大学物理绪论.ppt

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1、给开始学习大学物理的同学们：给开始学习大学物理的同学们：“科学是一种科学是一种方法方法。它教导我们：一些事物是怎样被。它教导我们：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物，做出判断，如何区别真伪和表面现象”。R.P费曼费曼 “我从不迷信权威，但命运捉弄了我我从不迷信权威，但命运捉弄了我我自己变成了我自己变成了权威权威”A.爱因斯坦爱因斯坦 以上是两位著名物理学家的话，我希望它们能成为

2、大以上是两位著名物理学家的话，我希望它们能成为大家学习物理的座右铭。学习课程除了掌握基本知识外，更家学习物理的座右铭。学习课程除了掌握基本知识外，更重要的是学习一种科学的重要的是学习一种科学的思维方法思维方法。正如一个古老的故事。正如一个古老的故事所讲的那样，学生从老师那里得到的，应该是一个点石成所讲的那样，学生从老师那里得到的，应该是一个点石成金的金的法则法则，而不是一堆金子。，而不是一堆金子。1北京建筑工程学院北京建筑工程学院北京建筑工程学院北京建筑工程学院大学物理电子教案大学物理电子教案您将一点一点地掀开您将一点一点地掀开物质世界的神奇面纱物质世界的神奇面纱2一、物质世界一、物质世界 研

3、究的对象十分广泛研究的对象十分广泛 宏观、微观宏观、微观物理学是研究自然界中物质的基本结构及基物理学是研究自然界中物质的基本结构及基本运动规律的科学。是自然科学的基础。本运动规律的科学。是自然科学的基础。空间尺度空间尺度(跨度跨度1010454510104646)101026 26 m(m(约约150150亿光年亿光年)(宇宙宇宙)101020 20 m m(夸克夸克)时间尺度时间尺度(跨度跨度10104545)10101818s 150s 150亿年亿年(宇宙年龄宇宙年龄)-10-10-27-27s s(硬硬 射线周期射线周期)速率范围速率范围0 0(静止静止)-3-3 10108 8 m/

4、sm/s(光速光速)3 物质世界总图象物质世界总图象 人们从自己向人们从自己向小尺度小尺度追问追问,以探索物质的组成以探索物质的组成 目前物理学界公认组成物质的最小单元是目前物理学界公认组成物质的最小单元是夸克夸克 即认为即认为quarkquark没有内部结构没有内部结构但近来有消息称但近来有消息称:quark quark 也也可一分为二可一分为二 说明说明认识无止境认识无止境物质之间的基本相互作用物质之间的基本相互作用 :电磁相互作用电磁相互作用 强相互作用强相互作用弱相互作用弱相互作用 引力相互作用引力相互作用粒子物理学粒子物理学4 人们从自己向人们从自己向大尺度大尺度追问以探索宇宙的奥秘

5、追问以探索宇宙的奥秘 宇宙是怎样运动的呢？宇宙是怎样运动的呢？进行绝热膨胀进行绝热膨胀 宇宙半径增大宇宙半径增大 宇宙密度降低宇宙密度降低 温度降低温度降低宇宙有限又无边宇宙有限又无边!有中心有中心?无中心无中心?天体物理学天体物理学宇宙有多大？宇宙有多大？人们就好象坐在一个逐渐膨人们就好象坐在一个逐渐膨胀的气球表面，相互远离。胀的气球表面，相互远离。粒子、原子、分子、星球、粒子、原子、分子、星球、星系渐次产生和形成。星系渐次产生和形成。5二、关于两个前沿的基本理论二、关于两个前沿的基本理论粒子物理学粒子物理学(微观理论微观理论)揭示物质的组成揭示物质的组成天体物理学天体物理学(宇观理论宇观理

6、论)探索宇宙起源和发展探索宇宙起源和发展天体物理理论和粒子物理理论已成为天体物理理论和粒子物理理论已成为密不可分的姊妹学科密不可分的姊妹学科“大爆炸理论大爆炸理论”从遥远的过去宇宙产生于大爆炸，绝热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。人们膨胀至今。我们生活在这样的世界中。人们从自己开始，通过各种实验手段从自己开始，通过各种实验手段(比如比如，加速加速器器)把物质打开，探索内部的由来。把物质打开，探索内部的由来。6标标准准宇宇宙宙模模型型给给出出的的宇宇宙宙生生成成发发展展人人类类通通过过实实验验认认识识物物质质组组成成的的历历程程依靠高能粒子加速器的发展依靠高能

7、粒子加速器的发展依靠高能粒子加速器的发展依靠高能粒子加速器的发展宇宙演化时间表(摘自科学家谈物理)7三、物理学使人们深入认识世界三、物理学使人们深入认识世界每种粒子对应一种场；场有不同能量状态。每种粒子对应一种场；场有不同能量状态。光子光子电磁场电磁场电子电子电子场电子场n e p n e p 相应的场相应的场均处于基态真空均处于基态真空p ep e相应的场处相应的场处于激发态出现相于激发态出现相应的粒子应的粒子物质存在的基本形式物质存在的基本形式 粒子和场粒子和场8基本基本相互作用相互作用 粒子是场的激发态形式，因此粒子间的相粒子是场的激发态形式，因此粒子间的相互作用来自场之间的相互作用。互

8、作用来自场之间的相互作用。场之间的相互作用是粒子转化的原因。场之间的相互作用是粒子转化的原因。物质的凝聚状态物质的凝聚状态(目前发现目前发现111111种元素种元素,构成构成10109 9分子分子,分子又构成物质分子又构成物质.).)凝聚态凝聚态(固、液固、液)；气态；等离子体；致密态。；气态；等离子体；致密态。恒星晚年恒星晚年 白矮星、中子星、黑洞。白矮星、中子星、黑洞。地球表面物质的密度最大是地球表面物质的密度最大是白矮星的密度是白矮星的密度是中子星的脉冲星的密度是中子星的脉冲星的密度是黑洞的密度是黑洞的密度是9四、物理学与科学技术四、物理学与科学技术物理学为其他学科创立技术和原理物理学为

9、其他学科创立技术和原理重大新技术领域的创立总是经历长期的物理酝酿重大新技术领域的创立总是经历长期的物理酝酿19471947年，巴丁年，巴丁布拉顿和布拉顿和肖克莱肖克莱发明晶体管发明晶体管，标，标志志信息时代信息时代开始。开始。19621962年发明了年发明了集集成电路。成电路。7070年代后期出现了年代后期出现了大规模集成电路大规模集成电路。1925-1926年建立了量子力学年建立了量子力学1926年年 提出费米提出费米狄拉克统狄拉克统计方法、泡利不相容原理。计方法、泡利不相容原理。1927年年 建立布拉赫波的理论建立布拉赫波的理论1928年年 索末菲提出能带的猜想索末菲提出能带的猜想1929

10、年年 派尔斯提出禁代、空穴的派尔斯提出禁代、空穴的概念，贝特提出费米面的概念。概念，贝特提出费米面的概念。10卢瑟福卢瑟福 a a 粒子散射实验粒子散射实验(1909)(1909)核能利用核能利用(40(40年代以后年代以后)爱因斯坦受激辐射理论爱因斯坦受激辐射理论(1917)(1917)(物理物理)第一台激光器第一台激光器(1960)(1960)(技术技术)信息技术的发生和发展的硬件部分信息技术的发生和发展的硬件部分(技术技术)以物理学成果为基础以物理学成果为基础(物理物理)自由电子激光自由电子激光(Free Electron Laser)(Free Electron Laser)光学相干光

11、学相干CT CT 断层扫描成像新技术断层扫描成像新技术 Optical Coherence Tomography,Optical Coherence Tomography,简称简称OCTOCT）115物理学的思想和观点物理学的思想和观点 如：建立理想化模型如：建立理想化模型5从物理本质上提出和研究本专业问题从物理本质上提出和研究本专业问题5创新能力创新能力t在工程技术中引入物理学的新成果在工程技术中引入物理学的新成果物理素质的表现物理素质的表现物理学的基本原理转化为高新技术有两种方式物理学的基本原理转化为高新技术有两种方式1 1 近代物理的新原理和传统近代物理的新原理和传统(或现代或现代)技术

12、手段技术手段 相结合相结合2 2，经典物理原理和现代技术手段相结合，经典物理原理和现代技术手段相结合2 2 经典物理原理和现代技术手段相结合经典物理原理和现代技术手段相结合12 发展独立思考和独立创新的一般能力，应发展独立思考和独立创新的一般能力，应当始终放在首位当始终放在首位，而不应当把知识放在首位。，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

13、应进步和变训练内容的人来，他一定会更好适应进步和变化化.爱因斯坦爱因斯坦13预备知识预备知识一一物理量物理量A A：物理理论的组成部分：物理理论的组成部分：1.1.概念概念 2.2.关于概念的数学表示的假定关于概念的数学表示的假定 3.3.表示物理量之间关系的方程表示物理量之间关系的方程B B：物理量分为物理量分为基本物理量基本物理量和和导出物理量导出物理量力学的基本物理量有力学的基本物理量有长度长度，质量质量和和时间时间。C C：物理量的单位和单位制物理量的单位和单位制 基本物理量基本物理量的单位称的单位称基本单位基本单位 导出物理量导出物理量的单位称的单位称导出单位导出单位14选择不同的基

14、本单位构成不同的选择不同的基本单位构成不同的单位制单位制，国，国际单位制（用际单位制（用SISI表示）的基本单位如下：表示）的基本单位如下：长度长度 米米 m 质量质量 千克千克 kg 时间时间 秒秒 s电流电流 安安培培 A 热力学温度热力学温度 开开尔文尔文 K物质的量物质的量 摩摩尔尔 mol 发光强度发光强度 坎得拉坎得拉 cd二二.物理学中的近似物理学中的近似正确地、巧妙地、运用近似是基本技能。正确地、巧妙地、运用近似是基本技能。模型：模型：质点、点电荷、规则形状的物体质点、点电荷、规则形状的物体模型近似模型近似严格解题严格解题15三三.矢量代数的基本知识矢量代数的基本知识标量只有标

15、量只有大小大小，例如：质量、长度、时间、，例如：质量、长度、时间、密度、能量、温度等。密度、能量、温度等。矢量既有矢量既有大小大小又有又有方向方向，并有，并有一定的运算规则一定的运算规则，例如：位移、速度、加速度、角速度等。例如：位移、速度、加速度、角速度等。1 1、矢量的几种表示方式：、矢量的几种表示方式：大小大小2 2、矢量相等：、矢量相等：大小相同，方向相同大小相同，方向相同a:a:几何表示几何表示 有指向的线段有指向的线段b:b:解析表示解析表示 163 3、矢量的运算法则：、矢量的运算法则：(1)(1)加法加法 含平行含平行四边形法则四边形法则和和三角形法则三角形法则(2)(2)数乘

16、数乘17(3)(3)矢量的分解矢量的分解在一个平面内，若存在两个不共线的矢量在一个平面内，若存在两个不共线的矢量 则平面内的任一矢量可以分解为：则平面内的任一矢量可以分解为：常用常用称为正交分解称为正交分解(4)(4)矢量的标积（点积）矢量的标积（点积）18特别注意：特别注意：若若可能可能(5)(5)矢量的矢积（叉积）矢量的矢积（叉积）是一个轴矢量是一个轴矢量方向：方向：大小：平行四边形面积大小：平行四边形面积右右手手螺螺旋旋19矢积的性质：矢积的性质：(6)(6)矢量的非法运算包括矢量的非法运算包括20作业要求：1.1.要规范化做题（要求有已知，要规范化做题（要求有已知，求求解，图示，过程，

17、讨论）解，图示，过程，讨论）2.2.按时交作业按时交作业3.3.独立做作业独立做作业答疑时间：课堂要求：1.1.按学校规定出勤按学校规定出勤2.2.迟到同学本节课不得进入教室迟到同学本节课不得进入教室3.3.课堂上不得影响其他同学听课课堂上不得影响其他同学听课答疑地点：基础楼基础楼c c座座584584室室周三周三7 7，8 8节（节（6-166-16周）周）21考核方式：平时作业、大作业、考勤、考核方式：平时作业、大作业、考勤、测验约占测验约占30%、期末考试约占、期末考试约占70%答疑时间地点：答疑时间地点：周二上午周二上午9：50 11：50 在在物理休息室物理休息室309作业：作业：每周二课前每周二课前（要求规范化做题，有已知，求解，图示，过程，（要求规范化做题，有已知，求解，图示，过程，讨论）讨论）联系方式：联系方式： 135213619222223