普通物理绪论.ppt

1 欢迎同学们来上普通物理课 2 普通物理 上 教师 彭政 课本 新概念物理教程之 力学 和 热学 北京大学赵凯华 罗蔚茵著 高等教育出版社 第二版 3 普通物理学 绪论 一 物理学的研究对象和研究方法 二 物理学与技术 三 为什么要学好普通物理学 四 怎么学好普通物理 关于学习方法和学风的要求 五 关于布朗运动的一个小故事 4 一 物理学的研究对象和研究方法 物理学是研究物质 能量和它们的相互作用的学科 基本规律 第23届国际纯粹物理与应用物理联合会 IUPAP 大会 99 3 16 21 通过的 决议五 中十分精辟地指出 5 空间尺度 相差1045 1046 1026m 约150亿光年 宇宙 10 20m 夸克 时间尺度 相差1045 1018s 宇宙年龄150亿年 10 27s 硬 射线周期 速率范围0 静止 3 108m s 光速 1 物理学的研究对象 十分广泛 不同尺度和速度范围的对象要用不同的物理学研究 6 7 8 能量 时间 10 44s 10 36s 10 10s 1s 1010y 105y 1019GeV 1015GeV 102GeV 1MeV 0 3eV 2 6 10 4eV 宇宙的演化 1032K 1028K 1015K 1010K 3500K 3K 9 2 物理学的研究方法 提出命题 物理学是一门理论和实验高度结合的精确 物理的直觉和想象力及洞察力也常常产生重大突破和发现 其研究方法可概括为 科学 10 对称性分析 守恒量的利用 简化模型的选取 概念和方法的类比 从方法论上讲 物理学的研究方法可分为 演绎法 归纳法 基本定律 推理 演算 新理论 归纳实验 观测事实 假设 模型 新理论 具体地说 物理学还有许多有特色的方法 定性和半定量分析 量纲分析 能量分析 比如 11 微结构物理 3 物理学在不断发展 经典物理也在发展 波动光学 信息光学牛顿力学的决定性 内在随机性 前沿 粒子物理 混沌学 高温超导 光子学 12 二 物理学与技术 第三次世界物理学会大会 2000 12 15 16Berlin Germany 决议指出 物理学是我们认识世界的基础 是其他科学和绝大部分技术发展的直接的或不可缺少的基础 物理学曾经是 现在是 将来也是全球技术和经济发展的主要驱动力 历史上物理与技术的关系大致有两种模式 技术 物理 技术 以第一次工业革命为标志 20世纪两种模式并存 交叉 物理 技术 物理 以电气化进程为标志 但几乎所有重大 新技术的创立 都是以物理学的发展为先导的 13 被誉为第二次工业革命的整个信息技术的发生 发展 其硬件部分几乎都以物理学成果为基础 物理等基础科学与工程技术的关系可形象地用工程技术的 知识之树 表示 例如 14 电气工程 电力 电子 自动控制 15 三 为什么要学好普通物理 这是一门学分很多的必修课 是将来进一步学习物理和电信专业课的基础 是物理类的学生接触到的第一门大学物理课程 也是最广泛最有用的大学物理知识 是将来转行必备的物理知识 如果转行 物理的专业知识和严谨科学的思维方式会是最大的优势 16 四 关于学习方法和学风的要求 严守课堂纪律 不迟到 不随便说话 要勤于思考 悟物穷理 不断建立自己的物理图象 反对应试观点 重视素质和能力的培养 特别是创新意识的培养 做到严谨 求实 反对浮躁和急功近利 高质量地及时完成作业 尽量独立完成 17 五 物理的用处无处不在 一例 物理与经济的联系 从布朗运动说起 布朗运动是1827年英国植物学家布朗 首先观察到的 但是右图是1908年法国物理学家佩兰实验记录下来 布朗运动反映了分子的热运动 18 布朗运动与股票 期权布朗运动的实质是无规则的随机涨落 这种现象不仅在自然界中大量存在 在工程技术中也很常见 布朗运动在社会生活中是否存在 社会学家研究不研究布朗运动 回答是肯定的 当今社会最多人参与的股票买卖中 股票价格的变动就是一种布朗运动 而且 研究金融中股市价格变动的布朗运动比研究物理学中表示气体分子无规则运动的布朗运动还要早 19 1 布朗运动与股票爱因斯坦在1905年发表了关于布朗运动研究的论文 而在他之前 1900年 法国数学家巴施利埃就发表了论文 投机理论 是一篇研究股市的论文 其中把股市价格的无规则变动作为布朗运动来处理 他认为对股价变动来说 我们根据它现在的价格 并不能确切知道它下一时刻的价格 而只知道下一时刻价格的概率分布 这种 股票价格的相对变动是布朗运动 的基本假设 奠定了金融数学的基础 巴施利埃的这篇长达60多页的论文 后来就成为金融数学的开创性论文 20 布朗运动较严格的数学表达的是控制论创始人维纳 1923年他指出 布朗运动在数学上是一个随机过程 提出了描述这个随机过程的 随机微分方程 维纳的贡献在于 他发现布朗运动的轨迹是连续的 但却处处不可微 因为这种轨迹线是一条折线 不是光滑曲线 因此 股票买卖是风险很大的金融活动 许多股民因此而倾家荡产 甚至自杀身亡 所以每天我们都听到电台播音员 股市风险莫测 入市谨慎决择 的忠告 21 2 布朗运动与期权期权的出现是为了减少股票交易中的风险 例如某股民在以每股10元卖出 卖空 1000股某股票A时 为了减少风险 可以同时买进一定数量 例如也是1000股 该股票的买入期权 这个期权是指到某个日期 例如一个月后 期权持有者可以按合同规定的价格 例如每股12元 买进1000股股票A的权利 如果一个月后的那一天 该股票A的收盘价为每股13元 那么该股民因为一个月前已以每股10元的价格抛售了1000股 每股吃亏了3元 共亏去3000元 但是 他又以每股12元的价格买进了1000股该股票A的期权 按规定他将赢得每股1元的差价 总共扳回1000元 22 如果一个月后股票A跌到8元 他买进的期权毫无作用 他可以不执行这份合同 使自己避免损失 但事先他以每股10元的价格抛售了 比现时的8元高出2元 相对于现在的股价而言 他早已赚了2000元 所以一个期权 也称衍生股票 与卖空一定数量的原生股票相组合 就能形成一种 涨跌保收 的减低风险的机制 23 期权交易已存在几十年了 不过那是股民之间的场外交易 由于对股民个人来讲 它能起到规避风险的作用 对整个社会来讲 它能起到稳定股市的作用 因此 从1973年起 期权逐步转入证券交易所内挂牌交易 那一年美国芝加哥期权交易所正式开张 这是国际金融界的一件大事 期权交易所之所以能正式挂牌交易 是因为在此之前又发生了一件大事 布莱克和斯科尔斯发表了他们的期权定价公式 24 如上所述 期权是一种选择权 期权的所有者具有在未来某个特定时刻或特定时段内按某一预先确定的价格购买或出售某项资产 如股票 外汇等 的权利 他可以在期权有效期内行使这种权利 也可以放弃这种权利 甚至转让给别人 对于出售期权的交易所来讲 他有因履行到期的期权的义务 因此 他必须在事先要得到某种补偿 就像保险公司售出某种保险 需要收取一定费用一样 期权买方要买的这种 权利 值多少钱 或者说期权买方应该向卖方 证券公司 支付多少 期权费 以获得这种权利 这就是期权定价问题 25 布莱克 斯科尔斯和莫顿在前人研究的基础上 利用金融学的一项基础理论 套利理论 经过艰苦复杂的研究终于得出了一个关于期权价格的微分方程 它是根据期权到期时刻t的股票随机价格来确定期权交易之初时刻的期权交易价 莫顿 斯科尔斯 26 1997年度的诺贝尔经济学奖被授予哈佛大学的莫顿教授和斯坦福大学的斯科尔斯教授 以表彰他们与布莱克教授合作 推导并发展了期权定价模型 布莱克 斯科尔斯公式 所作出的贡献 遗憾的是 布莱克已于1995年8月去世 不能共享此项殊荣 自从1973年4月首次在芝加哥期权交易所进行期权交易以来 二十多年间 期权量的增长非常迅速 现在的交易额已达每年上万亿美元 与些同时 期权定价理论已经成为现代金融学五大理论模块之一 另外四个模块是投资组合理论 资本资产定价理论 市场的有效性理论及代理问题理论 27 上个世纪 一位植物学家在显微镜下发现的花粉微粒的布朗运动竟然与现代金融最新的期权定价理论有了紧密的联系 这样一种日常所见的布朗运动 竟有四位荣获诺贝尔奖的科学家 爱因斯坦 佩兰 莫顿 斯科尔斯 来研究它 这恐怕是布朗先生始料未及的 28 还要