河理-大学物理绪论

1、大大 学学 物物 理理 绪绪 论论 主讲人：贾二广主讲人：贾二广 课程介绍课程介绍 什么是什么是 物理学？物理学？ 为什么学为什么学 习大物？习大物？ 怎么学？怎么学？ 一一. 什么是物理学什么是物理学(Physics) 物理是研究物质物理是研究物质结构结构、物质、物质相互作用相互作用和运和运 动规律的动规律的自然科学自然科学。 彩虹彩虹 闪电闪电 热气球热气球 纵观物理学的发展史，根据它不同阶段的特点，纵观物理学的发展史，根据它不同阶段的特点， 大致可以分为大致可以分为物理学物理学萌芽时期萌芽时期、经典物理学时经典物理学时 期期和和现代物理学时期现代物理学时期三个发展阶段。三个发展阶段。 （

2、1）物理学萌芽时期）物理学萌芽时期 在古代，由于生产水平的低下，人们对自然界的认识主要依靠不充分的观察， 和在此基础上进行的直觉的、思辨性猜测，来把握自然现象的一般性质，因 而自然科学的知识基本上是属于现象的描述、经验的总结和思辨的猜测。 在这个时期，首先得到较大发展的是与生产实践密切相关的力学，如静 力学中的简单机械、杠杆原理、浮力定律等。在墨经中，有力的概念 (“力，形之所以奋也”)的记述；光学方面，积累了关于光的直进、折射、反 射、小孔成像、凹凸面镜等的知识。电磁学方面，发现了摩擦起电、磁石吸 铁等现象，并在此基础上发明了指南针。声学方面，由于音乐的发展和乐器 的创造，积累了不少乐律、共

3、鸣方面的知识。物质结构和相互作用方面，提 出了原子论、元气论、阴阳五行说、以太等假设。 这些都还称不上系统的自然科学研究这些都还称不上系统的自然科学研究 （2）经典物理学时期）经典物理学时期 十五世纪末叶，资本主义生产关系的产生，促进了生产和技术的 大发展；席卷西欧的文艺复兴运动，解放了人们的思想，激发起人们 的探索精神。 系统的观察实验系统的观察实验和严密的数学演绎严密的数学演绎相结合相结合 的的研究方法研究方法被引进物理学中，导致了十七被引进物理学中，导致了十七 世纪主要在天文学和力学领域中的世纪主要在天文学和力学领域中的“科学科学 革命革命”。 整个十八世纪，物理学处在消化、积累、准备的

4、渐进阶段。新的科学 思想、方法和理论，得到了传播、完善和扩展。牛顿力学完成了解析 化工作，建立了分析力学；光学、热学和静电学也完成了奠基性工作， 成为物理学的几门基础学科。 到了十九世纪，物理学获得了迅速和重要的发展，各个自然领域之间 的联系和转化被普遍发现，新数学方法被广泛引进物理学，相继建立 了波动光学、热力学和分子运动论、经典电磁场理论等完整的、解析 式的理论体系，使经典物理学臻于完善。 河南理工大学河南理工大学 物理学物理学 第五版第五版 6 （3）现代物理学时期）现代物理学时期 十九世纪末叶物理学上一系列重大发现，使经典物理学理论体系本身十九世纪末叶物理学上一系列重大发现，使经典物理

5、学理论体系本身 遇到了不可克服的危机，从而引起了现代物理学革命。由于生产技术遇到了不可克服的危机，从而引起了现代物理学革命。由于生产技术 的发展，精密、大型仪器的创制以及物理学思想的变革，这一时期的的发展，精密、大型仪器的创制以及物理学思想的变革，这一时期的 物理学理论呈现出高速发展的状况。研究物理学理论呈现出高速发展的状况。研究对象对象由低速到高速，由宏观由低速到高速，由宏观 到微观，深入到广垠的宇宙深处和物质结构的内部，对到微观，深入到广垠的宇宙深处和物质结构的内部，对宏观世界宏观世界的结的结 构、运动规律和微观物质的运动规律的认识，产生了重大的变革。构、运动规律和微观物质的运动规律的认识

6、，产生了重大的变革。 相对论和量子力学的建立，克服了经典物理学的危机，完成了从经典相对论和量子力学的建立，克服了经典物理学的危机，完成了从经典 物理学到现代物理学的转变，使物理学的理论基础发生了质的飞跃，物理学到现代物理学的转变，使物理学的理论基础发生了质的飞跃， 改变了人们的物理世界图景。改变了人们的物理世界图景。1927年以后，量子场论、原子核物理年以后，量子场论、原子核物理 学、粒子物理学、天体物理学和现代宇宙学，得到了迅速的发展。物学、粒子物理学、天体物理学和现代宇宙学，得到了迅速的发展。物 理学向其它学科领域的推进，产生了一系列物理学的新部门和理学向其它学科领域的推进，产生了一系列物

7、理学的新部门和边缘学边缘学 科科，并为现代，并为现代科学技术科学技术提供了新思路和新方法。现代物理学的发展，提供了新思路和新方法。现代物理学的发展， 引起了人们对物质、运动、空间、时间、因果律乃至引起了人们对物质、运动、空间、时间、因果律乃至生命现象生命现象的认识的认识 的重大变化，对物理学理论的性质的认识也发生了重大变化。现在越的重大变化，对物理学理论的性质的认识也发生了重大变化。现在越 来越多的事实表明，物理学在揭开微观和宏观深处的奥秘方面，正酝来越多的事实表明，物理学在揭开微观和宏观深处的奥秘方面，正酝 酿着新的重大突破。酿着新的重大突破。 （1）大学物理在培养动手能力与创新精神方面的作

8、）大学物理在培养动手能力与创新精神方面的作 用是任何其他学科不可替代的；用是任何其他学科不可替代的； （2）大学物理的基本知识是）大学物理的基本知识是21世纪高科技人才世纪高科技人才的知的知 识结构中识结构中必不可少必不可少的；的； （3）大学物理的基本知识是理工科大学生）大学物理的基本知识是理工科大学生学好专业学好专业 课课与与进一进一 步深造的基本保障步深造的基本保障。 二、为什么要学习大学物理学二、为什么要学习大学物理学 为什么学大学物理为什么学大学物理 全世界工科大学无一例外将物理作为重要基础课全世界工科大学无一例外将物理作为重要基础课 河南理工大学河南理工大学 物理学物理学 第五版第

9、五版 9 物理和科学技术之间的关系 现代物理学的理论成果应用于实践，出现 了象原子能原子能、半导体半导体、计算机计算机、激光、宇 航等许多新技术科学。这些新兴技术正有 力地推动着新的科学技术革命，促进生产 的发展。而随着生产和新技术的发展，又 反过来有力地促进物理学的发展。这就是 物理学的发展与生产发展的辨证关系。 被誉为第二次工业革命的整个信息技术的发生、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：发展，其硬件部分几乎都以物理学成果为基础： 例如：例如： 爱因斯坦受激辐爱因斯坦受激辐 射理论（射理论（19171917） （物理）（物理） 第一台激光器

10、第一台激光器 诞生（诞生（19601960） （技术）（技术） 现代光学现代光学 （物理）（物理） 量子力学量子力学 费米费米狄拉克统计狄拉克统计 固体能带理论固体能带理论 （2020年代）年代） （物理）（物理） 晶体管诞生晶体管诞生(1947)(1947) 集成电路集成电路(1962)(1962) 大规模集成电路大规模集成电路 （7070年代后期）年代后期） （技术）（技术） 微结构微结构 物理物理 （物理）（物理） 什么是物理学什么是物理学 *第一次工业革命（1718世纪）： *第二次工业革命（19世纪）： *第三次工业革命（20世纪）： 重要重要物理规律的物理规律的每一次发现都推动了整

11、个自然科每一次发现都推动了整个自然科 学和应用技术的伟大变革学和应用技术的伟大变革 工业的机械化工业的机械化-瓦特的蒸汽机瓦特的蒸汽机 建立在牛顿力学和波尔兹曼等创立的热力学发展的基础建立在牛顿力学和波尔兹曼等创立的热力学发展的基础 上，其标志是以蒸汽机为代表的一系列机械的产生和应用。上，其标志是以蒸汽机为代表的一系列机械的产生和应用。 建立在库仑、法拉第、楞次、洛伦兹、麦克斯韦以及赫建立在库仑、法拉第、楞次、洛伦兹、麦克斯韦以及赫 兹等对电磁学研究的基础上，其标志是发电机、电动机、电兹等对电磁学研究的基础上，其标志是发电机、电动机、电 讯设备的出现和应用。讯设备的出现和应用。 工业的电气化工

12、业的电气化-发电机、电动机发电机、电动机 建立在普朗克、海森堡、爱因斯坦、薛定鄂等对相对论建立在普朗克、海森堡、爱因斯坦、薛定鄂等对相对论 和量子力学的研究基础上，其标志是以信息技术为代表的一和量子力学的研究基础上，其标志是以信息技术为代表的一 系列新学科、新材料、新能源、新技术的兴起和发展。系列新学科、新材料、新能源、新技术的兴起和发展。 工业的自动化与核能的应用工业的自动化与核能的应用-计算机、计算机、 光通讯、核弹、核能发电光通讯、核弹、核能发电 第四次工业革命? ： 历史经验表明，全球性经济危机往往催生重大科技创新和历史经验表明，全球性经济危机往往催生重大科技创新和 科技革命，科技革命

13、，18571857年的世界经济危机引发了以电气革命为标志的年的世界经济危机引发了以电气革命为标志的 第二次技术革命，第二次技术革命，19291929年的世界经济危机引发了战后以电子、年的世界经济危机引发了战后以电子、 航空航天和核能等技术突破为标志的第三次技术革命。航空航天和核能等技术突破为标志的第三次技术革命。 在过去的在过去的100100年，人类消耗了地球历经数百万年所形成的年，人类消耗了地球历经数百万年所形成的 碳氢化合物的一半，石油资源已过碳氢化合物的一半，石油资源已过“供应顶点供应顶点”。这次金融危这次金融危 机在很大程度上反映了过度依靠金融投机，过度依靠超前消费，机在很大程度上反映

14、了过度依靠金融投机，过度依靠超前消费， 过度依赖监管缺失的虚拟操作，金融与经济泡沫破裂。依靠科过度依赖监管缺失的虚拟操作，金融与经济泡沫破裂。依靠科 技创新创造新的经济增长点、新的就业岗位和新的经济社会发技创新创造新的经济增长点、新的就业岗位和新的经济社会发 展模式，是摆脱危机，创新经济增长的根本出路。这将强烈地展模式，是摆脱危机，创新经济增长的根本出路。这将强烈地 激励和加快科技创新突破与新科技革命的到来。激励和加快科技创新突破与新科技革命的到来。 工业的？化工业的？化-纳米技术、基因工程、纳米技术、基因工程、 超导体应用、超导体应用、 从而催生从而催生以新能源为主导的又一次全球新技术和新产

15、业革命以新能源为主导的又一次全球新技术和新产业革命 基础：基础： 现代物理学研究的理论与技术。现代物理学研究的理论与技术。 嘿嘿，靠你们了！嘿嘿，靠你们了！ 第四次工业革命? ： 中国再也不能与新科技革命失之交臂，必须密切关注和紧跟世中国再也不能与新科技革命失之交臂，必须密切关注和紧跟世 界经济科技发展的大趋势，在新的科技革命中赢得主动。界经济科技发展的大趋势，在新的科技革命中赢得主动。” ” 2、大学物理的教学内容、大学物理的教学内容 （1）经典物理部分经典物理部分：运动学、牛顿力学、热学、 电磁学、 波动光学。 - 是理工科大学生必不可少的科技基础。是理工科大学生必不可少的科技基础。 （2

16、）近代物理部分近代物理部分：狭义相对论与量子力学基础。 - 是学习现代科学技术不可或缺的内容。是学习现代科学技术不可或缺的内容。 （3）现代物理部分：现代物理部分：天体物理、粒子物理、混沌等。 - 是是21世纪高技术人才应该了解的内容世纪高技术人才应该了解的内容 什么是物理学什么是物理学 著名物理学家爱因斯坦说： 发展独立思考和独立判断地一般能力，应当发展独立思考和独立判断地一般能力，应当 始终放在首位，而不应当把专业知识放在首位。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

17、己的道路，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的人来，他一定会更好地适应进步和变化 。 应有格物致知精神 什么是物理学什么是物理学 怎么学大学物理怎么学大学物理 三三. 怎样学好（习）大学物理怎样学好（习）大学物理 （1）重视）重视 大学课程的学习大学课程的学习 心态决定行为心态决定行为 A.大学物理的基本知识是理工科大学生学大学物理的基本知识是理工科大学生学 好专业课与进一好专业课与进一 步深造的基本保障。步深造的基本保障。 B. 摒弃大学物理无用论的错误摒弃大

18、学物理无用论的错误 想法，树立想法，树立积极奋进积极奋进的心态的心态 （2） 正确认识，了解大学物理正确认识，了解大学物理 正确认识大学物理与中学物理的关系与差别正确认识大学物理与中学物理的关系与差别 （1 1）中学物理中学物理是学习是学习大学物理大学物理的基础的基础 ；大学物理大学物理是是中学物理中学物理 的继承与发展，的继承与发展，但不是简单但不是简单的重复。的重复。 （2 2）有三点主要差别：）有三点主要差别： a a）研究的对象不同：研究的对象不同： 由简单到复杂，由特殊到一般。物理知识更加深奥，由简单到复杂，由特殊到一般。物理知识更加深奥， 范围更加广泛，概念、理论、定理和定律等都比

19、中学物理中具范围更加广泛，概念、理论、定理和定律等都比中学物理中具 有更广泛的适用面。有更广泛的适用面。 如：如：由匀速到变速，由恒力到变力，由均匀到非均匀由匀速到变速，由恒力到变力，由均匀到非均匀 ，质点到刚体，增加刚体转动力学、场论等内容等，质点到刚体，增加刚体转动力学、场论等内容等 b）研究的方法和使用的工具不同：研究的方法和使用的工具不同： 如：如：由由初等数学初等数学到到高等数学高等数学，由，由标量标量到到矢量矢量，主，主 要引入要引入矢量运算矢量运算与与微积分微积分的概念和方法等的概念和方法等 c）研究的目的不同：研究的目的不同： 如：如：由只知其然到知其所以然，由了解知由只知其然

20、到知其所以然，由了解知 识到应用知识。识到应用知识。 什么是物理学什么是物理学什么是物理学什么是物理学 明确明确“教材为心，多方突破，循序渐进，融教材为心，多方突破，循序渐进，融 会贯通会贯通”的普遍学习方法。通常，学习一的普遍学习方法。通常，学习一 种新理论或新知识，总是先选定一本具有种新理论或新知识，总是先选定一本具有 代表性的、较好的书，而后采取种种手段代表性的、较好的书，而后采取种种手段 （阅读、参考其它相关资料、多方求教、（阅读、参考其它相关资料、多方求教、 做实验做实验）将其弄懂、吃透。大学物理课）将其弄懂、吃透。大学物理课 程的教学就是按照这一过程展开的。为了程的教学就是按照这一

21、过程展开的。为了 掌握教材中的理论和知识，采取如下步骤：掌握教材中的理论和知识，采取如下步骤： 21 n e. 辅导答疑、同学之间进行讨论 解决问题、发现问题， 加深对教材的理解。 n f. 批改作业 发现错误，纠正错误。 n g. 总复习 逐字逐句通读全书，理解、掌握所学内容并将 之串为一体。（看第三遍书） n h. 考试 检验学习情况，再次发现问题并解决之。 n a. 课前预习 培养自学能力，对有疑问的内容作针对性 的听课。（看第一遍书） n b. 听课 弄懂有疑问的部分，发现自学理解错误的内容 和又出现的问题。（记笔记） n c. 看书 进一步弄懂课堂讲授的内容，对照笔记解决出 现的问题

22、。（看第二遍书） n d. 做作业 发现解决又出现的问题，培养解决处理问题 的能力，养成踏踏实实、一丝不苟、仔细认真的良好习惯。 22 学习知识有个规律：懂 会 熟 巧。 简单说，要学好大学物理主要抓好以下几个环节： 关键是要动手动脑，勤于思考，多加练习。 2） 尽快适应电子教案的教学方式： 先有针对性的预习、再认真听讲！ 学会有重点 地记好笔记！ ！ 4 ）学会科学思维和科学分析问题的方法。 1） 弄清概念，不怕难；（瓶颈） 3）养成一丝不苟、持之以恒的学习作风； （温故知新温故知新，先从笔记、作业入手） 工程技术人员良好的物理素质表现为：工程技术人员良好的物理素质表现为： * * 在工程技

23、术问题面前，能够从物理本质上在工程技术问题面前，能够从物理本质上 提出问题和作出判断；提出问题和作出判断；（分析问题）（分析问题） （不断创新）（不断创新） （解决问题）（解决问题） * * 注意物理学的发展，不断探索如何把物理学注意物理学的发展，不断探索如何把物理学 的新成果引入到工程技术中。的新成果引入到工程技术中。 * * 能够把物理学的思想、观点、规律和方法能够把物理学的思想、观点、规律和方法 运用到工程技术的实际中；运用到工程技术的实际中； “学校的目标应当是培养有独立行动和独立思考的个人，学校的目标应当是培养有独立行动和独立思考的个人， 不过他们要把为社会服务看作是自己的最高目的。

24、不过他们要把为社会服务看作是自己的最高目的。” “学校的目标始终应当是：青年人在离开学校时，是作学校的目标始终应当是：青年人在离开学校时，是作 为一个和谐的人，而不是作为一个专家。为一个和谐的人，而不是作为一个专家。发展独立思发展独立思 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把专业知识放在首位。如果一个人掌握了他的学科的基础基础 理论，理论，并且学会了独立思考和工作，他必定会找到自己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道路，而

25、且比起那种主要以获得细节知识为其培训内容 的人来讲，他一定会更好地适应进步和变化。的人来讲，他一定会更好地适应进步和变化。” 爱因斯坦爱因斯坦论教育论教育 发展独立思考和独立判断的一发展独立思考和独立判断的一 般能力，应当始终放在首位，般能力，应当始终放在首位， 自学成才自学成才 ( (四四) )参考书目（全学年用）参考书目（全学年用） 河南理工大学河南理工大学 物理学物理学 第五版第五版 26 绪绪 论论 书山有路勤为径， 学海无涯苦作舟！ 附：预备知识附：预备知识矢量基本运算矢量基本运算 矢量矢量：有大小、方向。有大小、方向。 （1）常用带箭头的字母或黑体字母 （课本）。 在作图时，在空间用一有向线段 来表示：线段的长度表示矢量的模； 箭头的方向表示矢量的方向。 A 河南理工大学河南理工大学 物理学物理学 第五版第五版 28 （2）矢量的平移不变性：将一矢量）矢量的平移不变性：将一矢量 平移后，其大小和方向都保持不变。平移后，其大小和方向都保持不变。 （3）单位矢量：其模为）单位矢量：其模为1，其方向，其方向 代表矢量的方