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我所认识的物理学,财管1204班 小组组长:李莹莹 组员：王倩；郑明明,一、物理学简介,定义 1、物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科。作为自然科学的带头学科，物理学研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律，因此成为其他各自然科学学科的研究基础。它的理论结构充分地运用数学作为自己的工作语言，以实验作为检验理论正确性的唯一标准，它是当今最精密的一门自然科学学科。 2、释文解字：物理，“理”者物体的脉络，物质通过能行聚合，现色相性势为物体，故物理学，就是研究物质、物体内外脉络关系与相互运化作用的门科学。,3、物理学与其他自然科学,物理学与其他许多自然科学息息相关，如化学、生物、天文和地质等。特别是化学。化学与某些物理学领域的关系深远，如量子力学、热力学和电磁学，而数学是物理的基本工具，也就是物理依赖着数学。所以有了数理化不分家之说。 物理学是一种自然科学，主要研究的是物质在时空中的运动，和所有相关概念，包括能量和作用力。更广义地说，物理学是对于大自然的研究分析，目的是为了要明白宇宙的行为。,4、物理学的发展历程及应用,物理学是最古老的科学之一。在过去两千年，物理学与哲学，化学等等经常被混淆在一起，相提并论。直到十六世纪科学革命之后，才单独成为一门现代科学。 物理学已成为自然科学中最基础的学科之一。物理理论通常是以数学的形式表达出来。经过大量严格的实验验证的物理学规律被称为物理定律。然而如同其他很多自然科学理论一样，这些定律不能被证明，其正确性只能靠着反复的实验来检验。 物理学的影响深远，这是因为物理学的突破时常会造成新科技的出现，物理学的新点子很容易会引起其它学术领域产生共鸣。例如，在电磁学的进展，直接地导致像电视，电脑，家用电器等等新产品，大幅度地提升了整个人类的生活水平；核裂变的成功应用，使得核能发电不再是梦想。,二、物理学的基本定义,物理学是一种自然科学，注重于研究物质、能量、空间、时间，尤其是它们各自的性质与彼此之间的相互关系。物理学是关于大自然规律的知识；更广义地说，物理学探索分析大自然所发生的现象，以了解其规则。 物理学(Physics)：物理现象、物质结构、物质相互作用、物质运动规律 物理学研究的范围 物质世界的层次和数量级,*知识小拓展（1）,空间尺度： 原子、原子核、基本粒子、DNA长度、最小的细胞、太阳山哈勃半径、星系团、银河系、恒星的距离、太阳系、超星系团等。人蛇吞尾图形象地表示了物质空间尺寸的层次。 微观粒子Microscopic：质子 10-15 m 介观物质mesoscopic 宏观物质macroscopic 宇观物质cosmological 类星体 10 26m,*知识小拓展（2）,时间尺度： 基本粒子寿命 10-25s 宇宙寿命 1018s 按空间尺度划分：量子力学、经典物理学、宇宙物理学 按速率大小划分： 相对论物理学、非相对论物理学 按客体大小划分：微观、介观、宏观、宇观 按运动速度划分： 低速，中速，高速 按研究方法划分：实验物理学、理论物理学、计算物理学,三、分类简介,牛顿力学(Mechanics)研究物体机械运动的基本规律及关于时空相对性的规律 电磁学(Electromagnetism)研究电磁现象，物质的电磁运动规律及电磁辐射等规律 热力学(Thermodynamics)研究物质热运动的统计规律及其宏观表现 相对论(Relativity)研究物体的高速运动效应以及相关的动力学规律 量子力学(Quantum mechanics)研究微观物质运动现象以及基本运动规律 此外，还有： 粒子物理学、原子核物理学、原子与分子物理学、固体物理学、凝聚态物理学、激光物理学、等离子体物理学、地球物理学、生物物理学、天体物理学等等。,四、研究领域,物理学研究的领域可分为下列四大方面： 1.凝聚态物理研究物质宏观性质，这些物相内包含极大数目的组元，且组员间相互作用极强。最熟悉的凝聚态相是固体和液体，它们由原子间的键和电磁力所形成。更多的凝聚态相包括超流和波色-爱因斯坦凝聚态（在十分低温时，某些原子系统内发现）；某些材料中导电电子呈现的超导相；原子点阵中出现的铁磁和反铁磁相。凝聚态物理一直是最大的的研究领域。历史上，它由固体物理生长出来。1967年由菲立普安德森最早提出，采用此名。,2.原子，分子和光学物理研究原子尺寸或几个原子结构范围内，物质-物质和光-物质的相互作用。这三个领域是密切相关的。因为它们使用类似的方法和有关的能量标度。它们都包括经典和量子的处理方法；从微观的角度处理问题。原子物理处理原子的壳层，集中在原子和离子的量子控制；冷却和诱捕；低温碰撞动力学；准确测量基本常数；电子在结构动力学方面的集体效应。原子物理受核的影晌。但如核分裂，核合成等核内部现象则属高能物理。 分子物理集中在多原子结构以及它们，内外部和物质及光的相互作用，这里的光学物理只研究光学的基本性质及光与物质在在微观领域的相互作用。 3.高能/粒子物理粒子物理研究物质和能量的基本组元及它们间的相互作用；也可称为高能物理。因为许多基本粒子在自然界不存在，只在粒子加速器中与其它粒子高能碰撞下才出现。据基本粒子的相互作用标准模型描述，有12种已知物质的基本粒子模型（夸克和轻粒子）。它们通过强，弱和电磁基本力相互作用。标准模型还预言一种希格斯-波色粒子存在。现正寻找中。,4.天体物理天体物理和天文学是物理的理论和方法用到研究星体的结构和演变，太阳系的起源，以及宇宙的相关问题。因为天体物理的范围宽。它用了物理的许多原理。包括力学，电磁学，统计力学，热力学和量子力学。1931年卡尔发现了天体发出的无线电讯号。开始了无线电天文学。天文学的前沿已被空间探索所扩展。地球大气的干扰使观察空间需用红外，超紫外，伽玛射线和x-射线。物理宇宙论研究在宇宙的大范围内宇宙的形成和演变。爱因斯坦的相对论在现代宇宙理论中起了中心的作用。20世纪早期哈勃从图中发现了宇宙在膨胀，促进了宇宙的稳定状态论和大爆炸之间的讨论。1964年宇宙微波背景的发现，证明了大爆炸理论可能是正确的。大爆炸模型建立在二个理论框架上：爱因斯坦的广义相对论和宇宙论原理。宇宙论已建立了ACDM宇宙演变模型；它包括宇宙的膨胀，黑能量和黑物质。 从费米伽玛-射线望运镜的新数据和现有宇宙模型的改进，可期待出现许多可能性和发现。尤其是今后数年内，围绕黑物质方面可能有许多发现。,五、物理学史,伽利略（1564年-1642年）人类现代物理学的创始人，奠定了人类现代物理科学的发展基础。 1900-1926年 建立了量子力学。 1926年 建立了费米狄拉克统计。 1927年 建立了布洛赫波的理论。 1928年 索末菲提出能带的猜想。 1929年 派尔斯提出禁带、空穴的概念，同年贝特提出了费米面的概念。, 1947年贝尔实验室的巴丁、布拉顿和肖克莱发明了晶体管，标志着信息时代的开始。 1957年 皮帕得测量了第一个费米面超晶格材料纳米材料光子。 1958年杰克.基尔比发明了集成电路。 20世纪70年代出现了大规模集成电路。 物理与物理技术的关系： 热机的发明和使用，提供了第一种模式：技术 物理 技术 电气化的进程，提供了第二种模式：物理 技术 物理,*当今物理学,当今物理学和科学技术的关系两种模式并存，相互交叉，相互促进“没有昨日的基础科学就没有今日的技术革命”。例如：核能的利用、激光器的产生、层析成像技术(CT)、超导电子技术、粒子散射实验、X 射线的发现、受激辐射理论、低温超导微观理论、电子计算机的诞生。几乎所有的重大新(高)技术领域的创立，事先都在物理学中经过长期的酝酿。 物理学的方法和科学态度：提出命题 理论解释 理论预言 实验验证 修改理论。,现代物理学是一门理论和实验高度结合的精确科学，它的产生过程如下： 物理命题一般是从新的观测事实或实验事实中提炼出来，或从已有原理中推演出来； 首先尝试用已知理论对命题作解释、逻辑推理和数学演算。如现有理论不能完美解释，需修改原有模型或提出全新的理论模型； 新理论模型必须提出预言，并且预言能够为实验所证实； 一切物理理论最终都要以观测或实验事实为准则，当一个理论与实验事实不符时，它就面临着被修改或被推翻。,*小小思考一下, 怎样学习物理学？ 著名物理学家费曼说：科学是一种方法，它教导人们：一些事物是怎样被了解的，什么事情是已知的，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；如何思考事物，做出判断，如何区别真伪和表面现象？著名物理学家爱因斯坦说：发展独立思考和独立判断的一般能力，应当始终放在首位，而不应当把专业知识放在首位.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和工作，他必定会找到自己的道路，而且比起那种主要以获得细节知识为其培训内容的人来，他一定会更好地适应进步和变化 。,学习的观点：从整体上逻辑地，协调地学习物理学，了解物理学中各个分支之间的相互联系。 物理学的本质：物理学并不研究自然界现象的机制（或者根本不能研究），我们只能在某些现象中感受自然界的规则，并试图以这些规则来解释自然界所发生任何的事情。我们有限的智力总试图在理解自然，并试图改变自然，这是物理学，甚至是所有学科所共同追求的目标。 以物理学为基础的相关科学：化学，天文学，自然地理学等。,六、学科性质,1、基本性质 物理