大学物理学绪论

主讲教师周林第一节:什么是物理？第三节:怎样学物理？第二节:为何学物理？《大学物理学》绪论第四节:数学知识预备第一节：什么是物理？物理学：研究物质世界最基本的结构、最普遍的相互作用、最一般的运动规律及所使用的实验手段和思维方法的自然科学。物理学的研究对象：从空间尺度上包括：小到微不足道的亚核粒子，大到浩瀚的宇宙。时间尺度上，早至宇宙的起源，晚至遥远的将来。●空间尺度距离（米）1027哈勃半径（～150亿光年）1021银河系（～10万光年）1012太阳系（～1光小时）109太阳1人10-3DNA长度10-6细胞10-10原子10-15原子核＜10-17e,z0,w±,ν时间尺度时间（秒）1018宇宙年龄1017地球年龄1014古人类1012人类文明10111010人寿命109108地球公转（年）107100摆钟周期10-2电视扫描周期10-310-25Z0粒子寿命一.物理学的萌芽时期(古希腊)对自然界的观察和思考----自然哲学力学：简单机械、杠杆原理、浮力定律光学：的直进、折射、反射、小孔成像、凹凸面镜电磁学：摩擦起电、磁石吸铁、指南针声学：声共振实验从远古直到中世纪末，由于生产的发展，积累了不少物理知识，但还不是系统的自然科学研究。物理学的划分：二.经典物理学时期第1次综合：以17世纪牛顿力学的建立为标志1687年发表划时代著作：《自然哲学的数学原理》建立两个定律运动定律：在力作用下物体的运动规律万有引力定律：物体间相互作用的规律应用：通过天王星轨道偏离牛顿定律，而推断天王星轨道外还有一颗星----海王星第2次综合：以18、19世纪热力学理论和气体分子动理论的建立为标志蒸汽机：导致以解决动力机械为主导的第一次工业革命第3次综合：以19世纪麦克斯韦电磁场理论的建立为标志电力和无线电通讯：开始工业电气化进程，导致第二次工业革命三.近现代物理时期相对论量子力学近代物理的理论基础高新技术---核能、晶体管、激光、大规模集成电路、计算机、宇航等：导致第三次工业革命物理学进一步发展：核物理、半导体物理、固体物理、激光物理、天体物理▲物理学的研究方法物理学是一门理论和实验高度结合的精确科学。从方法论上讲，物理学的研究方法可分为：具体地说，物理学还有许多有特色的方法，如：★对称性分析★守恒量的利用★简化模型的选取★概念和方法的类比★定性和半定量分析★量纲分析……★演绎法:基本定律→推理、演算→新理论★归纳法:归纳实验、观测事实→假设、模型→新理论文献[1]表明，某大学有21.1%的理工科大学生只是以随大流、得过且过的态度在对待学习大学物理学，而文科生这个比例则高达45.2%。总之,物理学是一门以实验为基础的自然科学，它是发展最成熟、高度定量化的精密科学，又是具有方法论性质、被人们公认为最重要的基础科学。然而,作为理工科大学生的一门非常重要的基础课,大学物理的教学效果如何?......千禧之年，加拿大的《环球邮报》、美国新闻周刊和英国BBC等10几家世界级大媒体作了一次调查，请世界各国的读者评选，从公元1001年至今，1000年来对整个世界影响最大的100位名人。第二节：为何学物理？NO!拿破仑？成吉思汗？NO！比尔·盖茨？莎士比亚？NO！NO！爱因斯坦杰出的物理学对人类社会进步的影响，被全世界公认！Yes！第一是为了学会怎样动手做测量和计算,其知识在各方面的应用;第二是培养科学家,他们不仅致力于工业的发展,而且贡献于人类知识的进步;第三是认识自然界的美妙,感受世界稳定的实在;第四是学习怎样由未知进到已知的科学求知方法;第五是通过尝试和纠错,学会一种有普遍意义的自由探索和创造精神.费曼认为学习物理有五大理由:▲打好学习其它学科(尤其是化学)的基础▲提高科学素质和能力,以适应高新技术和市场经济的发展(转产,转行)★学习物理对提高科学素质有重要作用：（1）培养辩证唯物主义的世界观（2）学会掌握科学的方法（3）培养科学思维能力、发展智力（4）培养探索与创新精神★现代工程技术人员必须具备良好的科学素质。学习物理是为了：我国资深科学家钱伟长教授说的：“我在大学里学的是物理学，…….以物理学为对象我学到了调查研究，收集资料，分析资料和逻辑思维的能力，物理学的知识有时是很有用的，但通过物理学学到的这些能力，比物理学知识更有用。”第三节：怎样学物理？▲严守课堂纪律。要勤于思考,悟物穷理，不断建立自己的物理图象。▲经常去图书馆查物理、看物理、思考和交流物理。▲重视预习和复习，主动培养自学能力，适应“粗线条”的讲课方式。▲学会记笔记(记思路、要点和有特色的内容)。▲高质量地及时完成作业，摈弃“题海战术”。xyz第四节：数学知识预备定义：具有大小和方向、且服从平行四边形合成法则的物理量。1.表示kzjyixrrerr0xyz),,(zyxPijkrrerr222zyx2.相加首尾相接，由起点到终点的矢量为和矢ABCABABCBA3.相减BAC4.标积（点积）cosABBA0ji0kj0ki1ii1jj1kk①)()(kBjBiBkAjAiABAzyxzyxzzyyxxBABABA②和不是零矢时③AB0BA则BA④交换性ABBA⑤分配性CABACBA)(5.矢积（叉积）CeABBA)sin(①ABCesinABBA②0AA和不是零矢时③AB0BA则BA//④无交换性ABBA⑤分配性CABACBA)(▲发展独立思考和独立创新的一般能力,应当始终放在首位,而不应当把知识放在首位。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与工作,他必定会找到自己的道路。而且比起那些主要以获取细节知识为其训练内容的人来,他一定会更好适应进步和变化。—A.爱因斯坦结束语费曼在他的《费曼物理学讲义》的结束语中这样写道:“我讲授的主要目的,不是为你们参加考试做准备———甚至不是为你们服务于工业或军事做准备,我最想做的是给出对于这个奇妙世界的一些欣赏,以及物理学家看待这个世界的方式,我相信这是现今时代里真正文化的主要部分.也许你们将不仅对这种文化进行欣赏,甚至也可能你们会加入到人类理智已经开始的这场伟大的探险中去.”