大学物理讲义第一章绪论

1、1大学物理大学物理IIIUniversity Physics for Non-Science Students姚文静姚文北工业大学理学院应用物理系2结合所学物理知识和自身专业背景结合所学物理知识和自身专业背景开展如下主题的讨论开展如下主题的讨论 1 1）一只苹果引发的思考）一只苹果引发的思考 2 2）我眼中的对称与守恒）我眼中的对称与守恒 3 3）熵与社会和经济）熵与社会和经济 4 4）萦绕身边的电磁波）萦绕身边的电磁波 5 5）神奇的光）神奇的光3第第1章章 绪论绪论一、课程信息一、课程信息1、课程代码：11100532、课程名称：大学物理III3、学时/学分：72

2、/104、先修课程：经济数学5、面向对象：文科各专业本科生6、开课院系：理学院应用物理系7、开课学期：第2学期4二、教材、教学参考书二、教材、教学参考书物理学概论 王晓鸥主编、同济大学出版社、2007大学物理导论、向义和等编、清华大学出版社、1996年大学物理、张淳民等编、西安交通大学出版社、2002年今日物理、高崇寿，谢柏青编著、高等教育出版社、2004年物理与艺术、施大宁编著、科学出版社、2005年现代科学技术导论（第3版）、宗占国主编、高等教育出版社、2004年物理学史、（美）弗卡约里著，戴念祖译、广西师范大学出版社、2002年物理的挑战、李政道著、中国经济出版社、2002年5三、为什么

3、要学习物理学三、为什么要学习物理学 1、什么是物理学？ 物理学Physics来源于希腊文，意为“自然”，中文中的含义为“物”（物质的结构、性质）和“理”（物质的运动、变化规律）。 物理学是研究物质结构和运动基本规律的科学。它是自然科学中与自然界的基本规律关系最直接的一门科学。其他的学科和工程技术都是以物理学为基础的。62、什么是大学物理III? 物理学是整个自然科学的基础，物理学是整个自然科学的基础，大学物理大学物理III课程是以课程是以自然界中最基本的物理现象、物质形态和关于物质运动的自然界中最基本的物理现象、物质形态和关于物质运动的一般规律的理论体系为基本内容，同时介绍人们在科学历一般规律

4、的理论体系为基本内容，同时介绍人们在科学历史长河中了解自然、认识自然、改造自然的认识论和方法史长河中了解自然、认识自然、改造自然的认识论和方法论，激发学生不断探索科学奥秘、深化对物质世界认识的论，激发学生不断探索科学奥秘、深化对物质世界认识的兴趣和志向。因此，该课程是学生了解物质世界、认识自兴趣和志向。因此，该课程是学生了解物质世界、认识自然规律、树立辨证唯物史观、掌握科学方法的重要基础；然规律、树立辨证唯物史观、掌握科学方法的重要基础；是激发学生热爱科学、崇尚科学、不断进取的重要课程。是激发学生热爱科学、崇尚科学、不断进取的重要课程。73、我们为什么要学习大学物理III?情情 商商 与与 智

5、智 商商 对文管类专业开设大学物理课程的目的，是为了适应现代对文管类专业开设大学物理课程的目的，是为了适应现代社会发展对高素质人才的需要，实现对学生知识结构的优社会发展对高素质人才的需要，实现对学生知识结构的优化，培养和提高学生的科学思维能力和全面素质。化，培养和提高学生的科学思维能力和全面素质。84、物理学与其它学科的关系 1）物理学使数学有了用武之地 数学是物理学定量描述的工具；物理学为数学数学是物理学定量描述的工具；物理学为数学的发展提供空间。的发展提供空间。2）物理学与天文学密不可分 物理学为天文学的发展提供各种探测手段；天物理学为天文学的发展提供各种探测手段；天文学为物理的发展提供素

6、材和佐证。文学为物理的发展提供素材和佐证。3）物理学为化学提供理论依据 唇齿相依、息息相关。唇齿相依、息息相关。94）物理学在生物学发展中的贡献 物理学一是为生命科学提供现代化实验手段：物理学一是为生命科学提供现代化实验手段：X-ray、B超、核磁共振、电子显微镜、扫描隧道显微镜；二是为生超、核磁共振、电子显微镜、扫描隧道显微镜；二是为生命科学提供理论概念和方法。生物学有可能潜藏着人类尚命科学提供理论概念和方法。生物学有可能潜藏着人类尚未认识的运动规律。未认识的运动规律。5）物理学是信息科学的基础 信息科学的发展是建立在先进的能够存储，传输和处理信息科学的发展是建立在先进的能够存储，传输和处理

7、数据的硬件（存储介质、数据的硬件（存储介质、CPU、光缆等等）基础之上的科、光缆等等）基础之上的科学。自然是物理学发展的结果。学。自然是物理学发展的结果。6）物理学在经济领域的作用10 5、物理学与技术的关系 三次工业革命 物理学为技术的形成提供科学原理物理学影响技术进行的路线物理学左右技术的实施方案 两种基本的模式： 一是由于生产实践的需要而创建了技术，然后提高到理论上来，再反馈到技术中去，促进技术的进一步发展；二是先在实验室中揭示了基本规律，建立比较完整的理论，然后再在生产中发展成为一种全新的技术。116、物理学与方法论和世界观 物理学描绘了世界的一幅完整的图像，它揭示出各种运动形态的相互

8、联系与相互转化，充分体现了世界的物质性与物质世界的统一性。理解世界的方法论：1）逻辑方法 分析-综合法 归纳-演绎法2）与物理学基本原理相联系的方法（不能违背的法则） 能量守恒原理，熵增大原理（有序-无序）3）科学发现中创造性的思维方法 物理模型，理想实验，物理类比，物理假说看待世界的世界观（唯物主义）： 这个世界是由物质构成的，物质是运动着的和普遍联系着的。这个世界是由物质构成的，物质是运动着的和普遍联系着的。12 例：扫描隧道显微镜 (STM)的发明70年代 罗伯特.杨制成场发射显微镜。1981年 宾尼和罗雷尔应用隧道效应，正是由于其掌握了量子力学方面的知识，改进了场发射显微镜研制成了扫描

9、隧道显微镜（STM），1986年诺贝尔物理学奖，得益于深厚的科学素养。7、物理学素质的重要性只有坚实的物理学基础，才能在科学领域有所发现，有所只有坚实的物理学基础，才能在科学领域有所发现，有所创造。创造。13 硅表面77重构图象 “原子和分子的观察与操纵” - 白春礼 插页彩图2解决许多理论和实验上的疑难问题14用AFM得到的癌细胞的表面图象“原子和分子的观察与操纵” - 白春礼 P.98 图 4-8基于STM工作原理或扫描成像方法的派生显微镜系列原子力(AFM) 磁力 分子力显微镜 等等15 1994年中国科学院科学家“写”出平均每个字的面积仅百万分之一平方厘米 10-10 m2“原子和分子

10、的观察与操纵” - 白春礼 插页彩图13操纵原子不是梦“原子书法”16 一氧化碳“分子人”“原子和分子的观察与操纵” - 白春礼 P.151 图7-8扫描隧道绘画17四、物理学的重要发展阶段四、物理学的重要发展阶段 18 迄今为止，物理学已实现了五次大统一。 牛顿的力学定律和万有引力定律是物理学上的第一次大统一。牛顿发现天体运动和地面落体运动遵循相同的规律。 19世纪中叶，能量守恒定律的发现，实现了物理学第二次大统一。它揭示了热、机械、电、化学等各种运动形式之间的统一性。 19世纪末，法拉第和麦克斯韦建立了统一的电磁场理论，预见了电磁波，揭示光、电、磁现象本质上的统一性。19 20世纪初，爱因

11、斯坦把牛顿力学和电磁理论统一起来，创建了相对论。它把牛顿力学作为一种特殊的情况（低速情况）概括在内，使力学、电磁学在新的时空观基础上达到了协调统一。 20世纪30年代，法国的德布罗意、德国的海森堡和奥地利的薛定谔创建了物质波理论，把波动性与粒子性统一起来，建立了量子力学体系，成功地揭示了微观物质世界的基本规律。20五、物理学基本理论分支五、物理学基本理论分支（要学习的内容）（要学习的内容） 不同的运动形式具有不同的运动规律，因而要用不同的研究方法处理，因此，有发展起来了诸多的物理学分支，其中最为重大的基本理论分支基本理论分支有：有： 牛顿力学牛顿力学或经典力学（Mechanics）：研究物体的

12、机械运动（质点，宏观，简单有形系统）； 热力学热力学（Thermodynamics）：研究温度、热、能量守恒以及熵原理等等； 电磁学电磁学（Electromagnetism）：研究电、磁以及电磁辐射等等； 相对论相对论（Relativity）：研究高速运动、时间和空间、物理规律不变性等等； 量子力学量子力学（Quantum mechanics）：研究微观世界。按照物理学的历史发展历史发展又可以分为经典物理学经典物理学与近代物理学近代物理学（泛指以相对论和量子力学为基础的物理学）。21六、自然界物质的物理图像六、自然界物质的物理图像 1、按照物体的线度划分：宏观(10-7m)，微观(10-7m)

13、，介观(10-7m)，宇观(1026m) 2、按聚集状态分：（1）固态 （2）液态 （3）气态 （4）等离子态 （5）中子态 （6）反物质 （7）真空态 3、物质按其存在形式 ：实物与场 物质特性：与其它物质有相互作用力；具有对其它物质做功的本领具有能量。2223七、自然界四种基本相互作用力七、自然界四种基本相互作用力 在自然界中，从宇宙天体到基本粒子这样广泛的运动，均起因于四种基本相互作用力： 引力相互作用（引力子，？）引力相互作用（引力子，？） 弱相互作用（弱力，弱相互作用（弱力，W W、Z Z粒子）粒子） 电磁相互作用（电磁力，光子）电磁相互作用（电磁力，光子） 强相互作用（强力，强相互

14、作用（强力， 粒子）粒子）24八、物理学国际基本单位八、物理学国际基本单位 1、七个基本单位（基本量）长度米，m质量千克，kg时间秒，s电流安培，A热力学温度开尔文，K物质的量摩尔，mol发光强度坎德拉，cd2、两个辅助单位平面角弧度，rad立体角球面度，sr其他物理量都可由以上基本量导出。25九、基本单位标准九、基本单位标准米米: : 光在真空中（1/299 792 458）s时间间隔内所经过路径的长度。千克：千克：国际千克原器的质量。秒：秒：铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9 192 631 770个周期所持续的时间。安培：安培：在真空中，截面积可忽略的两根相距1

15、m的无限长平行圆直导线内通以等量恒定电流时，若导线间相互作用力在每米长度上为210-7 N，则每根导线中的电流为1 A。开尔文：开尔文：水三相点热力学温度的1/273.16。摩尔：摩尔：是一系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元（原子、分子、离子、电子及其他粒子，或这些粒子的特定组合）数与0.012 kg碳-12的原子数目相等。坎德拉坎德拉：是一光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为5401012 Hz的单色辐射，且在此方向上的辐射强度为（1/683）W/sr。26十、怎样学好大学物理十、怎样学好大学物理勤于思考，悟物穷理。整个大学学习的目的就是要学会思考！1.首先要有一个正确的态度树

16、立科学的观念与精神2.学习目的要转变掌握零散的科学知识掌握系统理论，思想方法培养创新能力应试学习知识的积累，能力的训练，素质的培养的学习被动学习主动学习273.学习方法要转变单独学习相互讨论、交流为了作题而学习为了学习而作题先看书后独立完成作业课堂完成课堂的听讲+课后的阅读盲从的学习 要有批判的精神带着问题听课读书284.几点具体的建议有疑问要交流和答疑不要简单的问：题怎么做。课后阅读以课堂笔记的框架阅读。及时独立完成作业不能照例题做作业， 推理过程要表达清楚规范。坚持上课必须学会记笔记 (问题的提出, 解决的方法, 重要的结论)。29十一、对学生能力培养的要求十一、对学生能力培养的要求 在大

17、学物理课的各个教学环节中，不仅要重视知识的传授，同时着重培养科学研究的基本能力和素质，使学生初步学习科学的思想方法和研究问题的方法，通过本课程的教学，应使学生初步具备以下能力：1能够独立地阅读相当于大学物理水平的教材，参考书和文献资料，并能理解其主要内容和写出条理较清晰的笔记、小结或读书心得。302了解各种理想物理模型并能够根据物理概念、问题的性质和需要，抓住主要的因素，略去次要要素，对所研究的对象进行合理的简化。 3掌握物理学中各种理论体系的基本内容和知识；并学会运用物理学的理论、观点和方法分析、研究、计算或估算一般难度的物理应用问题；并能根据单位、数量级与已知典型结果的比较，判断结果的合理性。31十二、作业规范与考试资格十二、作业规范与考试资格 （1）学生在完成作业时，应书写认真、表达规范、论证严谨，并完整地完成全部作业。如有未答题目则视为作业缺交。作业书写潦草、随意涂划、符号文字表达混乱者应发回重做。 （2）学生应独立完成作业，严禁相互照抄或抄袭习题解答。发现有抄袭现象2次者，取消课程考试资格。 （3）作业下发后学