西南交通大学大学物理ch01,2

1、 大学物理学大学物理学上册上册 绪论绪论 实物的运动规律实物的运动规律 相互作用和场相互作用和场 大学物理学大学物理学下册下册 振动与波动振动与波动 量子现象和量子规律量子现象和量子规律 多粒子体系的热运动多粒子体系的热运动 第一篇第一篇 绪绪 论论解决两个问题：解决两个问题：* * 明确为什么学？学什么？怎样学？明确为什么学？学什么？怎样学？* * 了解物质世界的整体图象。了解物质世界的整体图象。 目的：目的：获得学习获得学习“大学物理大学物理”的自觉意识和较高的起点。的自觉意识和较高的起点。 一一. . 为什么要学习为什么要学习“大学物理大学物理”？物理学研究物质世界的基本结构、基本相物理

2、学研究物质世界的基本结构、基本相互作用和最普遍的运动规律。互作用和最普遍的运动规律。 研究不同层次上物质的结构、物质间研究不同层次上物质的结构、物质间相互作用和相互作用下产生的运动形态和相互作用和相互作用下产生的运动形态和运动规律，始终是基础科学无止境的前沿。运动规律，始终是基础科学无止境的前沿。周光召周光召 对于任何专业，大学基础物理课对于任何专业，大学基础物理课的的目的：目的：都是使学生对物理学的内容和都是使学生对物理学的内容和方法、工作语言、概念和物理图象、历方法、工作语言、概念和物理图象、历史、现状和前沿等方面，从整体上有个史、现状和前沿等方面，从整体上有个全面的了解。这是一门培养和提

3、高学生全面的了解。这是一门培养和提高学生科学素质，科学思维方法和科学研究能科学素质，科学思维方法和科学研究能力的重要基础课。力的重要基础课。赵凯华赵凯华定位：定位：物理教育物理教育科学素质教育科学素质教育不仅仅是为后续课服务不仅仅是为后续课服务不仅仅是为专业服务不仅仅是为专业服务立足于提高自身科学素质，有益于终身学习立足于提高自身科学素质，有益于终身学习和发展和发展为什么要提高工科学生的物理素质？为什么要提高工科学生的物理素质？根本原因：物理学与工程技术的关系根本原因：物理学与工程技术的关系*第一次工业革命（第一次工业革命（1718世纪）：建立在世纪）：建立在牛顿力学牛顿力学和和热力学热力学发

4、展的基础上，其标志是以蒸汽机为代表的一发展的基础上，其标志是以蒸汽机为代表的一系列机械的产生和应用。系列机械的产生和应用。 *第二次工业革命（第二次工业革命（19世纪）：建立在世纪）：建立在电磁理论电磁理论发展的发展的基础上，其标志是发电机、电动机、电讯设备的出现基础上，其标志是发电机、电动机、电讯设备的出现和应用。和应用。*第三次工业革命（第三次工业革命（20世纪）：建立在世纪）：建立在相对论相对论和和量子量子力学力学发展的基础上，其标志是以信息技术为代表的发展的基础上，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、新技术的兴起和一系列新学科、新材料、新能源、新技术的兴起和发展。发

5、展。三次工业革命三次工业革命物理学与技术关系的两种模式物理学与技术关系的两种模式*技术技术 物理物理 技术（典型例子：热学）技术（典型例子：热学）*物理物理 技术技术 物理（典型例子：电磁学）物理（典型例子：电磁学） 在现代社会中主要以第二种方式进行。在现代社会中主要以第二种方式进行。例：例：计算机技术是这个崭新的信息时代的关键，其基础计算机技术是这个崭新的信息时代的关键，其基础正是过去大半个世纪的现代物理学的研究成果：正是过去大半个世纪的现代物理学的研究成果：电子和信息技术的物理基础电子和信息技术的物理基础1925年年 量子力学建立量子力学建立1926年年 Fermi-Dirac 统计法提出

6、统计法提出1929年年 能带理论提出并得到证实，从理论上解释了能带理论提出并得到证实，从理论上解释了 导体、半导体、绝缘体的性质和区别；导体、半导体、绝缘体的性质和区别； Fermi面概念及其可测量的提出面概念及其可测量的提出1947年年 发明晶体管（获发明晶体管（获1956年诺贝尔物理奖）年诺贝尔物理奖）1957年年 建立建立Fermi面编目面编目1962年年 制成集成电路（制成集成电路（IC）70年代末年代末 大规模和超大规模集成电路（大规模和超大规模集成电路（VLIC）激光技术的物理基础激光技术的物理基础1860年年 Maxwell 建立光的电磁理论建立光的电磁理论1900年年 Plan

7、ck 提出能量子理论提出能量子理论1917年年 Einstein 提出受激辐射理论提出受激辐射理论1953年年 制成微波激射器（制成微波激射器（maser）1960年年 Maiman制成红宝石激光器制成红宝石激光器6070年代年代 激光器及其应用高速发展，月球上设置激光器及其应用高速发展，月球上设置 激光反射器激光反射器1982年年 激光全息术激光全息术8090年代年代 激光外科手术，通讯，光盘，激光武器激光外科手术，通讯，光盘，激光武器.纳米（纳米（ ）技术）技术m109皮秒（皮秒（ ）技术）技术s1012超导技术超导技术.直接从各分支物理实验直接从各分支物理实验室移植到工业上室移植到工业上

8、扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜 原理图原理图硅表面硅原子的排列硅表面硅原子的排列砷化镓表面砷原砷化镓表面砷原子的排列子的排列碘原子在铂晶体上的吸附碘原子在铂晶体上的吸附 纳米科学技术应用实例纳米科学技术应用实例电子探针移动氙原子电子探针移动氙原子通过移走原子构成的图形通过移走原子构成的图形物理学物理学提供科学原理提供科学原理指导技术路线的选择和技术方案的改进指导技术路线的选择和技术方案的改进培养技术人员的科学品格和创新能力，培养技术人员的科学品格和创新能力，使其眼光远，层次高，后劲足使其眼光远，层次高，后劲足蒸汽机车蒸汽机车 内燃机车内燃机车 电力机车电力机车常导、超导常导、超导磁悬浮列车磁悬浮

9、列车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二二.学什么？学什么？知识、方法、科学观念知识、方法、科学观念“物物”物质世界物质世界 “理理”普遍规律普遍规律1.学习物理知识要注意学习物理知识要注意整体性整体性、发展性发展性和和迁移性迁移性。整体性注意掌握知识的结构和联系注意掌握知识的结构和联系形成物质世界的整体物理图象形成物质世界的整体物理图象教材结构和主线教材结构和主线基本基本粒子粒子实物的实物的 运动规律运动规律相互作用相互作用和场和场振动和振动和波动波动量子现象和量子现象和量子规律量子规律多粒子体系多粒子体系的热运动的热运动物理学的基本框架物理

10、学的基本框架经典物理经典物理 力学（实物粒子）力学（实物粒子）电磁学（场）电磁学（场）热力学统计物理热力学统计物理（多粒子体系）（多粒子体系）相对论相对论力学力学量子力学量子力学量子统计物理量子统计物理相对论量相对论量子力学子力学相对论相对论量子场量子场论论？发展性不断从新的角度审视和理解物理概念和不断从新的角度审视和理解物理概念和规律，关注其内涵的丰富，应用的扩展，规律，关注其内涵的丰富，应用的扩展，相互关系的变化。相互关系的变化。例如：例如：质量质量m初中：初中：VmVm循环定义？循环定义？高中：高中：maF 惯性质量；惯性质量；2rGmMF 引力质量引力质量前沿：前沿： 质量究竟是什么？

11、是如何产生的？质量究竟是什么？是如何产生的？大学：大学：2mcE 能量载体；能量载体；惯引mm例如：例如：力力F近代物理：以能量为中心的表述优于以力为中心的表述。近代物理：以能量为中心的表述优于以力为中心的表述。中心：中心：守恒量守恒量动量、角动量、能量动量、角动量、能量守恒定律与自然界对称性的联系守恒定律与自然界对称性的联系amF对时间积累对时间积累ptFI 动量定理动量定理动量守恒动量守恒对空间积累对空间积累kcosEFSA 动能定理动能定理机械能守恒机械能守恒力矩力矩FdM 定轴转动物体的平衡定轴转动物体的平衡中学：以中学：以“力力”为中心。为中心。注意提高应用物理知识理解、解注意提高应

12、用物理知识理解、解决实际问题的能力。决实际问题的能力。 2. 学习物理方法学习物理方法观察、实验、模拟、演绎、归纳、分析、综合、观察、实验、模拟、演绎、归纳、分析、综合、类比、理想化、假说类比、理想化、假说.指导性原理指导性原理: * 简单性原理：逻辑前提越简单，普遍程度越高。简单性原理：逻辑前提越简单，普遍程度越高。 * 对应原理对应原理 ：新理论应包容在一定条件下被证实是：新理论应包容在一定条件下被证实是正确的旧理论，并在极限条件下过渡到旧理正确的旧理论，并在极限条件下过渡到旧理论。论。 .迁移性迁移性例如：例如：理想化方法理想化方法理想模型（单摆、弹簧振子、理想气体理想模型（单摆、弹簧振

13、子、理想气体)理想实验（伽利略、牛顿理想实验（伽利略、牛顿. ）理想过程理想过程 (准静态、绝热准静态、绝热)实质实质: 简化、纯化，抓住主要矛盾，摒弃次要因素。简化、纯化，抓住主要矛盾，摒弃次要因素。复习复习质点、质点系、刚体质点、质点系、刚体质点质点：当物体的线度和形状在所研究的问题中的作：当物体的线度和形状在所研究的问题中的作用可以忽略不计时，将物体抽象为一个具有质量，用可以忽略不计时，将物体抽象为一个具有质量，占有位置，但无形状大小的占有位置，但无形状大小的“点点”。质点系质点系：质点的集合。：质点的集合。刚刚 体体：任意两质点间距离保持不变的质点系。：任意两质点间距离保持不变的质点系

14、。质点质点质点系质点系刚体刚体集合集合特例特例*思考:质点和几何学上的点有什么不同？质点和几何学上的点有什么不同？例如：例如：科学假说方法科学假说方法牛顿时代牛顿时代：以经验观察，逻辑归纳为主：以经验观察，逻辑归纳为主现代物理现代物理：问题：问题假说假说(实践实践)科学科学 （证伪）（证伪）新问题新问题新假说新假说.“不是由观察结果归纳出理论，而是由理论决定不是由观察结果归纳出理论，而是由理论决定观察什么观察什么。” 爱因斯坦爱因斯坦3. 学习先进的科学观念学习先进的科学观念* 物理学描述的是关于实在世界的模型物理学描述的是关于实在世界的模型感觉世界感觉世界物理科学世界物理科学世界真实世界真实

15、世界大量唯象定律大量唯象定律较高层次定律较高层次定律自然界的自然界的基本法则基本法则(中介中介)逼近逼近目标目标归纳归纳总结总结物理概念、规律与自然实在并非完全同一。人类是物理概念、规律与自然实在并非完全同一。人类是依靠建立模型、不断改进模型来逐渐认识自然的。依靠建立模型、不断改进模型来逐渐认识自然的。*自然是和谐统一的整体自然是和谐统一的整体“物理上真实的东西，一定是逻辑上简单的东西。物理上真实的东西，一定是逻辑上简单的东西。”爱因斯坦爱因斯坦自然界的复杂性是由简单规则演变而来。自然界的复杂性是由简单规则演变而来。学科的分化、交叉、整合。学科的分化、交叉、整合。人与自然的和谐发展人与自然的和

16、谐发展新的自然观新的自然观一切工程技术实践都要尊重生态规律，讲求环境一切工程技术实践都要尊重生态规律，讲求环境效益，树立效益，树立“整体优化整体优化”和和“可持续发展可持续发展”的价的价值观念。值观念。三三. 怎样学怎样学?书山有路书山有路勤勤为径为径,学海无涯学海无涯悟悟作舟作舟辅助教材辅助教材:物理学概论习题参考解答物理学概论习题参考解答物理思维训练题集物理思维训练题集活页作业题集活页作业题集成绩评定：成绩评定：平时平时 20%期末考试期末考试 50%， 期中考试期中考试 30%平时考核成绩：以总分平时考核成绩：以总分100计计考勤考勤50分分：迟到扣：迟到扣3分分/次；缺席次；缺席5分分/次，次，12次无次无故缺席者，取消考试资格；迟到故缺席者，取消考试资格；迟到5次以上者，平次以上者，平时成绩减半。时成绩减半。作业作业50分分：每次作业占：每次作业占3分，分，5次未交作业者，次未交作