物理学是 什 么.ppt

1,同学们好！,大学物理 主讲教师:陈文龙 Tel千禧之年，加拿大的环球邮报做了一个调查：请世界各国的读者评选过去1000年来对整个世界影响最大的100位名人。,猜猜看是谁荣登榜首？,回顾,NO!,拿破仑？,成吉思汗？,NO！,比尔 盖茨？,莎士比亚？,NO！,NO！,爱因斯坦,杰出的物理学对人类社会进步的影响，被全世界公认！,是！,物理学是什么？,改变世界的物理学,三次产业革命都是以物理学的发展为标志的。 第一次产业革命：蒸汽机 第二次产业革命：电力和电机,世纪之初的“电气化时代”，是十九世纪安培、法拉第、居里夫妇及她的女儿约里奥居里、海森伯、费米、哈恩等一大串光辉的名字分不开的。,第三次产业革命：信息时代,现代计算机硬件核心是半导体集成电路，PN结是基础。半个世纪前，巴丁、肖克莱、布莱顿等发明了晶体管，标志着信息时代的诞生。,改变世界的物理学,改变世界的物理学,50、60年代物理学家又发明了激光，它的理论基础是爱因斯坦的受激辐射过程。,今天激光技术已广泛应用于尖端、通讯、计算、军事和日常生活，成为几十亿、上百亿的巨大产业。,物理是一种智能,诺贝尔物理学奖得主、德国科学家玻恩： “与其说是因为我发表的工作里包含了一个自然现象的发现，倒不如说是因为那里包含了一个关于自然现象的科学思想方法基础。”,物理学之所以被人们公认为一门重要的科学，不仅仅在于它对客观世界的规律作出了深刻的揭示，还因为它在发展、成长的过程中，形成了一整套独特而卓有成效的思想方法体系。使得物理学当之无愧地成了人类智能的结晶。,物理是一种智能,大量事实表明: 物理学的思想与方法不仅对物理学本身有价值，而且对整个自然科学，乃至社会科学的发展都有着重要的贡献。,有人统计：自20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，有一半以上的人具有物理学的背景；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功。反过来，却从未发现有非物理专业出身的科学家问鼎诺贝尔物理学奖的事例。这就是物理智能的力量。,国外专家指出： 没有物理修养的民族是愚蠢的民族!,现在物理学家在干什么,翻阅一下现在物理学的许多重要期刊，或看一看许多国际物理学术会议的日程，就会发现，诸如蛋白质折叠、免疫网络、化学键断裂、水土流失、环境保护、交通堵塞等，大量本不属于物理学内容的标题，赫然如目。,不管什么问题，当物理学家用物理学的方法去研究它时，就把它变成了物理问题。,？,物理学是一切自然科学的基础,物理学中有一套最系统最完整的基础理论，也有一套最全面最有效的科学方法。物理学作用于其他自然科学和技术科学，催生了一大批分支科学和边缘交叉科学，从而极大地推动了整个科学和技术甚至社会的发展。,物理学是一切自然科学的基础,物理学对化学的渗透，产生了量子化学，将化学带入了一个新的时代。近年来，量子化学、激光化学、分子反应动力学、固体表面催化和功能材料等物理学与化学间的交叉学科，取得了长足的发展，今后两学科之间的合作将更加默契。物理学和生命科学的相互渗透，前途更是不可估量的。,综上所述，物理学研究的是物质世界普遍而基本的规律。物理学构成了所有自然科学的理论基础。物理学的思想和方法是各类科学家所应具有的基本素质。,请您再认识物理学,物理学是一门实验科学，是理论和实验高度结合的精确科学。它研究物质、能量和它们之间的相互作用。,物理学探索着自然，驱动着技术，拯救着生命。是人类文明、技术进步、社会发展的基础。,17,物理学研究的范围 物质世界的层次和数量级,质子尺寸 10-15 m,空间尺度,微观粒子 Microscopic,介观物质 mesoscopic,宏观物质 macroscopic,宇观物质 cosmological,类星体 10 26 m,时间尺度,基本粒子寿命 10-25 s,宇宙寿命 1018 s,宇宙中物体的质量量级:跨跃了约80个数量级,物质结构图象（跨越42个数量级是什么概念）,粒子和宇宙,十亿光年这样的数量级下观测宇宙，上面的每一个象素点所表现的事物都是无比古远的。,物质结构图象: 十亿光年,把视野缩小，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么？ 近些，再近些。什么呀，这么面熟？这就是你所说的“星星”么？是星星，一堆星星。我们管它叫银河系。,物质结构图象: 100万光年,这回看清楚了吧，原来是太阳系！,物质结构图象:100亿公里,地球！,物质结构图象:10万公里,这是哪里? 中国在哪里?,物质结构图象: 1千公里,呦！草地上这是什么呀，一坨？,物质结构图象: 100米,原来是一傻哥们睡得正香呐。,物质结构图象: 10米,醒醒嘿，都被偷窥啦还不知道呐。,物质结构图象:1米,一米的十分之一,物质结构图象: 0.1米,这是他手上的皱纹。,物质结构图象: 0.1毫米,一个细胞的数量级就是10微米，当然这只是一般来说。,物质结构图象: 10微米,一看这么高度螺旋的结构就知道是染色体了。但凡人类的细胞，里面都会有23对（46条）染色体。,物质结构图象:100埃(),现在为材料科学炒得火热的纳米技术就是说很多物质精细到纳米级后将表现出很多在常规数量级上所表现不出的性质来。在纳米这样的数量级下，我们连原子都可以数清了。因此，纳米级又叫原子级。,物质结构图象: 1纳米,原子=原子核+电子。 图中密布的电子云，我们能看到原子核外围的电子云比较浓。,物质结构图象: 1埃,原子核,物质结构图象: 10费米(fm),质子（也可能是中子）的内部，乱七八糟一大片。是什么东西?是什么力量使他们紧密结合在一起?,物质结构图象: 0.1费米,大学物理与中学物理的不同之处,引入矢量运算与微积分； 知识更加深奥，范围更加广泛； 具有更广泛的适用面，更具有普遍意义。,作业、考试等问题,平时成绩（作业、出勤率）占30% 考试成绩占70% 课代表,37,数学预备知识 矢量（vector),38,矢量（vector),矢量是物理学研究中所使用的重要数学工具之一，利用矢量来描述物理规律具有许多的优点： 形式简单； 与坐标系的选择无关；,一、矢量及其表示,1.矢量的定义 有些物理量(如位移、速度、加速度、力等）需要同时指明其大小和方向，进行相加运算时遵从平行四边形法则，这类量称为矢量。矢量的特点： 由大小和方向唯一地确定，平行移动不会改变一个矢量。 平行四边形相加法则,矢量和标量不能包含全部的物理量，例如角位移、既不是矢量也不是标量，而是张量，需用矩阵表示。,有些物理量（如质量、温度、电量等）只需用包含正负的数字来表征，这类量称为标量，标量遵从代数运算法则。标量的特点： 用包含正负的数就可充分描述； 遵从代数运算法则；,40,一、矢量及其表示,2.矢量的表示 矢量几何表示：从几何的观点看，可用有方向的线段来表示矢量，线段的长度表示该矢量的大小，箭头的方向表示该矢量的方向 矢量的书写：习惯上， 书写时在字母上方加一箭头代表矢量，如 印刷时用黑体字母表示矢量，如 A 做作业和考试时，必须用字母上面架箭头的方式表示矢量,矢端,矢尾,41,一、矢量及其表示,3.有关矢量的定义 矢量相等: 具有相同长度和相同方向的两个矢量彼此相等。 例如：矢量B和矢量C长度相同方向相同，则B和C相等，记为 B=C,单位矢量：若一个矢量的长度为1单位，则该矢量称为单位矢量,例如，在平面直角 系中，沿x,y,z轴正方向的单位矢量 分别为,二、矢量的加减法,1矢量的加法,利用平行四边形法则解 平移使起点重合 作平行四边形 从交点0作对角线就是合矢量,O,2矢量的减法,三、矢量的乘法,物理中学常遇到两个矢量相乘的问题。,定义：两个矢量相乘