大学物理绪论63556.ppt

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1、上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出主讲：邵云主讲：邵云物理与电子工程学院物理与电子工程学院11/22/20221上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出1.1.张三慧主编，大学物理系列教材及教辅书籍，清张三慧主编，大学物理系列教材及教辅书籍，清华大学出版社；华大学出版社；2.2.程守洙程守洙 江之永主编，江之永主编，普通物理学普通物理学，高等教育，高等教育出版社；出版社；3.3.赵近芳编，赵近芳编，大学物理学大学物理学，北京邮电大学出版，北京邮电大学出版社；社；4.4.马文蔚马文蔚物理学物理学配套教辅，高等教育出版社

2、；配套教辅，高等教育出版社；5.5.程守洙版程守洙版普通物理学普通物理学配套教辅；配套教辅；6.6.网络资源：各大高校的网络资源：各大高校的大学物理大学物理精品课程网精品课程网站，请自行百度！站，请自行百度！主要参考书目：主要参考书目：11/22/20222上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出2.2.物理学的研究对象物理学的研究对象（1 1）研究物质的两种形态）研究物质的两种形态实物实物和和场场是物质的两种基本形态是物质的两种基本形态。关于实物物质结构关于实物物质结构 实物包括微观粒子和宏观物体，它的范围是实物包括微观粒子和宏观物体，它的范围是从基本粒子

3、的亚核世界到整个宇宙。从基本粒子的亚核世界到整个宇宙。一、物理学和物质世界一、物理学和物质世界1.1.什么是物理学什么是物理学 概括地说，物理学就是探讨物质结构、物质运概括地说，物理学就是探讨物质结构、物质运动、物质间相互作用的基本规律的科学。动、物质间相互作用的基本规律的科学。11/22/20223上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出研究对象的尺度：研究对象的尺度：空间尺度空间尺度 1026 m(约约100亿光年亿光年)10-20 m 宇宙大小宇宙大小 夸克大小夸克大小时间尺度时间尺度 4.31017 s(137亿年亿年)10-28 s 宇宙年龄宇宙年

4、龄 强作用共振态寿命强作用共振态寿命速率范围速率范围 0 m/s(静止静止)3108 m/s(光速光速)质量范围质量范围 1053 kg(宇宙宇宙)0(光子、中微子光子、中微子)11/22/20224上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出以下幻灯显示：以下幻灯显示：从从10亿光年亿光年 0.1费米（费米（1费米费米=10-15 m）11/22/20225上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出10亿光年观测到的宇宙，图中每一个点所表现的事物都是无比古远的。11/22/20226上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上

5、页 下页下页 作业作业 退出退出1亿光年视野缩小10倍，宇宙看起来还是空空如也，星光点点。可是，那些点点斑斑的真的是星星吗？11/22/20227上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出1000万光年把眼光再降低一个数量级，那些点点看起来依然象是星星11/22/20228上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出100万光年近些，再近些。星星吗？银河系。11/22/20229上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出10万光年银河系，我们的家园。直径十万光年。11/22/202210上页上页

6、 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出1万光年现代研究得出结论：太阳系位于银河系螺旋翼内侧的边缘，距离银河系中心大约2.5万光年。若视银河系为一个巨大的扁盘，我们就应该在这张扁盘的平面上。11/22/202211上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出1千光年密密麻麻！11/22/202212上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出100光年再近点，还是密密麻麻！11/22/202213上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出10光年又是密密麻麻！11/22

7、/202214上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出1光年这是什么？11/22/202215上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出1万亿公里依然雾气昭昭的一团11/22/202216上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出1千亿公里是太阳系11/22/202217上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出100亿公里放大十倍观察太阳系。图中亮点仅是背景上离得遥远的星星，并非太阳系的一部分。11/22/202218上页上页 下页下页 返回返回 退出退出

8、上页上页 下页下页 作业作业 退出退出10亿公里被蓝框子圈上的是地球的轨道11/22/202219上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出1亿公里地球在哪里？11/22/202220上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出1000万公里月球围地球转的轨道11/22/202221上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出100万公里11/22/202222上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出10万公里地球！Home，Sweet home。11/22/2

9、02223上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出1万公里11/22/202224上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出1000公里北美五大湖区中的密西根湖，框住的城市是芝加哥。11/22/202225上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出100公里芝加哥鸟瞰。由此开始了人类所能够理解的数量级，开始了我们熟悉的世界。11/22/202226上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出10公里密密麻麻的建筑。11/22/202227上页上页 下页下页 返

10、回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出1公里11/22/202228上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出100米11/22/202229上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出10米11/22/202230上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出1米11/22/202231上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出10公分手所能把握的尺度。相信人类所接触的大部分物体都是在这样一个数量级的。看看你的周围，键盘、鼠标、手机、杯子、碗11/

11、22/202232上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出1公分手上的皱纹细部。我们即将进入另一个陌生的领域微观世界。11/22/202233上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出1毫米手上的毛孔。11/22/202234上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出100微米依稀可见皮肤的组织结构。11/22/202235上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出10微米一般来说一个细胞的数量级就是10微米。11/22/202236上页上页 下页下页 返回

12、返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出1微米生物课上学过的细胞核膜的细部。11/22/202237上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出0.1微米染色体。人类细胞里面都会有23对染色体（46条）。11/22/202238上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出100埃这个数量级，能度量某些有机大分子。脱氧核糖核酸，即DNA。分子结构清晰可见。11/22/202239上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出1纳米这个数量级下，连原子都可以数清。因此，纳米级又叫原子级。组成D

13、NA分子的原子们，以共价键和氢键彼此结合成庞大的有机分子。生命就在这种复杂的结合中得以体现。11/22/202240上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出1埃密布的电子云，能看到原子核附近的电子云比较浓。离核近的地方电子出现的几率大些，云就密；离核远的地方出现的几率小些，云就稀。11/22/202241上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出10皮米原子核外围的浓密电子云。仿佛又回到了浩瀚无边的宇宙。这样来看每个原子都象是个小宇宙，我们的世界就这样的周而复始着11/22/202242上页上页 下页下页 返回返回 退出退出

14、上页上页 下页下页 作业作业 退出退出1皮米穿过最浓的电子云，发现更近核的地方反倒清净。11/22/202243上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出0.1皮米传说中的原子核。这个数量级下，看原子核就可以看出很多个球球来，它们是带正电的质子和不带电的中子。11/22/202244上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出10飞米原子核的特写。11/22/202245上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出1飞米（10-15米）质子（也可能是中子）的细部，乱七八糟一大片。未知的结构，未知的

15、领域，那里属于上帝。11/22/202246上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出0.1飞米一旦我们进入下一个层次，我们将会看到什么，我们又将会知道什么？11/22/202247上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出物质世界的空间尺度物质世界的空间尺度宇宙的宇宙的4646个台阶个台阶宇宙学、粒子物理的奇妙衔接！宇宙学、粒子物理的奇妙衔接！天体物理天体物理宇观宇观宏观宏观介观介观微观微观粒子物理粒子物理11/22/202248上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出关于场物质结构关于场

16、物质结构例如：电磁场、引力场、各种介子场。例如：电磁场、引力场、各种介子场。*实物周围存在相关的场，场传递实物间的相实物周围存在相关的场，场传递实物间的相互作用，场和实物可以相互转化！互作用，场和实物可以相互转化！*现代物理认为场是更基本的，粒子只是场处现代物理认为场是更基本的，粒子只是场处于激发态的表现。于激发态的表现。物理学组成：物理学组成：力学，热学，电磁学，光学，原子物理学力学，热学，电磁学，光学，原子物理学 其中其中前两者侧重对实物的研究；后三者则前两者侧重对实物的研究；后三者则侧重对场的研究。侧重对场的研究。11/22/202249上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下

17、页下页 作业作业 退出退出（2 2）研究物质最简单最基本最普遍的运动形式研究物质最简单最基本最普遍的运动形式物质的运动具有物质的运动具有粒子粒子和和波动波动两种图像。两种图像。天体运动、机械运动、分子热运动呈天体运动、机械运动、分子热运动呈现现粒子性；粒子性；机械波、电磁场、光波呈现波机械波、电磁场、光波呈现波动性。动性。无论场和实物都呈无论场和实物都呈现现波、粒二象性。波、粒二象性。（3 3）研究物质的相互作用）研究物质的相互作用概括起来，物质间有四种相互作用概括起来，物质间有四种相互作用：宏观领域：宏观领域：微观领域：微观领域：引力作用、电磁作用、强作用、弱作用。引力作用、电磁作用、强作用

18、、弱作用。11/22/202250上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出从阶段划分，可分为经典、近代、现代物理。从阶段划分，可分为经典、近代、现代物理。经经 典典第一代第一代：1543年以前，以亚里士多德为代表的物理年以前，以亚里士多德为代表的物理学（如地心说，力是维持速度的原因等）学（如地心说，力是维持速度的原因等）第二代第二代：1543年年-1900年以牛顿为代表的物理学。年以牛顿为代表的物理学。近近 代代第三代第三代：1900年年-1928年以爱因斯坦的相对论和薛定年以爱因斯坦的相对论和薛定谔、海森伯等的量子论为代表的近代物理学谔、海森伯等的量子论为

19、代表的近代物理学第四代第四代：1928年至今的现代物理学，如激光、超导、年至今的现代物理学，如激光、超导、半导体、混沌等。半导体、混沌等。11/22/202251上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出二、为什么要学习二、为什么要学习“大学物理大学物理”？物理学是一切自然科学和工程技术的基础，它导致物理学是一切自然科学和工程技术的基础，它导致了三次工业技术革命。了三次工业技术革命。IBM公司构成的铂片公司构成的铂片表面的表面的“一氧化碳人一氧化碳人”身高身高5 5纳米。纳米。可以可以开玩笑的说，所有与自然科学有关的专业、开玩笑的说，所有与自然科学有关的专业、

20、系，都不过是物理学中的一节或一章内容而已。是系，都不过是物理学中的一节或一章内容而已。是物理学的延伸与物理学的延伸与扩展。扩展。全世界工科大学无一例外将全世界工科大学无一例外将物理作为重要基础课！物理作为重要基础课！11/22/202252上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出比较比较原理发现原理发现（年）（年）工业产品工业产品（年）（年）经历时间经历时间（年）（年）电动机电动机18211821188618866565真空管真空管18821882191519153333无线电无线电18871887192219223535X X光光1895189519131

21、9131818雷达雷达19351935190019005 5原子反应堆原子反应堆19391939194219423 3半导体半导体19481948195119513 3激光激光19581958196019602 2从从基本原理转变为技术的速度加快基本原理转变为技术的速度加快11/22/202253上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出 教育的实质就是克服狭隘性，也就是要开阔教育的实质就是克服狭隘性，也就是要开阔人的眼界。人的眼界。曼格曼格 中国某著名大学博士，雷雨天，小两口上八达岭中国某著名大学博士，雷雨天，小两口上八达岭长城被雷击。长城被雷击。没有物理修

22、养的民族是愚蠢的民族！没有物理修养的民族是愚蠢的民族！有人统计过，自有人统计过，自2020世纪中叶以来，在诺贝尔化学世纪中叶以来，在诺贝尔化学奖、生物及医学奖，甚至经济学奖的获奖者中，有一奖、生物及医学奖，甚至经济学奖的获奖者中，有一半以上的人具有物理学的背景；半以上的人具有物理学的背景；这意味着他们从这意味着他们从物理学中汲取了智能，转而在非物理领域里获得了成物理学中汲取了智能，转而在非物理领域里获得了成功。功。11/22/202254上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出总之，难度大，内容多，学时少！总之，难度大，内容多，学时少！三、大学物理与高中物理

23、的比较三、大学物理与高中物理的比较 高中物理高中物理 大学物理大学物理研究对象研究对象 恒量恒量 变量变量数学工具数学工具 代数计算代数计算 微积分法微积分法思维方法思维方法 由特殊到一般由特殊到一般 由一般到特殊由一般到特殊物理特征物理特征 标量标量 矢量矢量11/22/202255上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出四、物理学特点四、物理学特点1.1.物理学是一门理论和实验相结合的科学；物理学是一门理论和实验相结合的科学；2.2.物理学要用物理学要用“模型模型”回答问题；回答问题；3.3.物理学是一门定量的科学；物理学是一门定量的科学；4.4.物理学

24、的哲学基础是辨证唯物主义；物理学的哲学基础是辨证唯物主义；5.5.物理学是和谐的。物理学是和谐的。物理学物理学描述的是关于实在世界的模型，它描述的是关于实在世界的模型，它与自与自然实在并非完全同一。人类是依靠建立模型、不断然实在并非完全同一。人类是依靠建立模型、不断改进模型来逐渐认识自然的。改进模型来逐渐认识自然的。物理学物理学的基本思想方法：用模型来描述自然，的基本思想方法：用模型来描述自然，用数学来表达模型，用实验来检验模型。用数学来表达模型，用实验来检验模型。11/22/202256上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出 自然是和谐统一的整体，自然界

25、的复自然是和谐统一的整体，自然界的复杂性是由简单规则演变而来。杂性是由简单规则演变而来。物理上真实的东西，一定是逻辑上简单的东西。物理上真实的东西，一定是逻辑上简单的东西。爱因斯坦爱因斯坦 物理书都充满了复杂的数学物理书都充满了复杂的数学公式。可是思想及理念，而非公式。可是思想及理念，而非公式，才是每一物理理论的开公式，才是每一物理理论的开端。端。爱因斯坦爱因斯坦 物理学的物理学的进化进化11/22/202257上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出 发展发展独立思考和独立判断的一般能力，应该始独立思考和独立判断的一般能力，应该始终放在首位，而不应当把获得

26、专业知识放在首位。终放在首位，而不应当把获得专业知识放在首位。阿尔伯特阿尔伯特 .爱因斯坦爱因斯坦五、如何学好大学物理五、如何学好大学物理业精于业精于勤勤荒于嬉，行成于荒于嬉，行成于思思毁于随。毁于随。韩愈韩愈关键是：关键是：勤于思考，悟物穷理。勤于思考，悟物穷理。正确理解，准确运用。正确理解，准确运用。兴趣是最好的老师！兴趣是最好的老师！11/22/202258上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出六、各种物理学的适用范围六、各种物理学的适用范围速率速率大小或距离大小或距离1020m105m0.01cc狭义狭义相对论相对论广义广义相对论相对论量子理论量子

27、理论狭义相对论狭义相对论量子量子理论理论牛顿物理学牛顿物理学禁区禁区禁区禁区11/22/202259上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出七、大学物理学剧情简介七、大学物理学剧情简介力学力学 1.质点运动学质点运动学-研究有质量无大小的物体如何运动研究有质量无大小的物体如何运动.2.质点动力学质点动力学-研究有质量无大小的物体为何运动研究有质量无大小的物体为何运动.3.刚刚 体体 力力 学学-研究有大小无形变的物体运动规律研究有大小无形变的物体运动规律.4.振振 动动 和和 波波-研究无大小多质点的物体运动规律研究无大小多质点的物体运动规律.热学热学 1.

28、气体分子运动论气体分子运动论-研究大量气体分子无规则研究大量气体分子无规则 热运动的统计规律热运动的统计规律.2.热热 力力 学学 基基 础础-研究大量气体分子无规则研究大量气体分子无规则 热运动的宏观规律热运动的宏观规律.11/22/202260上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出光学光学 1.1.光的干涉光的干涉-研究光的干涉现象及其物理规律研究光的干涉现象及其物理规律.2.2.光的衍射光的衍射-研究光的衍射现象及其物理规律研究光的衍射现象及其物理规律.3.3.光的偏振光的偏振-研究光的偏振现象及其物理规律研究光的偏振现象及其物理规律.电学电学 1.

29、1.静电学理论静电学理论-研究静电场研究静电场,导体和电介质的物理特性导体和电介质的物理特性.2.2.电磁场理论电磁场理论-研究电流及磁现象之间的联系及规律研究电流及磁现象之间的联系及规律.近代物理近代物理1.1.狭义相对论狭义相对论-研究相对论基本原理及相对论动力学规律研究相对论基本原理及相对论动力学规律.2.2.量子物理学量子物理学-研究热辐射规律及量子理论基础研究热辐射规律及量子理论基础.3.3.原子物理学原子物理学-研究原子发光光谱及规律研究原子发光光谱及规律.11/22/202261上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 作业作业 退出退出 God gives every bird its foods but does not cast it into the nest!11/22/202262