东北大学-大学物理-绪论

1大学物理绪论2大学物理课程简介为什么要学物理学如何学习大学物理什么是物理学？物理学是研究什么的？大学物理课程的地位、作用和任务大学物理课程内容简介物理学与物质世界物理学与自然科学物理学与应用技术物理学与科学思维大学教育与中学教育大学物理与中学物理正确方法与错误方法现代教育与传统教育3物理学是研究物质运动的最基本、最普遍的运动形式和规律以及物质的最基本结构的科学物理学是一种哲学观和方法论什么是物理学？物理学是研究什么的？物理学是自然科学的一门重要基础学科物理学是人类物质文明发展的基础和动力大学物理课程简介4大学物理课程的地位、作用和任务大学物理课程是高等学校理工科各专业学生的一门重要的通识性必修基础课。其基本概念、基本理论和基本方法是构成学生科学素养的重要组成部分，是一个科技工作者必备的。在培养学生树立科学的世界观，增强学生分析问题和解决问题的能力，培养学生探索精神和创新意识等方面具有其他课程不能替代的重要作用。通过大学物理课程的学习，使学生对物理学的基本概念、基本理论和基本方法有比较系统的认识和正确的理解，为学生进一步学习其他课程打下坚实的基础。5课程内容简介•力学（质点运动学、牛顿定律、动量守恒定律和能量守恒定律、刚体的运动）•电磁学（静电场、静电场中的导体与电介质、恒定磁场、电磁感应与电磁场）•振动与波（振动、波动）•波动光学（光学的干涉、光学的衍射、光学的偏振）•热学（气体动理论、热力学基础）•近代物理基础（相对论、量子物理）6一、物理学与物质世界二、物理学与自然科学三、物理学与应用技术四、物理学与科学思维为什么要学习物理学?7物理学研究的对象十分广泛：宇观宏观微观1认识世界认识宇宙空间尺度(相差1045－1046)1026m(约150亿光年)(宇宙)——10－20m(夸克)——10-27s(硬射线周期)速率范围：0(静止)——3108m/s(光速)时间尺度(相差1045)1018s150亿年(宇宙年龄)一、物理学与物质世界82当今物理学的两个前沿领域人们从自己向小尺度追问以探索物质的组成粒子物理学(研究微观粒子的组成、结构、相互转换、相互作用和运动规律的理论——高能物理学)天体物理学(宇观理论)标准宇宙模型分析宇宙的起源人们从自己向大尺度追问以探索宇宙的奥秘大爆炸宇宙学：从遥远的过去宇宙产生于大爆炸绝热膨胀至今我们生活在这样的世界中……9宇宙由1250亿个星系组成，每个星系由数千亿个恒星组成，浩瀚的宇宙起源于大约150亿年前的一次大爆炸，从那时起至今整个宇宙处于不断的膨胀之中，今后宇宙是永远膨胀下去，还是膨胀到一定时候再收缩？或者是其他的命运？还有待于继续研究。现代宇宙学认为：10世界是物质的，物质是运动的，运动是永恒的。辩证唯物论的基本观点：3建立正确的宇宙观和时空观时间和空间是相对的、相互关联的，“同时”是相对的，而且时间和空间与物质的存在有关，离开物质谈时间是没有意义的。牛顿绝对时空观：时间和空间是绝对的、均匀的、相互独立的。爱因斯坦相对论时空观：有了正确的宇宙观、世界观和时空观——人生观11二、物理学与自然科学建楼房为什么要打地基？物理学是理工科各专业的重要基础课1物理学是自然科学的基础目前许多大学的农、林、医、人文、社科、经济、管理等专业也开设了大学物理学课程。12物理学力学热学电磁学光学原子物理学…核物理固体物理统计物理电动力学理论物理…相对论量子场论粒子物理天体物理量子力学…流体力学弹性力学无线电电子学金属物理学半导体物理电介质物理学超导物理学等离子体物理天文学物理化学生物物理固体发光液晶及激光…电子技术电工与电子学传感器与测量技术真空技术金属材料及热处理材料力学性能电子电路电磁场与微波技术微机原理电子与现代通信系统…自动化13推动了电子学信息技术的发展——第三次产业革命使人类进入了“信息化时代”2物理学是当代工程技术的基础物理学的三次大的突破，导致了三次大的工业革命：18世纪热力学与统计物理学的发展推动了第一次产业革命使人类进入了“蒸汽机时代”19世纪末—20世纪初电磁学的发展推动了第二次产业革命使人类进入了“电气化时代”20世纪初~现在相对论与量子物理学14三、物理学与应用技术1迅速发展的汽车工业汽车的驱动力、阻力矩问题平稳性与汽车的减震问题汽车的制动器与离合器问题。汽车的发动机工作效率问题——力学RFM00RfMfkxfNf——热学热力学第二定律、卡诺定理、循环效率121QQ152家用电器电冰箱、空调机——制冷机热力学第二定律，卡诺定理，制冷系数2122QQQAQ微波炉电磁场位移电流电介质极化麦克斯韦方程组IddtdDIDtdSdSDEP0改变电偶极矩，使电介质反复极化，使分子热运动加剧，有热效应，但与焦耳热完全不同——微波炉163信息存储技术光盘——激光信息处理：极高的信息存储密度、读取信息时间短、使用寿命长磁盘（软盘、硬盘）——电磁记录、U盘…4激光技术的应用爱因斯坦受激辐射理论(1917)第一台激光器(1960)激光技术的应用：光通信、光计算、激光加工（焊接、切割）、激光印刷（激光打印机、激光照排机、激光复印机、激光制版机）、激光生物应用、激光医学应用（激光刀、激光治疗）、激光测距、激光测速、激光准直导向、激光雷达、激光制导、激光武器…175国防航天领域运载火箭和航天飞机：同步轨道卫星：保持在地球某一经度的地面上空、运行周期与地球自转周期相同。通信卫星、气象卫星、导航卫星。根据开普勒第三定律可以计算出卫星的高度，再由克服地球引力所做的功和机械能守恒定律可计算出发射速度。火箭推进原理，动量定理、动量守恒定律导弹的制导：有线指令制导、电视制导、微波雷达制导、激光制导、红外制导、毫米波制导。嫦娥一号卫星神五、神六、神七、神八、神九蛟龙号载人潜水器挑战7000米深海嫦娥探月2013年6月20日上午10时，神舟十号航天员进行中国首次太空授课，女航天员王亚平主讲。【天宫一号与神舟十号对接】186医疗器械与医学诊断技术目前医学上主要用于观察：肝脏、胆囊、肝外胆管、肾脏、肾上腺、胰腺、脾脏、前列腺、卵巢等。真实、直观、快捷、方便、容易、无痛苦。B超——B型超声波诊断仪声波、超声波、超声波的传播、反射、折射、透射、吸收、衰减、多谱勒效应、探测、显示、成像、记录；除物理学外还涉及电子学、人体组织学等。三维图像（立体）从静态黑白动态（快速成像）彩色（彩超）二维图像19目前在医学上主要用于观察：大脑中病变、中枢神经系统疾病五宫疾病的检查与诊断等。对颅内肿瘤、脓肿、外伤血肿、脑损伤、脑梗塞、脑出血及椎管内肿瘤、椎间盘脱出等病诊断效果很好。X射线与CT扫描X射线、强度衰减、穿透特性、电离效应、光化学效应、荧光效应、CT（计算机断层成像技术)电子束、扫描、接收、造影、成像等。第一代CT扫描机、第二代CT扫描机、第三代CT扫描机、第四代CT扫描机郑全录，毕业于东北大学物理系。现任东软集团有限公司副总裁、东软数字医疗系统股份有限公司副董事长、国家数字医学影像设备工程技术研究中心主任。郑全录成功地主持了国家级火炬计划项目“全身CT扫描机研制与生产”，使我国成为世界上能研制生产CT机的第四个国家，东大阿尔派成为能研制生产CT机的第七个公司，CT的研制生产达到国际先进水平。目前国内独家生产，结束了我国CT长期依赖进口的局面，并实现了出口创汇。20四、物理学与科学思维学习物理学不仅仅是学习知识，更应注重科学思维方法和分析问题解决问题的能力的训练。物理学研究方法在当今科学研究的各个领域都有广泛的应用。物理学中经常使用的研究方法和逻辑思维方法：※实验观测法实验、观测积累大量实验数据整理分析去粗取精去伪存真运用逻辑归纳法定律数学分析法找出规律性21根据其特性合理简化突出主要因素忽略次要因素※理想化方法归纳法发现新的定理和新的定律复杂的问题复杂的客体复杂的过程建立理想化模型设计理想化实验建立科学概念例如：演绎法质点、刚体、弹簧振子、理想气体、准静态过程、点电荷、绝对黑体等理想化实验：“爱因斯坦火车”——相对论中“同时”的相对性“伽里略实验”——力学相对性原理22“热质说”“以太说”主观猜测演绎推理※科学假说方法安培的分子环流麦克斯韦的涡旋电场麦克斯韦的位移电流爱因斯坦的光子德布罗意的物质波宇宙大爆炸假说原有理论无法解释新的现象新的观测结果新的实验结果判定性实验提出假说舍弃保留23提出命题：理论或假说理论预言应用※判定性实验方法（对物理理论或假说起判定作用实验）迈克尔逊—莫雷实验康普顿效应实验光的波粒二象性否定了以太的存在其他方法定性和半定量法、隔离法、排除干扰法、微扰法等等。推测答案实验检验修改理论24如何学习大学物理?一、大学教育与中学教育二、大学物理与中学物理三、正确方法与错误方法四、现代教育与传统教育25一、大学教育与中学教育中学教育的目的为高等院校输送更多的学生升学率重点率高考成绩大学教育的目的为社会输送合格的人才积累知识提高能力培养素质应试教育，忽视能力的培养低年级大学生能力普遍较低大学阶段最重要的是能力的培养：自学能力、理解能力、适应能力、创新能力、表达能力、自我约束力…26在大学物理中，经常需要解决一些实际问题，或接近于实际的问题，这就要还其本来面目：实际物理量大多是变化的、非均匀的、有方向的。要用微积分的思想和矢量的概念去分析和解决具体问题。实际物理问题往往是很复杂的，在中学物理中，常将问题简化成：物理量是不随时间变化的（常量）、也不随空间变化（均匀的）量并不考虑其方向（标量）性。需要对具体问题的物理概念和物理思想有更深刻的理解，而不是简单的套用物理公式算题。二、大学物理与中学物理最重要的区别：27axvvattvxatvv221202200例1：根据速度和加速度的定义推导出匀变速直线运动公式(中学所学)例2如图长为的轻绳，一端系质量为的小球，另一端系于定点，时，小球位于最低位置，并具有水平速度，求小球在任意位置的速率及绳的张力。(用牛顿定律求解）0v0tomo0vvTFgmtenel例3变力做功问题　SFW中学：大学：力的大小和方向随时在变化，运动方向也是变化的。运用微积分思想和方法28三、学习物理的正确方法与错误方法学习物理的正确方法是：1、认真看书：听课与看书的时间不应少于1：22、深入理解：基本概念、基本规律要理解深、理解透。正确理解其物理本质，并要注意其适用条件。3、勤于实践：独立思考、相互交流、经常讨论、适当作题、归纳总结等，加深理解，真正消化所学内容。4、注意方法：用矢量概念和微积分的思想和方法去分析问题和解决问题。用思考而不是用记忆来学习物理学，把教材内容的记忆减少到最低限度。29再看书上是怎么作的，对比一下，从中受到哪些启发；对于自己没能作出或没作对的题，要找一下原因。必要时，回过来再看一看书，加深理解。如何看书上的例题:不要一下从头看到尾，正确的方法是：先认真审题，弄懂题意,根据所学知识想一想，拟出解题思路；自己动手作一作，最好完整作一遍；30中学：应试，灌输，熟记，做题。错误的学习方法：1、课上不记笔记；2、课后不系统看书；3、每单元学完之后不作总结；4、死记硬背定理、定律及公式；5、书没看懂就作题或抄作业；6、平时不下功夫，期末搞突击。大学里仍延用这些方法来学习大学物理31四、现代教育与传统教育现代教育不同于传统教育传授知识的同时，教会学生如何学习，如何进行自我知识更新掌握终身学习的方法现代教育的方式现代教育的目的实行启发式、讨论式教学，注重能力和素质的培养，提倡“自主学习”。“创新是一个民族进步的灵魂，一个国家兴旺发达的动力。……一个没有创新能力的民族，难以屹立于世界先进民族之林。”——江泽民能力的培养和素质的提高——首位特别是创新能力的培养。互联网汉字输入技术自动变速器32希望同学们能以初学者的心态去认真学习，有时要放弃一些中学时期形成的(片面的)观念。要用全新的数学工具和思想——微积分和矢量去学习这部分知识。物理公式不同与数学公式，其背后都有丰富而深刻的物理意义。要思考这些公式“背后”的东