大学物理-绪论

大学物理学绪论一二三物理学的研究对象和研究方法物理学与生产技术为什么要学好物理学？四如何学好大学物理？物理学是研究物质、能量和它们相互作用的学科。一、物理学的研究对象和研究方法空间尺度1026m

(约137亿光年)(宇宙)－10-18m

(电子、夸克)研究的对象十分广泛宇观、宏观、介观、微观

时间尺度1018s(137亿年)(宇宙年龄)-10-27s(硬

射线周期)

速率范围0(静止)-3

108m/s(光速)

人们从自己向小尺度追问,以探索物质的组成现实世界是如何构成的呢？什么是物质的最小组元呢？物质是如何形成的呢？基本的作用力是什么呢？目前物理学界公认组成物质的最小单元是夸克,即认为quark没有内部结构。一、物理学的研究对象和研究方法一、物理学的研究对象和研究方法粒子物理学揭示物质的组成和相互作用一、物理学的研究对象和研究方法物质之间的基本相互作用:

电磁相互作用强相互作用弱相互作用引力相互作用一、物理学的研究对象和研究方法

引力相互作用(长程力）核子是如何束缚在一起的？为什么不分离？

强相互作用(短程力）

弱相互作用(短程力）核衰变原子弹核电站

电磁相互作用（长程力）原子和物质（包括我们人类）

人们从自己向大尺度追问以探索宇宙的奥秘大爆炸模型－宇宙学标准模型星系红移—距离关系宇宙微波背景辐射轻元素的丰度星系演变宇宙是怎样形成的呢？宇宙是怎样运动的呢？宇宙有多大呢？有没有边？一、物理学的研究对象和研究方法，大爆炸：宇宙由极端高温高密态的奇点膨胀。引力析出：所有基本粒子及其反粒子处于热平衡。一、物理学的研究对象和研究方法，暴涨：宇宙的膨胀率指数增加，在约10－32s时暴涨停止，在这阶段宇宙的尺寸增加了1050

倍。强作用析出：夸克-胶子等离子体状态。一、物理学的研究对象和研究方法，电弱对称破缺：随温度下降，弱作用与电磁作用分离。一、物理学的研究对象和研究方法，中子和质子形成：宇宙的尺寸已接近太阳系的大小。一、物理学的研究对象和研究方法min，原子核形成。主要是质子（75％）和氦核。一、物理学的研究对象和研究方法

，原子生成：辐射的能量不足以离解原子。宇宙变得透明。一、物理学的研究对象和研究方法，星系形成。局部质量密度的涨落成为形成星系的种子，热核反应形成重核。一、物理学的研究对象和研究方法，现今的宇宙。化学反应形成分子。一、物理学的研究对象和研究方法

宇宙学和粒子物理学紧密衔接，已成为密不可分的姊妹学科。一、物理学的研究对象和研究方法不同尺度和速度范围的对象所对应的物理学理论一、物理学的研究对象和研究方法经典物理：宏观的力、热、电磁、流体、等离子体等地球物理天体物理原子分子物理凝聚态物理生物物理宇宙学核物理粒子物理一、物理学的研究对象和研究方法1687年，牛顿《自然哲学的数学原理》发表，标志经典物理学的诞生。经典物理学一诞生便推动了其后的第一次工业革命，带给人类第一次物质文明的飞跃。物理学最重大的基本理论19世纪末到20世纪末，以量子力学和相对论（以及电磁理论）为支柱的近代物理学推动了第二次科学和技术的大发展。为人类带来第二次物质文明的大飞跃——20世纪物质文明的大飞跃。一、物理学的研究对象和研究方法经典物理学牛顿力学（经典力学）热力学（热力学与统计物理）电磁学（电动力学）相对论（狭义相对论和广义相对论）量子论（量子力学、量子场论）近代物理学一、物理学的研究对象和研究方法一、物理学的研究对象和研究方法经典物理经典物理一、物理学的研究对象和研究方法近代物理一、物理学的研究对象和研究方法应用修改理论实验检验理论预言物理学是一门理论和实验高度结合的精确科学，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：推测答案观测、实验提出命题一、物理学的研究对象和研究方法实验实验是理论的基础，理论正确与否最终要接受实验的检验，如：光电效应实验

光子的概念和理论—密立根实验、康普顿散射实验使光子的概念和理论得到确认。

—

疑难→弱作用宇称不守恒的理论—吴健雄等人的实验证实了这一理论。光的粒子性实物粒子波动性—电子衍射实验验证了微观粒子的波动性。一、物理学的研究对象和研究方法

历史上提出过很多理论，只要和正确的实验结果不一致就不能成立。如：迈克尔逊—莫雷实验的“零结果”否定了以太的存在。“一个矛盾的实验结果就足以推翻一种理论。”

——爱因斯坦“凡不能由实验证实的概念和陈述都不应在物理学中占有任何地位。”

——马赫一、物理学的研究对象和研究方法理论（1）理论是实验规律的总结、提高和发展，能更深入反映事物的本质，往往具有普遍性。光电效应实验规律(现象)

光量子理论(本质)里德伯光谱公式

玻尔理论(原子能量量子化)（2）在理论建立或发展的一定阶段，它本身的内部矛盾和逻辑发展也会导致新理论的建立。一、物理学的研究对象和研究方法狭义相对论（物理规律对一切惯性系具有不变性）

对非惯性系是否具有不变性?

广义相对论的建立。光的波粒二象性电弱统一理论是否一切微观粒子都有波粒二象性?物质波假说物质波是否可用波动理论来描述?

薛定谔方程的建立。

四种相互作用是否都能统一?

大统一理论、超弦理论的研究。一、物理学的研究对象和研究方法（3）理论对实验研究有重要的指导作用使用大型精密的仪器设计制造专用的装置耗费大量的人力物力

戴维孙—革末实验

知道物质波理论后才自觉地进行

现代的实验：

“没有实验家，理论家就会迷失方向；没有理论家，实验家就会迟疑不决。”

——李政道一、物理学的研究对象和研究方法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，比如：定性和半定量分析量纲分析能量分析

……一、物理学的研究对象和研究方法一二三物理学的研究对象和研究方法物理学与生产技术为什么要学好物理学？四如何学好大学物理？大学物理学绪论

第三届世界物理学大会决议指出：

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。二、物理学与生产技术

1.物理学的三次大突破导致了生产力的大飞跃（l）热学、热力学的研究（19世纪下半叶）

蒸汽机的发明和广泛应用—第一次工业革命（工业机械化）（2）电磁感应的研究，电磁理论的建立（19世纪中叶）

发电机、电动机的发明，无线电通讯的发展—第二次工业革命（工业电气化）（3）相对论、量子力学的建立（1900

1930）

核能利用，微电子技术和大规模集成电路—第三次技术革命（信息化）二、物理学与生产技术核技术的物理基础1896年

Becquerel发现铀的天然放射性1905年

Einstein创立狭义相对论，得1911年

Rutherford提出原子有核模型1925年

量子力学建立1932年

建立原子核的质子——中子模型1933年

发现人工放射性1945年

实现核裂变——原子弹1952年

实现核聚变——氢弹1954年

建立第一座核电站(安全、清洁、经济的能源)二、物理学与生产技术微电子和信息技术的物理基础1926年

Fermi-Dirac统计、泡利不相容原理1929年

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；

Fermi面概念的提出1947年

肖克莱、巴丁、布拉顿发明晶体管

（获1956年诺贝尔物理奖）1962年

制成集成电路（IC）70年代末

大规模和超大规模集成电路（VLIC）二、物理学与生产技术1925年

量子力学建立

2.生产的需要是推动物理学发展的根本动力（1）生产的需要推动了物理学的研究要提高蒸汽机的效率

研究热学、卡诺循环，发展了热力学。

德国要发展炼钢业

研究热辐射的规律，导致量子论的建立。

利用核能和开发聚变能促进了核物理、等离子体物理、辐射物理

等的研究。二、物理学与生产技术

大规模集成电路促进了材料科学、表面物理、人工微结构物理等的研究。

（2）生产为物理学的发展创造了物质技术条件

在近代，由于认识到科学对生产发展的重要作用，从总体来看，物理学的研究是超前于技术和生产的，但其发展离不开当时的生产技术水平。二、物理学与生产技术一二三物理学的研究对象和研究方法物理学与生产技术为什么要学好物理学？四如何学好大学物理？大学物理学绪论打好学习其它学科的基础三、为什么要学好物理学？提高科学素质和能力,以适应高新技术和市场经济的发展(转产,转行)★学习物理对提高科学素质有重要作用：（1）培养辩证唯物主义的世界观（2）学会掌握科学的方法（3）培养科学思维能力、发展智力（4）培养探索与创新精神★现代工程技术人员必须具备良好的科学素质。三、为什么要学好物理学？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；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。工程技术人员良好的物理素质表现为：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；要重视提高科学素质，不要把物理课当专业课来对待！（分析问题）（不断创新）（解决问题）三、为什么要学好物理学？一二三物理学的研究对象和研究方法物理学与生产技术为什么要学好物理学？四如何学好大学物理？大学物理学绪论1、掌握正确的学习方法重视预习和复习，主动培养自主互动学习能力；适应“粗线条”的讲课方式。2、养成严谨求实学风，高质量及时完成作业摈弃“题海战术”，重视素质和能力的培养，特别是创新意识的培养。

要勤奋地去做练习，只有这样，你才会发现，哪些你理解了，哪些你还没有理解。——索末菲至海森堡的信四、如何学好大学物理？

要勤于思考，悟物穷理，对基本物理概念要清晰，不断建立自己的物理图象，物理思想和处理问题的方法。爱因斯坦在《物理学的进化》中指出：“物理书都充满了复杂的数学公式。可是思想及理念，而非公式，才是每一物理理论的开端。”四、如何学好大学物理？前期课程：高等数学（矢量、微积分、微分方程等）教材：大学物理学，李承祖等，科学出版社

PhysicsforScientistsand