物理学和力学力学

物理学和力学力学1第1页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学§1.1发展着的物理学物理（physics）源于希腊文「自然」称为自然哲学

。

公元前420年：德莫克利特(Democritus)提出「原子论」，一切物质均由无限多个不可分割、看不见的原子所组成(只分水、火、土、气四种)。

公元前300年：浮力、杠杆、轮轴、天文学。（代表人物：阿基米德）

罗马灭亡后：人类在物理学，乃至整个科学进入一个停滞期，基督教的神学主宰一切，科学黑暗期。

2第2页，共41页，2023年，2月20日，星期六文艺复兴时：科学才从神学禁锢中解放出来。

1543年：哥白尼（波兰人，1473年－1543年）对神学提出质疑，发表《天体运行论》，说明天体运行是以太阳为中心。

1609年－1618年：开普勒归纳出行星运动三定律。

1632年：伽利略发表《两学派的对话》，推翻地球中心说。

十九世纪：经典物理学发展已很完整。3第3页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学经典物理学力学：1687年－牛顿集力学理论之大成。热学：早期：钻木取火。

秦李冰父子利用岩石加热再骤冷会裂开的技术开凿都江堰。十七世纪：伽利略制造气体温度计。1662年：玻意耳发现定温时，定量气体的压力与体积成反比。焦耳——开尔文——玻尔兹曼——吉布斯4第4页，共41页，2023年，2月20日，星期六光学：公元前约一世纪－光反射。

17世纪－光折射。1611年－开普勒发现全反射。1615年－斯奈尔（荷兰人）发现折射定律。1675年－牛顿做光的色散实验。1678年－惠更斯（荷兰人）首创波动学说。1801年－杨格（英国人）发现光的干涉。1889年－赫兹（德国人）发射电磁波。几何光学——波动光学——物理光学、应用光学、量子光学——》现代物理学5第5页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学「电」源自希腊文「琥珀」（elektron）。17世纪：吉尔伯特（英国人）发现地磁。18世纪：静电、静磁、库仑定律。1800年：伏打电池。1820年：奥斯特发现电流产生磁。

安培发现电流和磁场关系。1826年：欧姆发现欧姆定律。1830年：亨利(美国人)发现变动的电流和感应电压之关系。1831年：法拉第(英国人)发现电磁感应定律。1864年：麦克斯韦提出麦克斯韦方程式(Maxwellquation)。电磁学：6第6页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学近代物理学(两大基石:量子力学及相对论)「二十世纪」以后发展的物理称为近代物理。1900年普朗克(德国人)提出量子论，经20多年发展成量子力学。1905年爱因斯坦提出狭义相对论。近代物理以研究对象作为分类依据

基本粒子物理(elementaryparticlephysics)

原子核物理(nuclearphysics)

原子分子物理(atomicandmolecularphysics)

凝聚态物理(condensedmatterphysics)

表面物理(surfacephysics)

等离子体物理(plasmaphysics)7第7页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学物理学的发展对人类生活的影响经典物理学的影响

力学：筷子、钉锤、板手、天平－利用杠杆、轮轴、滑轮、螺旋等简易机械。钟表－利用摆振荡的等时性。

飞机－利用流体力学。

光学：镜子、车灯－利用光反射。

放大镜、照相机－利用光折射。

望远镜、显微镜、投影机、摄影机、电影放映机－综合应用。

8第8页，共41页，2023年，2月20日，星期六

热学：用火烤熟食物、用火来驱逐野兽。

冰箱、冷暖气机、蒸汽机、内燃机－利用热能与功相互转换。

温度计－利用热胀冷缩。

电磁学：发电厂－利用电磁感应。

洗衣机、电扇－利用电能驱动马达。

电灯、电饭锅、电熨斗－利用电能转换成热能或光能。

收音机、电视、无线电话、微波炉－利用电磁波原理。9第9页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学镭射(LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadation，简称LASER激光)－利用原子能态跃迁

核能发电－利用原子核物理

晶体管－利用半导体物理

超导体－高温、低温超导对电脑、通信、航天科技、宇宙探索的影响深远。近代物理学的影响应用物理、理论物理、凝聚态、非线性物理等等10第10页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学§1.2物理学科的美学特点“三性”简洁性:1)物理模型:质点,刚体，间谐波等2)光电效应:截止频率,逸出功,饱和电流,截止电压,延迟时间,-----爱因斯坦公式:mv2/2=h-A11第11页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学1)数学的抽象:1+1=22)普朗克黑体公式的诞生3)开普勒总结天体运动的普遍规律4)爱因斯坦-----“统一场”理论普遍性：12第12页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学

所有力学规律的等价(伽利略)---所有物理规律的等价(爱氏)------非惯性系(引力场):所有物理规律的等价---------广义相对论电磁场-----------------------------------------------------微观:强弱相互作用----------------------------------------统一场论狭义相对论惯性系爱因斯坦对“普遍性”的追求:13第13页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学对称性：物理规律在某些变换下具有不变性。1)力学规律具有伽利略不变性；2)电磁理论及整个物理理论；3)爱氏的相对论；14第14页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学1)面对著名的迈克尔逊－莫雷实验结果：既然可以讨论究竟有没有绝对空间(以太)，那么也就可以讨论究竟有没有绝对时间；有没有绝对的空间对时间的变化率――绝对速度。2)既然对于两惯性系，所有力学规律都是等价的，那么对于两惯系是否所有物理规律也是等价的？3)对于两个惯性系，所有力学规律经伽利略变换是对称的，那末同样对于两惯性系，所有物理规律要经过什么样的变换才也是对称的呢？关于相对论，爱因斯坦是如何进行对称性思维的呢？15第15页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学“Ifsuchasymmetryisindeedfound,thequestioncouldstillberaisedwhethertherecouldnotexistcorrespondingelementaryparticlesexhibitingoppositesymmetry,suchthatinthebroadersensetherewillstillbeoverallright–leftsymmetry.”“如果发现了这种不对称，那么我们又要问，是否相应地还存在着另一种表象相反不对称的基本粒子行为，从而在更广泛的意义上，仍然保持着总的左右对称。”--------李政道，杨振宁16第16页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学“三感”稳定感(家园感):1）从笛卡儿的守恒观-----牛顿的守恒定律-----宇宙的有限-----电荷，质能的恒定-----。使人深感物质世界的实在、可知和稳定。2）当爱因斯坦用绝对光速取代牛顿的绝对时空时，人们最终还是接受了,因为人们觉得这只不过是以一个绝对的“最快”替代了原来心目中的绝对“最大”。而“皈(归)依”尚存，“绝对”依旧。17第17页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学延伸感:1）伽利略的斜面思想实验；2）牛顿的万有引力；3）任一热循环分解成无数个卡诺循环:熵4）无数子波合成-----惠更斯原理奇妙的光速18第18页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学节奏(层次)感:1）“死亡意味着什么?”爱因斯坦脱口而出：“意味着再也听不见莫扎特的音乐了”。2）<物理学>把握大自然的脉搏，振动与波是物质世界的基本存在方式。3）玻尔的氢原子镨线图(层次)，<红楼梦>的人物关系树图。4）电子在一维势井里运动，在几率大处有节奏地停顿。尤如跳三步舞。19第19页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学李萨如图形玻尔的氢原子谱线图20第20页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学§1.3时间和长度的计量§1.4单位制和量纲§1.5数量级的估计§1.6参考系·坐标系与时间坐标轴自学21第21页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学§1.7力学----学习物理学的开始什么是力学？物体的空间位形随时间的变化，包括静止、移动、转动、振动、变形、流动、波动、扩散等。力学—研究物质机械运动规律的科学。22第22页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学力学的研究方法工程问题力学模型数学模型分析计算符合实际

？结束是否力学知识工程经验力学知识力学知识数学工具23第23页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学力学模型质点

当所研究的物体运动范围远远超过其本身的几何尺寸时，物体的形状和大小对运动的影响很小，这时可以将其抽象为只有质量而无体积的质点。 质点系

包括质点、刚体、弹塑性体和流体等。刚体是质点间距离始终保持不变的质点系。刚体是抽象的力学模型。真实物体受力以后都会变形，当物体的变形和运动尺度相比小的多时，则可简化为刚体。24第24页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学研究飞机的运动轨迹时，飞机可视为质点25第25页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学研究卫星运动轨道时,卫星可视为质点；但研究卫星姿态控制时，则不能视为质点。26第26页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学力学学科学科分类一般力学重点研究一般质点系和刚体系固体力学

重点研究固体流体力学

重点研究流体(液体和气体)属于一般力学的有理论力学(狭义的)、分析力学、外弹道学、振动理论、刚体动力学、陀螺力学、运动稳定性等；属于固体力学的有材料力学、结构力学、弹性力学、塑性力学、断裂力学等；流体力学是由早期的水力学和水动力学这两个风格迥异的分支汇合而成，现在则有空气动力学、气体动力学、多相流体力学、渗流力学、非牛顿流体力学等分支。各分支学科间的交叉结果又产生粘弹性理论、流变学、气动弹性力学等。

学科的性质力学是一门基础学科力学又是一门技术学科

力学是横跨理工的桥梁！27第27页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学力学的应用航天工程（神州五号）28第28页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学力学的应用航天工程航天清华一号小卫星发现号航天飞机29第29页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学力学的应用航空工程30第30页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学力学的应用机械工程超导悬浮31第31页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学力学的应用土木工程上海南浦大桥32第32页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学力学的应用土木工程高层建筑与大型桥梁浦东开发区“双子星”(“911”事件中被毁)33第33页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学力学的应用水利工程美国胡佛大坝34第34页，共41页，2023年，2月20日，星期六力学力学的应用核反应堆工程35第35页，共41页，2023年，2月