磁相互作用电弱相互作用理论三人于1979年荣获诺贝尔物理学奖.鲁比亚,范德米尔实验证明电弱相互作用，1984年获诺贝尔奖.电弱相互作用强相互作用万有引力作用“大统一”（尚待实现）313、物理学的最高追求建立起将四种基本相互作用都统一起来的“超大统一理论”。霍金“活着的爱因斯坦”