大学物理学绪论(清华大学出版社).ppt

请把手机调成 静音、震动或 关闭！ 北京化工大学本科生课程 大学物理学（ I ） Course of College Physics (I) 理学院物理学部 2014-02-13 参考教材 1张三慧. 大学物理学. 北京：清华大学 出版社 2张达宋. 物理学基本教程. 北京：高等 教育出版社 3马文蔚等. 物理学. 北京：高等教育出 版社 关于物理学：一个错误但流行的观念 目前一个广为流传但是非常错误的观念： 那就是认为物理学作为一个有科学意义和价 值的研究领域已经大为过时了。 然而事实是，在物理学领域，亟待我们去 忘我探索的科学规律和我们已经探知的科学 规律一样多。 - John Maddox, Nature杂志前主编 决不要把学习看成是任务，而应看成是一 个令人羡慕的机会。为了你们自己的欢乐 和今后你们工作所属社会的利益，去学习 A.爱因斯坦 无论您从事什么，都应该好 好编织自己的梦想！ 既然选择了攻读研究生学位 ，就应该脚踏实地的走好这几年 ！ 不能辜负亲人的期望，更不 能对不起自己！ 对任何领域的学生来说， 阅读相关的原始文献都是极 有益处的，因为处在雏形中 的科学最容易被消化。 -James Clark Maxwell 一个小建议： (一)物理学与物质世界 (二)物理学与科学技术 (三)几点说明 一、物理学与物质世界 物理学是一门基础学科，探索物质的基本结构和 物质运动的基本规律。是自然科学的基础。 物质： 一切物质都在不停地运动着： 机械运动分子热运动 电磁运动（基本）粒子的运动 1. 空间尺度 物理学的研究对象十分广泛： 宇宙学、粒子物理学的奇妙衔接 2. 时间尺度 现代的标准宇宙模型告 诉我们，宇宙是在一百多亿 年前的一次大爆炸中诞生的 。以s（秒）为单位，宇宙的 年龄约为1018s的数量级 。 银河系 人们从自己向小尺度追问 -粒子物理学 质子、中子由夸克组成 夸克是不是最基本的粒子？ 人们从自己向大尺度追问 -天体物理学 哈勃根据多普勒效应发现宇宙在膨胀 宇宙有没有边？ 宇宙有没有中心？ 粒子物理学和天体物理学目前已成为 密不可分的姐妹学科。 3. 速度范围 0 (静止) 3108 m/s(光速) 二、物理学与科学技术 物理学是现代技术革命的先导 科学是一种方法，它教导人们：一些事物 是怎样被了解，什么事情是已知的，现在 了解到什么程度（因为没有事情是绝对已 知的），如何对待疑问和不确定性，证据 服从什么法则，如何去思考事物，做出判 断，如何区别真伪和表面现象。 理查德. 费曼 物理学是除数学以外的一切自然科学的基 础，也是一切工程科学的基础。 18世纪中叶，蒸汽机的发明得益于热学的研究。蒸 汽机的使用，促进了手工生产向机械化大生产的转变， 并使陆上和海上较大规模的长途运输成为可能，这大大 推动了社会发展。 第一次工业革命 历史上第一辆蒸汽机车 第二次工业革命 19世纪后半叶，在电磁学研究的基础上发展起来的电 力的开发与利用，给生产和生活带来深刻的影响，产生了 今日的发电机、电动机、电报、电视、雷达，创立了现代 的电力工程与无线电技术，使人类社会进入了电的时代。 电能的开发与利用 秦山核电站 上个世纪原子核物理学的研究， 向人们展示了新的能 源 核能。人类社会已经进入了核能时代。目前，许多 国家都建起了核能发电站。迄今，核能发电已经达到世界 总发电量的17。 在当今世界中，相对论和量子论的建立，物理学已成 为现代高技术发展的先导与基础学科。在核能、信息、超 导、激光、电子技术中有突出作用。 第三次工业革命 激光手术刀 高能加速器 北京正负电子对撞机（BEPC）的正电子源 1988年建成， 1992年成果：将子质量测量精度提高10倍 2003年：发现新粒子 2004年：国家投入6.4亿元改造，搭建通向诺贝尔奖平台 重大新技术的产生总是经历长期的物理酝酿。 如爱因斯坦质量能量公式（1905） -卢瑟福粒子散射（1909） -核能利用（上世纪40年代以后） 如爱因斯坦受激辐射理论（1917） -第一台激光器问世（1960） 如微电子技术的发展： 量子力学、固体能带理论（上世纪20、30年代） -晶体管诞生（1947） -集成电路（1962） -大规模集成电路（上世纪70年代后期） -人工微结构 大学物理主要内容 力学 光学 量子物理 热学 电磁学 机械 运动 规律 分子 运动 规律 电磁 运动 规律 光运 动的 规律 微观 领域 里粒 子的 运动 规律 三、几点说明 大学物理与中学物理的关系与差别 1、中学物理是学习大学物理的基础；大学物理是中 学物理的继承与发展，但不是简单的重复。 2、有三点主要差别： （1）研究的对象不同：由简单到复杂，由特殊到一般。 如：匀速到变速，恒力到变力，均匀到非均匀，质点到 刚体等。 （2）研究的方法和使用的工具不同： 如：由初等数学到高等数学，由标量到矢量等。 （3）研究的目的不同： 如：由只知其然到知其所以然，由了解知识到应用知 识等。 条件不同，定义不同 计算复杂 兴趣 预习 认真听课 复习 作业、小结 是蛋碎瓦全还是瓦碎蛋全？ 带电鸟笼里的鸟会安然无恙吗？ + 方法+ 努力 = 效果 n怎样学好物理学？ 建议：重视预习，培养自学能力 华人著名物理学家 杨振宁、李政道由于发现宇称不守恒，获1957年 诺贝尔物理学奖 获诺贝尔物理奖的华裔 物理学家 丁肇中： 由于发现J粒子， 获1976年诺贝尔 物理学奖。 朱棣文： 由于激光冷却和 捕获原子的研究 获1997年诺贝尔 物理学奖。 获诺贝尔物理奖的华裔 物理学家 崔琦： 由于在分数量子霍 尔效应量子现象的 研究获1998年诺贝 尔物理学奖。 获诺贝尔物理奖的华裔 物理学家 高锟 ： 由于在光学通信领域光 在纤维中传输方面的突 破性成就分享2009年诺 贝尔物理学奖。 李远哲： 发明了交叉分子束 方法使详细了解化 学反应的过程成为 可能，获1986年诺 贝尔化学奖。 获诺贝尔化学奖的华裔 科学家 钱永健 ： 由于在多色荧光 蛋白标记技术的 贡献获2008年诺 贝尔化学奖。 要求: 1、勤于思考: 对概念、公式能用自己的语言陈述 ；对定理的证明，能自己独立演算出来. 3、独立、按时完成布置的习题. 2、要善于提出问题. 4、平时成绩：20分. 作业平时出勤课堂表现 考试成绩是与各自的努力成正比！考试成绩是与各自的努力成正比！ 注意 每年下半年有北京化工大学举办的大学物理和物理实 验竞赛。大约12月份有全国部分地区大学物理竞赛。 期中成绩：10分. 期末成绩：70分. 本学期的教学安排 第第1 1章章 质点运动学质点运动学 第第2 2章章 运动与力运动与力 第第3 3章章 动量与角动量动量与角动量 第第4 4章章 功和能功和能 第第5 5章章 刚体的转动刚体的转动 第第6 6章 章 狭义相对论基础狭义相对论基础 第第1717章章 温度和气体动理论温度和气体动理论 第第1818章章 热力学第一定律热力学第一定律 第第1919章章 热力学第二定律热力学第二定律 第第7 7章章 静电场静电场 第第8 8章章 电势电势 第第9 9章章 静电场中的导体 静电场中的导体 第第1010章章 静电场中电介质静电场中电介质 如果一个人掌握了他的 学科基础理论，并且学会了 独立思考与工作，他必定会 找到自己的道路。 爱因斯坦 矢量的基本知识 一、矢量 二、矢量的表示 三、矢量的加法（或减法） 四、矢量的正交分解与合成 五、矢量的标积和矢积 六、矢量的求导与积分 矢量的基本知识 一、矢量：既有大小又有方向，而且相加时遵从平行 四边形的运算法则。如：力，速度，动量等。 （标量只有大小和正负，没有方向。如：质 量、温度、功等。） 二、矢量的表示（反映其大小和方向） 或 A 或图示 （2） 矢量的模即矢量的大小 模等于1，方向和相同 （1） 单位矢量 （3）矢量的坐标表示方法 直角坐标系中的x、y、z 方向的单位矢量。 分别表示 （4）矢量相等 大小相等，方向相同的两矢量相等 Ay r O z x y Ax Az 如果矢量大小相等、方向相反 三、矢量的加法（或减法）（几何方法） （1）矢量相加 a 平行四边形方法 b 三角形方法 以矢量末端为起点，作矢量再由矢量 的起点连到矢量的末端即为合矢量 c 多边形方法 （2）矢量相减 可以写成 从矢量出发，首尾相接的依次作出矢量 再由矢量的始端到最后矢量的末端 画一矢量即为合矢量 三角形法，从一点画矢量由矢量 的末端向矢量 的末端作一矢量即矢量 x y O 四、矢量的正交分解与合成 1、 矢量沿直角坐标系的正交分解 Ax Ay 注意：是由Ox轴按逆时针方向旋转至 角度。 （1）二维直角坐标系 A Ax Ay Az O （2）三维直角坐标系 x y z 方向：由 确定。 y x O 2、 矢量合成的解析法 （1）两个矢量合成： （2）多个矢量合成： 五、矢量的标积和矢积 1 矢量的标积 两平行矢量的标积等于它们的模的乘积 两垂直矢量的标积等于0 为 之间 小于的夹角 2 矢量的矢积 大小