第一讲物理学的概念范畴课件.ppt

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1、2023/1/61 第一讲第一讲 物理学的基本概念范畴物理学的基本概念范畴 大学物理专题讲座大学物理专题讲座2023/1/62第一讲第一讲 物理学的基本概念范畴物理学的基本概念范畴一、物理学的概念范畴一、物理学的概念范畴1、总范畴总范畴物质存在的基本形态物质存在的基本形态：实物与场（粒子与场）实物与场（粒子与场）物质的根本属性物质的根本属性：运动的运动的绝对绝对性、运动描述的性、运动描述的相对相对性、性、各种低级运动形式的各种低级运动形式的特殊特殊性性物质存在的基本形式物质存在的基本形式：时间和空间时间和空间广延性广延性2、具体学科的范畴具体学科的范畴构成概念体系构成概念体系比如，力学比如，力

2、学：力、质量、惯性、碰撞、参照系力、质量、惯性、碰撞、参照系二、物理学的研究对象二、物理学的研究对象 物质的结构以及各种低级的运动形式！物质的结构以及各种低级的运动形式！比如，电磁学比如，电磁学：电场强度、电势差、位移电流、涡旋电场电场强度、电势差、位移电流、涡旋电场比如，热学比如，热学：温度、内能、理想气体、熵、温度、内能、理想气体、熵、比如，光学比如，光学：光线、点光源、干涉、衍射、偏振、双折射光线、点光源、干涉、衍射、偏振、双折射基本概念基本概念导出概念导出概念比如，原子物理学比如，原子物理学：原子核、能级、磁矩、量子数、放射性原子核、能级、磁矩、量子数、放射性什么是什么是概念概念202

3、3/1/631、实物与场、实物与场三、大学物理学基本概念范畴的简单讨论三、大学物理学基本概念范畴的简单讨论物质的定义物质的定义：客观实在性客观实在性无论无论实物实物还是还是场场 实物的实物的（到目前）（到目前）十种形态十种形态日常条件日常条件 固、液、气、非晶态、液晶态固、液、气、非晶态、液晶态超高温超高温 等离子态：等离子态：恒星内部恒星内部超高压超高压 超固态：超固态：恒星后期的恒星后期的“白矮星白矮星”，原子原子被压碎被压碎 中子态：中子态：恒星后期的恒星后期的“中子星中子星”，原子核原子核被压碎被压碎 黑洞黑洞 超低温超低温 超导态：超导态：比如，水银的温度将到比如，水银的温度将到4.

4、173K，即，即 269时时 超流态：超流态：比如，液态氦的温度将到比如，液态氦的温度将到2.17K，出现超流动态出现超流动态描述实物描述实物运动规律运动规律 的理论：的理论：关于实物关于实物成熟的成熟的经典力学、热力学、电动力学、光学、经典力学、热力学、电动力学、光学、不完备不完备的的原子物理学；原子物理学；不完全成熟不完全成熟的量子力学、的量子力学、不成熟不成熟现代宇宙学；现代宇宙学；2023/1/64量子力学的不足量子力学的不足主要侧重于实物粒子的波粒二象性，甚至没有把光当作粒子处理；主要侧重于实物粒子的波粒二象性，甚至没有把光当作粒子处理；在粒子的基础上谈其波动性在粒子的基础上谈其波动

5、性概率波概率波波、粒二象性地位不平等；波、粒二象性地位不平等；实物粒子的波动性实物粒子的波动性概率波概率波不是真正物理波场；不是真正物理波场；不能描述粒子的产生与消失不能描述粒子的产生与消失微观粒子的转化；微观粒子的转化；传递实物间相互作用的一种形态；传递实物间相互作用的一种形态；场是物质存在的基本形态；场是物质存在的基本形态；场可以场可以量子化量子化 波粒二象性波粒二象性:场与实物并场与实物并无定性区别无定性区别 质能守恒质能守恒:目前对场目前对场的认识的认识描述场运动规律的理论：描述场运动规律的理论：成熟的电动力学、不完全成熟的量子场论！成熟的电动力学、不完全成熟的量子场论！关于场关于场2

6、023/1/65 实物与场的统一：实物与场的统一：量子场论关于物质存在形式的观点量子场论关于物质存在形式的观点：场是物质存在更基本的形态场是物质存在更基本的形态:场处于基态时场处于基态时无能量、信号释放无能量、信号释放所谓所谓“真空真空”；实物实物粒子粒子是场量子的激发态；是场量子的激发态；两种场两种场:实物粒子场实物粒子场 场量子是实物粒子：电子场、中子场场量子是实物粒子：电子场、中子场 相互作用场相互作用场 场量子是媒介粒子：引力场、电磁场场量子是媒介粒子：引力场、电磁场 真空真空是各种量子场的基态是各种量子场的基态零点振动和虚粒子零点振动和虚粒子 实物粒子实物粒子之间的相互作用表现为之间

7、的相互作用表现为场场之间的相互作用；之间的相互作用；实物粒子场实物粒子场 相互作用场相互作用场引力引力相互作用相互作用 电磁电磁相互作用相互作用 弱弱相互作用相互作用 强强相互作用相互作用 量子几何动力学量子几何动力学(引力场、实物粒子场引力场、实物粒子场)量子电动力学量子电动力学(电磁场、电子场电磁场、电子场)量子色动力学量子色动力学(胶子场、夸克场胶子场、夸克场)统一场论统一场论（引力场与电磁场的统一）（引力场与电磁场的统一）大统一理论大统一理论四种相互作用四种相互作用超统一理论，超对称理论超统一理论，超对称理论实物粒子场与实物粒子场与 相互作用场相互作用场 两种量子场的统一两种量子场的统

8、一 量子味动力学量子味动力学(电磁场、电子场电磁场、电子场)2023/1/66狄拉克方程狄拉克方程 引力引力场场 电磁电磁场场 弱弱相互作用场相互作用场 强强相互作用场相互作用场 引力场方程引力场方程 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组 量子色动力学量子色动力学 相对论粒子方程相对论粒子方程 普罗卡方程普罗卡方程实物与场的描述：实物与场的描述：量子场论关于场和实物粒子的特性量子场论关于场和实物粒子的特性 一切微观粒子一切微观粒子(实物粒子和媒介粒子实物粒子和媒介粒子)都对应其量子场都对应其量子场(实物实物 粒子场和媒介粒子场粒子场和媒介粒子场)实物粒子场实物粒子场(电子场电子场)没有没有经典场经典场

9、概念与其对应量概念与其对应量;相互作用场相互作用场(电磁场、引力场电磁场、引力场)有经典场概念与其对有经典场概念与其对 应量，是相互量子场的极限；应量，是相互量子场的极限；任何量子场都是真实的物理波场，可以用波动方程描述场的运任何量子场都是真实的物理波场，可以用波动方程描述场的运 动规律；用算符及其对易关系进行描述其粒子性运动规律动规律；用算符及其对易关系进行描述其粒子性运动规律 量子场量子场的基态：的基态：“真空态真空态”，彻底否定了脱离物质的绝对时空观；，彻底否定了脱离物质的绝对时空观；实物实物粒子场粒子场2023/1/67 大学物理学概念体系的尝试大学物理学概念体系的尝试1 1“实物与场

10、实物与场”的角度的角度第一篇第一篇 宏观力学宏观力学质点质点与刚体与刚体第第1 1章章 低速范围的宏观力学低速范围的宏观力学牛顿力学牛顿力学第第2 2章章 高速范围的宏观力学高速范围的宏观力学狭义相对论狭义相对论第第3 3章章 万有引力场与天体力学万有引力场与天体力学第第4 4章章 广义相对论与宇宙学基础广义相对论与宇宙学基础第二篇第二篇 电磁场电磁场场场第第5 5章章 电荷与电场电荷与电场第第6 6章章 电流与磁场电流与磁场第第7 7章章 电磁感应电磁感应第第8 8章章 麦克斯韦方程组与电磁辐射麦克斯韦方程组与电磁辐射附录附录 高速运动的电荷与电场的磁场统一性高速运动的电荷与电场的磁场统一性

11、2023/1/68 两类粒子两类粒子 两类波两类波 微观粒子微观粒子（正、反粒子）（正、反粒子）实物粒子实物粒子媒介粒子媒介粒子质子、中子、质子、中子、轻子（电子、中微子）轻子（电子、中微子）夸克夸克引力子？引力子？（传递引力作用）（传递引力作用）光子光子（传递电磁作用）（传递电磁作用）希格斯玻色子希格斯玻色子 W玻色子玻色子（传递弱作用）（传递弱作用）胶子胶子（传递强作用）（传递强作用）介质波介质波 概率波概率波机械波：机械波：声波、水波声波、水波 波粒二象性波粒二象性：光波、物质波（德布罗意波）光波、物质波（德布罗意波）介质波：需要介质（媒质），介质粒子的振动介质波：需要介质（媒质），介质

12、粒子的振动能量的能量的传播，介质粒子没有迁移传播，介质粒子没有迁移是一种经典的机械波；是一种经典的机械波；概率波：无需介质（媒质），波动场粒子可以脱离波源独立概率波：无需介质（媒质），波动场粒子可以脱离波源独立的传播的传播能量的传播；波强弱并非是波动场粒子的真实行能量的传播；波强弱并非是波动场粒子的真实行为，只是波动场粒子的可能出现的时空几率为，只是波动场粒子的可能出现的时空几率是一种不完是一种不完备的量子观点、波粒二象性的描述；备的量子观点、波粒二象性的描述；2、粒子与波、粒子与波2023/1/69介质波（机械波）波动方程介质波（机械波）波动方程平面简谐波的波函数平面简谐波的波函数对波函数求

13、时间对波函数求时间t 的偏导数，得的偏导数，得对波函数求传播空间对波函数求传播空间x 的偏导数，得的偏导数，得综合，得综合，得 波动方程波动方程 物理学的典型方程之物理学的典型方程之一；一；麦克斯韦据此推麦克斯韦据此推断出光的电磁说断出光的电磁说设原点的扰动函数设原点的扰动函数简谐振动简谐振动2023/1/610概率波（波粒二象性）的薛定谔方程概率波（波粒二象性）的薛定谔方程将该波函数对时间求导，得将该波函数对时间求导，得自由粒子的波函数自由粒子的波函数平面波平面波平面波平面波自由粒子的波函数自由粒子的波函数2023/1/611将该波函数对时间求导，得将该波函数对时间求导，得将波函数求空间将波

14、函数求空间x的偏导数，得的偏导数，得自由粒子的波函数自由粒子的波函数平面波平面波同理可得同理可得自由粒子的能量和动量的关系自由粒子的能量和动量的关系三式相加得三式相加得2023/1/612算符算符设力场的势能函数为，设力场的势能函数为，则则薛定谔方程薛定谔方程改写（改写（1）（）（2）式）式 近代物理学的典型近代物理学的典型方程之一；波恩解方程之一；波恩解释释概率波概率波2023/1/613目前大学物理（普通物理学）的概念体系目前大学物理（普通物理学）的概念体系力学；热学；电磁学；力学；热学；电磁学；波动与光学波动与光学概念体系的错误；概念体系的错误；量子物理量子物理伯克利物理教程伯克利物理教

15、程张三惠张三惠分科的分科的 高中物理新课程标准体系高中物理新课程标准体系3-4 （一）机械振动与机械波；（二）电磁振荡与电磁波；（一）机械振动与机械波；（二）电磁振荡与电磁波；（三）光（三）光干涉、衍射和偏振；（四）相对论干涉、衍射和偏振；（四）相对论 关于两类波关于两类波(介质波与概率波介质波与概率波)科学思维科学思维关于两类波关于两类波(介质波与概率波介质波与概率波)研究方法研究方法虽然宏观电磁波与机械波所遵从的数学规律是相同的，但虽然宏观电磁波与机械波所遵从的数学规律是相同的，但是其本质完全不同；是其本质完全不同；表面上降低了高中甚至大学生的学习难度，实际上可能殆表面上降低了高中甚至大学

16、生的学习难度，实际上可能殆误了这些人才的终身创造力。误了这些人才的终身创造力。2023/1/614大学物理学概念体系的尝试大学物理学概念体系的尝试2“粒子与波粒子与波”的角度的角度第三篇第三篇 振动与振动与波波第第9 9章章 振动振动机械机械振动与电磁振荡振动与电磁振荡第第10章章 波动波动机械波与电磁波机械波与电磁波第第11章章 光的波动性（干涉、衍射和偏振）光的波动性（干涉、衍射和偏振）第四篇第四篇 物质的物质的波粒二象性波粒二象性第第12章章 光的二象性光的二象性第第13章章 物质波物质波量子力学基础量子力学基础第第14章章 原子及原子核物理学原子及原子核物理学第五篇第五篇 大量大量粒子

17、粒子运动的宏观规律运动的宏观规律第第15章章 热力学热力学第第16章章 统计物理学基础统计物理学基础2023/1/615单位单位秒：秒：一个一个“平太阳日平太阳日”的的1/86400为为1秒；秒；1967年，铯年，铯-133 原子基态，在零磁场跃迁周期：原子基态，在零磁场跃迁周期：1秒秒=9192631770T。米：米：经过巴黎子午线经过巴黎子午线1/4千万为千万为1米；米；1米米=光在真空中经历光在真空中经历 1/299792458秒所经过的距离秒所经过的距离。（在真空中的光速为普适在真空中的光速为普适 常数常数）物理学的旧时空观物理学的旧时空观盖天说盖天说地心说：地心说：唯物地解释自然、生

18、产实践、时间的无限性；唯物地解释自然、生产实践、时间的无限性；绝对静止的存在、被宗教神学利用（托马斯绝对静止的存在、被宗教神学利用（托马斯阿奎那阿奎那TAguinas）代表人物：托勒密代表人物：托勒密 应当指出应当指出旧时空模型旧时空模型 主要观点主要观点 承认时间、空间是客观存在的；承认时间、空间是客观存在的；空间的空间的“上上”、“下下”观念是相对的；宇宙空间有限有中心；观念是相对的；宇宙空间有限有中心；承认时间的无限性；承认时间的无限性；意义意义 没有说明时间与空间、时空与物质、时空与物质运动之关系。没有说明时间与空间、时空与物质、时空与物质运动之关系。3、时间与空间、时间与空间至今难以

19、揭开的科学之谜之一至今难以揭开的科学之谜之一!2023/1/616物理学的经典时空观物理学的经典时空观哥白尼哥白尼日心说：日心说：伽利略伽利略的主要贡献的主要贡献伽利略变换；伽利略变换；牛顿牛顿的主要贡献的主要贡献 承认时间、空间的客观实在性；承认时间、空间的客观实在性；将实验方法、数学方法引入物理学的研究；将实验方法、数学方法引入物理学的研究；惯性定律；惯性定律；低速宏观低速宏观伽利略相对性原理；伽利略相对性原理；经典时空模型经典时空模型 代表人物：哥白尼、代表人物：哥白尼、伽利略、牛顿伽利略、牛顿哥白尼哥白尼的主要贡献的主要贡献“太阳中心说太阳中心说”取代取代“地球中心说地球中心说”；数学

20、表达越简单越接近自然；数学表达越简单越接近自然；建立了绝对的时空观：建立了绝对的时空观：()时间、空间彼此无关，各自独立；时间、空间彼此无关，各自独立；()时间一维单向时间一维单向有始无终，有始无终，()空间三维的均匀性、各向同性和无限性空间三维的均匀性、各向同性和无限性;超距、质点超距、质点。发明了微积分；发现了万有引力定律；建立了动力学三定律；发明了微积分；发现了万有引力定律；建立了动力学三定律；2023/1/617绝对时空观的功过是非绝对时空观的功过是非功功时间的均匀性时间的均匀性能量守恒定律；能量守恒定律；空间的均匀性空间的均匀性动量守恒定律；动量守恒定律；空间的各向同性空间的各向同性

21、角动量守恒定律；角动量守恒定律；过过时间与空间时间与空间彼此无关；彼此无关；时间与空间时间与空间与物质的运动状态无关；与物质的运动状态无关；同时性的绝对性同时性的绝对性超距作用；超距作用；抛弃了旧的时空观；证明惯性系是等价的；抛弃了旧的时空观；证明惯性系是等价的；绝对静止的空间；需要特殊的惯性系绝对静止的空间；需要特殊的惯性系以太以太非非时间、空间无关时间、空间无关超距哲学观！超距哲学观！2023/1/618狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观（高速、宏观、惯性系等价）（高速、宏观、惯性系等价）时间的一维、均匀、无限；时间的一维、均匀、无限；空间的三维、均匀、无限；空间的三维、均匀、无限；发展

22、了发展了“宇宙无中心宇宙无中心”的观点的观点时空对称原理；时空对称原理；提出两条基本假设（公设、公理）提出两条基本假设（公设、公理）建立建立四维时空坐标四维时空坐标闵可夫斯基空间：闵可夫斯基空间：所有的物理规律对于所有的惯性系都是一样的，所有的物理规律对于所有的惯性系都是一样的，不存在任何一个特殊（绝对静止）的惯性系。不存在任何一个特殊（绝对静止）的惯性系。在任何惯性系中，光在真空中的速率都相等。在任何惯性系中，光在真空中的速率都相等。继承绝对时空观：继承绝对时空观：2023/1/619 抛弃了绝对时时空观抛弃了绝对时时空观相对时空观相对时空观洛仑兹变换洛仑兹变换时间与空间时间与空间皆与皆与物

23、质的运动状态物质的运动状态有关有关空间空间间隔是间隔是相对的相对的时间时间间隔是间隔是相对的相对的同时性同时性是是相对的相对的光速不变原理光速不变原理爱因斯坦火车理想实验爱因斯坦火车理想实验测测运动的时间变慢运动的时间变慢测测运动尺子收缩运动尺子收缩2023/1/620由由 得得当当 时，有时，有 同时性同时性不不同时同时的简单理论证明的简单理论证明同时性同时性不不同时同时的理想实验证明：的理想实验证明：爱因斯坦火车理想实验爱因斯坦火车理想实验2023/1/621 四维四维时空间隔不变性时空间隔不变性时空相对、时空相对、赝欧几何、赝欧几何、惯性系等价惯性系等价注注1：狭义相对论的两条基本假定狭

24、义相对论的两条基本假定光速不变原理光速不变原理相对性原理相对性原理注注2：狭义相对论的实验基础狭义相对论的实验基础迈克尔逊迈克尔逊莫雷实验莫雷实验实验第一步实验第一步实验第二步实验第二步时间差时间差附加光程差附加光程差两步实验的条纹应当移动两步实验的条纹应当移动N=0.37个条纹，但是实验结果个条纹，但是实验结果N=0！2023/1/622第一束光在以太参照系的时间第一束光在以太参照系的时间t1（光程（光程）光束由分光板光束由分光板P 射向射向M2需时间需时间1追光追光光束由光束由M2返回分光板返回分光板P 需时间需时间2迎光迎光 迈克尔逊迈克尔逊莫雷实验的原理及其结果证明莫雷实验的原理及其结

25、果证明 迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪 2023/1/623第二束光在以太参照系的的时间第二束光在以太参照系的的时间t2（光程（光程 ）所以所以 2023/1/624所以得所以得实验结果实验结果1将实验装置旋转将实验装置旋转90同同理得理得实验结果实验结果2因为因为两步实两步实验有验有时间差时间差其对应附其对应附加光程差加光程差两步实验的条纹位置，应当移动两步实验的条纹位置，应当移动N=0.37个条纹，个条纹，相当于明暗条纹互换位置，但是，实验结果相当于明暗条纹互换位置，但是，实验结果N=0!此时，会有一个稳定的条纹分布此时，会有一个稳定的条纹分布此时，亦会有一个稳定的条纹分布此时，亦会有一个稳

26、定的条纹分布2023/1/625 广义相对论的时空观广义相对论的时空观（非惯性系与引力场等价）（非惯性系与引力场等价）进一步发展了进一步发展了“宇宙无中心宇宙无中心”的观点的观点等效原等效原理理 补充了时空观念补充了时空观念依赖于依赖于物质分布的相对性物质分布的相对性引力场方程引力场方程广义相对性原理：广义相对性原理：一切物理规律在任意参考系间等价一切物理规律在任意参考系间等价。运动的绝对性运动的绝对性 补充了时空结构与物质分布的关系补充了时空结构与物质分布的关系 空间弯曲空间弯曲物质密度越大的地方物质密度越大的地方统一时空弯曲的曲率越大统一时空弯曲的曲率越大空间越弯曲空间越弯曲;时间流逝越慢

27、时间流逝越慢引力张量；引力张量；黎蔓曲率张量；黎蔓曲率张量；时空度规张量时空度规张量；宇宙半径宇宙半径关于非关于非惯性系惯性系等效原理等效原理：加速场与引力场等效；加速场与引力场等效；无法区分无法区分2023/1/626广义相对论的近代引力理论广义相对论的近代引力理论 宇宙宇宙空间空间是有限的还是无限的是有限的还是无限的有限无边有限无边爱因斯坦提出的爱因斯坦提出的 小小 尺度宇宙：尺度宇宙：渺观渺观轻子、光子、夸克以下的层次轻子、光子、夸克以下的层次 微观微观光子、质子、中子、原子核、原子、分子、有机物光子、质子、中子、原子核、原子、分子、有机物 时间时间有始有终，还是无始无终？有始有终，还是

28、无始无终？物理学物理学“宇宙宇宙”的的“生死生死”交替，构成了哲学交替，构成了哲学“宇宙宇宙”的时间的无限性的时间的无限性大尺度宇宙：大尺度宇宙：宏观宏观行星、恒星、恒星系统（太阳系）行星、恒星、恒星系统（太阳系）宇观宇观银河系、星系群、星系团之间的暗物质银河系、星系群、星系团之间的暗物质 胀观胀观超星系团、总星系超星系团、总星系无限宇宙无限宇宙 大爆炸宇宙模型大爆炸宇宙模型无限膨胀，直至消亡；无限膨胀，直至消亡；无限膨胀；无限膨胀；膨胀一定阶段，转化为收缩。膨胀一定阶段，转化为收缩。3K宇宙辐射背景；宇宙辐射背景；氦丰度；哈勃红移；氦丰度；哈勃红移；天体年龄天体年龄物理学的，物理学的，？哲学

29、的，？哲学的，？现代宇宙学现代宇宙学的理论基础的理论基础2023/1/627 时间和空间可能存在着一个最小限度时间和空间可能存在着一个最小限度时间、空间量子化时间、空间量子化普朗克时间普朗克时间普朗克长度普朗克长度美国物理学家古斯（美国物理学家古斯（guth）的暴胀宇宙模型：的暴胀宇宙模型：宇宙起源于物理点，而非数学点宇宙起源于物理点，而非数学点超过以上范围，现今物理学理论已不适用超过以上范围，现今物理学理论已不适用假真空态假真空态黑格斯场，黑格斯场，其能量密度是原子核密度的其能量密度是原子核密度的 倍倍。宇宙并非起源于时间宇宙并非起源于时间、空间和没有物质的、空间和没有物质的“虚无虚无”假真

30、空态假真空态 真空也有复杂的结构真空也有复杂的结构真空真空各种基态量子场各种基态量子场。*量子理论的时空观及其现代宇宙学的时空观量子理论的时空观及其现代宇宙学的时空观 量子理论的时空观在处理量子理论的时空观在处理渺观和胀观物质领域渺观和胀观物质领域遇到了困难，遇到了困难，2023/1/628 运动是绝对的运动是绝对的 哲学上的意义：哲学上的意义：物质与运动是不可分割的物质与运动是不可分割的 相对性原理：相对性原理：一切一切动力学动力学规律的形式都规律的形式都 不因参照系的选择而改变不因参照系的选择而改变。运动描述的相对性运动描述的相对性运动学运动学规律的形式会因不同参照系的选规律的形式会因不同

31、参照系的选择而不同择而不同。物理学只研究物质低级物理学只研究物质低级运动的形式运动的形式(物质运动的五种形式物质运动的五种形式)低级运动形式的含义：低级运动形式的含义：机械运动和物理运动机械运动和物理运动最基本、最直接的最基本、最直接的 低级运动形式的具体学科：低级运动形式的具体学科：力学、热学、电磁学、光学力学、热学、电磁学、光学 原子物理学、原子核物理学原子物理学、原子核物理学 粒子物理学粒子物理学量子物理学量子物理学大学物理学（普通物理学）大学物理学（普通物理学）质能守恒质能守恒广义的运动广义的运动 狭义的运动狭义的运动 参照系的本质特征是什么？参照系的本质特征是什么？4、运动与静止、运

32、动与静止2023/1/6292002年诺贝尔物理学奖三科学家年诺贝尔物理学奖三科学家1、美国、美国2人：人：雷蒙德雷蒙德-戴维斯戴维斯 ，里卡多，里卡多-贾科尼贾科尼 2、日本、日本1人：人：小柴昌俊小柴昌俊(Masatoshi Koshiba)小雷蒙德戴维斯小雷蒙德戴维斯来自于美国宾夕法尼亚大学物理天文学系，来自于美国宾夕法尼亚大学物理天文学系，小柴小柴是日本东京大学初级粒子物理国际研究中心已经东京大学的科学家，是日本东京大学初级粒子物理国际研究中心已经东京大学的科学家，瑞典皇家科学院认为他们瑞典皇家科学院认为他们“在天体物理学在天体物理学 领域做出卓越贡献，尤领域做出卓越贡献，尤其是他们发

33、现了宇宙中的微中子其是他们发现了宇宙中的微中子”。里卡多里卡多-贾科尼贾科尼是另一位获奖的美国华盛顿特区联合大学的科学家，表是另一位获奖的美国华盛顿特区联合大学的科学家，表彰他彰他“在天体物理学领域取得的卓越成就，尤其是他的研究引在天体物理学领域取得的卓越成就，尤其是他的研究引导发现了宇宙导发现了宇宙X X射线源射线源”。3、瑞典国王、瑞典国王于于10月月10日在斯德哥尔摩颁奖日在斯德哥尔摩颁奖。4、诺贝尔的遗嘱：、诺贝尔的遗嘱：给人类带来最大的利益，在物理学领域中给人类带来最大的利益，在物理学领域中 取得过最重要的发现或发明取得过最重要的发现或发明。2023/1/630维尔泽克维尔泽克格罗斯

34、格罗斯格罗斯格罗斯 2004年诺贝尔物理学奖三科学家分享共约年诺贝尔物理学奖三科学家分享共约136万美元万美元美国人：美国人：戴维戴维格罗斯格罗斯，戴维，戴维波利泽和弗兰克波利泽和弗兰克维尔泽克维尔泽克 表彰他们表彰他们“对夸克的研究使科学更接近于实现它为对夸克的研究使科学更接近于实现它为“所有的事所有的事情构建理论情构建理论”的梦想的梦想”。瑞典国王瑞典国王于于10月月10日在斯德哥尔摩颁奖日在斯德哥尔摩颁奖。诺贝尔的遗嘱：诺贝尔的遗嘱：给人类带来最大的利益，在物理学领域中给人类带来最大的利益，在物理学领域中 取得过最重要的发现或发明取得过最重要的发现或发明。2023/1/631 2005年

35、诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖 由美、德三个科学家共同获得，由美、德三个科学家共同获得，分享共约分享共约130万美元万美元1、美国人：、美国人：约翰约翰霍尔，罗伊霍尔，罗伊格劳伯格劳伯2、德国人：、德国人：特奥多尔特奥多尔亨施亨施罗伊罗伊格劳伯得一半，成就是对格劳伯得一半，成就是对“光粒子的特性进行了理论描光粒子的特性进行了理论描 述述光学相干的量子理论光学相干的量子理论”约翰约翰霍尔，特奥多尔霍尔，特奥多尔亨施得另外一半，成就是对亨施得另外一半，成就是对“开发了基开发了基 于激光的高精度光谱技术，即以极高的精度确定原子和分子于激光的高精度光谱技术，即以极高的精度确定原子和分子 的光线颜色的光

36、线颜色光频梳技术，其以光频梳技术，其以15位的精确度来衡量光位的精确度来衡量光 频率成为可能；频率成为可能；”他们成就他们成就“可以构建非常鲜艳色彩（单色）的激光，可以开可以构建非常鲜艳色彩（单色）的激光，可以开 发高精度发高精度 的时钟，可以改进全球定位系统的时钟，可以改进全球定位系统”。3、瑞典国王、瑞典国王于于10月月10日在斯德哥尔摩颁奖日在斯德哥尔摩颁奖。4、诺贝尔的遗嘱：给人类带来最大的利益，在物理学领域中、诺贝尔的遗嘱：给人类带来最大的利益，在物理学领域中 取得过最重要的发现或发明取得过最重要的发现或发明。2023/1/632约翰约翰马瑟马瑟 乔治乔治斯穆特斯穆特 2006年诺贝

37、尔物理学奖年诺贝尔物理学奖 由两个美国科学家共同获得，由两个美国科学家共同获得，分享共约分享共约140万美元万美元美国人：美国人：约翰约翰马瑟：马瑟：激动和吃惊激动和吃惊乔治乔治 斯穆斯穆特：特：我很惊讶我很惊讶他们成就：他们成就：“发现了宇宙背景辐射的黑体形式和各向异性发现了宇宙背景辐射的黑体形式和各向异性”：有助于研究早期宇宙有助于研究早期宇宙,并能帮助人们更多地了解星系和恒星的起源。并能帮助人们更多地了解星系和恒星的起源。瑞典国王瑞典国王于于10月月10日在斯德哥尔摩颁奖日在斯德哥尔摩颁奖。诺贝尔的遗嘱：诺贝尔的遗嘱：给人类带来最大的利益，在物理学领域中给人类带来最大的利益，在物理学领域

38、中 取得过最重要的发现或发明取得过最重要的发现或发明。诺贝尔诺贝尔2023/1/633艾尔伯艾尔伯-费尔（费尔（1938 ）皮特皮特-克鲁伯格（克鲁伯格（1939）2007年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖 他们于他们于19881988年独立作出的发现极大地提高了电脑硬盘的数据年独立作出的发现极大地提高了电脑硬盘的数据存储量。存储量。FertFert和和GrGrnbergnberg将分享总金额为一千万瑞士法郎的奖金，将分享总金额为一千万瑞士法郎的奖金，大概相当于一百五十万美元。大概相当于一百五十万美元。隧穿磁阻效应会在比巨磁阻效应中隧穿磁阻效应会在比巨磁阻效应中更弱的磁场下就获得显著的电阻改变。

39、更弱的磁场下就获得显著的电阻改变。法国科学家：艾尔伯法国科学家：艾尔伯-费尔费尔德国科学家：皮特德国科学家：皮特-克鲁伯格克鲁伯格他们成就：他们成就：以表彰他们发现以表彰他们发现“巨磁电阻效应巨磁电阻效应”的贡献。的贡献。2023/1/634 2008年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖 美日三科学家因亚原子物理学自发破缺对称机制和破缺美日三科学家因亚原子物理学自发破缺对称机制和破缺对称起源获奖：对称起源获奖：瑞典皇家科学院瑞典皇家科学院10月月7日宣布，美国籍科学家日宣布，美国籍科学家南部阳一郎和日本科学家小林诚、益川敏英获得南部阳一郎和日本科学家小林诚、益川敏英获得2008年的诺年的诺贝尔物理

40、学奖。南部阳一郎因为发现了亚原子物理学中的自贝尔物理学奖。南部阳一郎因为发现了亚原子物理学中的自发对称性破缺机制而获奖。小林诚、益川敏英则因有关对称发对称性破缺机制而获奖。小林诚、益川敏英则因有关对称性破缺起源的发现而获奖。性破缺起源的发现而获奖。2023/1/635 2009年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖 英美科学家分享英美科学家分享2009年诺贝尔物理学奖：年诺贝尔物理学奖：2009年年10月月6日，日，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将2009年诺贝尔物理学奖授年诺贝尔物理学奖授予英国华裔科学家予英国华裔科学家高锟高锟以及美国科学家以及美国科学家威拉德

41、威拉德博伊尔博伊尔和和乔治乔治史史密斯密斯。典皇家科学院说，高锟在。典皇家科学院说，高锟在“有关光在纤维中的传输以用于有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面光学通信方面”取得了突破性成就取得了突破性成就，他将获得今年物理学奖一半，他将获得今年物理学奖一半的奖金，共的奖金，共500万瑞典克朗（约合万瑞典克朗（约合70万美元）；博伊尔和史密斯万美元）；博伊尔和史密斯发明了半导体成像器件发明了半导体成像器件电荷耦合器件（电荷耦合器件（CCD）图像传感器，）图像传感器，将分享今年物理学奖另一半奖金。将分享今年物理学奖另一半奖金。2023/1/636 2010年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖 2010年

42、的诺贝尔物理学奖授予了现年年的诺贝尔物理学奖授予了现年51岁的岁的Andre Geim 和和他的学生他的学生36岁的岁的Konstantin Novoselov，以表彰他们在以表彰他们在“2维石墨维石墨烯材料实验烯材料实验”中的创新之处。中的创新之处。两位得主都出生在前苏联，两位得主都出生在前苏联，Andre Geim现为荷兰籍，现为荷兰籍，Konstantin Novoselov现为英国现为英国/俄罗斯双国籍。俄罗斯双国籍。Novoselov在荷兰在荷兰Nijmegen大学攻读博士学位时，大学攻读博士学位时，Geim是他的导是他的导师。后来他们一起来到英国曼彻斯特大学工作。师。后来他们一起来

43、到英国曼彻斯特大学工作。2023/1/637 2011年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖 2011年诺贝尔物理学奖：美国加州大学伯克利分校天体物年诺贝尔物理学奖：美国加州大学伯克利分校天体物理学理学家萨尔家萨尔波尔马特波尔马特(Saul Perlmutter)、美国、美国/澳大利亚物理学澳大利亚物理学家布莱恩家布莱恩施密特施密特(Brian P.Schmidt)以及美国科学家亚当以及美国科学家亚当里斯里斯(Adam G.Riess)获得获得2011年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。这这3名获奖者名获奖者“研研究几十颗处于爆炸状态的恒星即究几十颗处于爆炸状态的恒星即超新星超新星，发现宇宙正在扩张

44、，发现宇宙正在扩张过程中，扩张速率不断加速过程中，扩张速率不断加速”。2023/1/638END-12、介质波与物质波的比较、介质波与物质波的比较。3、物理学时空观的演变和发展、物理学时空观的演变和发展。问题与讨论问题与讨论1、现代物理学与经典物理学根本区别的讨论、现代物理学与经典物理学根本区别的讨论。4、大学物理学概念体系的哲学思考、大学物理学概念体系的哲学思考。主要参考书目主要参考书目1、李忠，齐淑静、李忠，齐淑静 物理学概念教学研究物理学概念教学研究 清华大学出版清华大学出版社社2、牛顿、牛顿 自然哲学之数学原理自然哲学之数学原理 北京大学出版社北京大学出版社3、熊荣先、林辉，相对论与近代时空观、熊荣先、林辉，相对论与近代时空观 辽宁教育出版社辽宁教育出版社4、胡盘新等、胡盘新等 普通物理学思考题分析与拓展普通物理学思考题分析与拓展 高等教育出版高等教育出版社社 5、倪光炯，李洪芳、倪光炯，李洪芳 近代物理近代物理 上海科技出版社上海科技出版社6、刘银春刘银春 大学物理教程大学物理教程波与粒子波与粒子 机械工业出版社机械工业出版社