为什么要学物理学剖析.ppt

1、1,大学物理(工科)上,主讲教师: 宋根宗 2013.032013.07,2,绪 论 为什么要学习物理学? 怎样学习大学物理?,3,为什么要学习物理学?,一、物理学与物质世界 二、物理学与自然科学 三、物理学与应用技术,4,什么是物理学？,物理学研究的内容,物理学是研究物质的基本结构、物质间的基本相互作用和物质运动所遵循的普遍规律的科学。 物理学是自然科学的一门重要基础学科； 物理学是人类物质文明发展的基础和动力； 物理学是一种哲学观和方法论。,物理学是研究物质最基本、最普遍的运动形式和规律以及物质的最基本结构的科学！,5,物理学研究的对象十分广泛 ：宇观 宏观 微观,1. 认识世界 认识宇宙

2、,空间尺度(相差10451046) 1026 m(约150亿光年)(宇宙)10-20 m(夸克),10-27s(硬 射线周期),速率范围：0(静止) 3108 m/s(光速),时间尺度(相差1045),1018s,150亿年(宇宙年龄),世界是物质的，物质是运动的，运动是永恒的。,一、物理学与物质世界,6,2. 当今物理学的两个前沿领域,人们从自己向小尺度追问以探索物质的组成。 目前物理学界公认组成物质的最小单元是夸克(quark), 即认为quark没有内部结构, 但近来有消息称：quark 也可一分为二。,粒子物理学(研究微观粒子的组成、结构、相互转换、相互作用和运动规律的理论高能物理学)

3、 建立标准模型认定基本粒子揭示物质的组成。 高能物理实验(实验手段) 北京正负电子对撞机， 合肥同步辐射加速器，兰州重离子加速器 欧洲大型强子对撞机,7,天体物理学(宇观理论) 标准宇宙模型 分析宇宙的起源 大爆炸宇宙学,从遥远的过去宇宙产生于大爆炸 绝热膨胀至今 我们生活在这样的世界中,人们从自己向大尺度追问 以探索宇宙的奥秘,人类宇宙观的发展：,亚里斯多德 “地心说”,哥白尼 “日心说”,开普勒 “行星运动 三定律”,“永恒的宇宙” 是演化的是有起源的,爱因斯坦广义相对论 哈勃红移,8,现代宇宙学： 宇宙由1250亿个星系组成，每个星系由数千亿个恒星组成，浩瀚的宇宙起源于大约150亿年前的

4、一次大爆炸，从那时起至今整个宇宙处于不断的膨胀之中，今后宇宙是永远膨胀下去，还是膨胀到一定时候再收缩？或者是其他的命运？还有待于继续研究。,9,辩证唯物论的基本观点： 世界是物质的，物质是运动的，运动是永恒的。,3. 建立正确的宇宙观和时空观,时间和空间是相对的、相互关联的，“同时”是相对的，而且时间和空间与物质的存在有关，离开物质谈时间是没有意义的。,牛顿绝对时空观：,时间和空间是绝对的、均匀的、相互独立的。,爱因斯坦相对论时空观：,10,二、物理学与自然科学,建楼房为什么要打地基？ 如果地基打得不好, 就会发生,物理学是理工科各专业的重要基础课,1. 物理学是自然科学的基础,现在许多大学的

5、人文、社科、经济、管理等专业也开设物理学课程,11,物理学,力学 热学 电磁学 光学 原子物理学 ,核物理 固体物理 统计物理 电动力学 理论物理,相对论 量子场论 粒子物理 天体物理 量子力学,流体力学 弹性力学 无线电电子学 金属物理学 半导体物理 电介质物理学 超导物理学 等离子体物理 天文学 物理化学 生物物理 固体发光 液晶及激光 ,电子技术 电工与电子学 传感器与测量技术 真空技术 金属材料及热处理 材料力学性能 电子电路 电磁场与微波技术 微机原理 电子与现代通信系统 ,12,推动了电子学信息技术的发展第三次产业革命使人类进入了“信息化时代”,2. 物理学是当代工程技术的基础,物

6、理学的三次大的突破，导致了三次大的工业革命：,18世纪 热力学与统计物理学的发展,推动了第一次产业革命,使人类进入了“蒸汽机时代”,19世纪末 20世纪初 电磁学的发展,推动了第二次产业革命使人类进入了 “电气化时代”,20世纪初现在 相对论与 量子物理学,13,物理学的新突破,重大新技术领域出现,卢瑟福 粒子 散射实验(1909),核能利用(40年代以后),爱因斯坦 受激辐射理论(1917),第一台激光器(1960),信息技术的产生 和发展的硬件部分,以物理学成果为基础,量子力学 费米狄拉克统计 固体能带理论(20年代) 微结构物理(物理),晶体管诞生(1947) 集成电路(1962) 大规

7、模集成电路 (70年代后期),14,3. 物理学发展史简介,物理学发展可分为三个时期： 公元前2000年公元1600年：古代物理学发展时期 物理学萌芽期 1600年1900年：经典物理学建立和完成时期 1900年1930年：现代物理学发展时期 1930年现在：粒子物理、天体物理、生物物理等,15,三、物理学与应用技术,1. 迅速发展的汽车工业,汽车的驱动力、阻力矩问题 平稳性与汽车的减震问题 汽车的制动器与离合器问题,汽车的发动机工作效率问题,力学,热学,热力学第二定律、卡诺定理、循环效率,16,2. 家用电器,电冰箱制冷机 空调机,热力学第二定律，卡诺定理，制冷系数,微波炉,电磁场 位移电流

8、 电介质极化 麦克斯韦方程组,改变电偶极矩，使电介质反复极化，使分子热运动加剧，有热效应，但与焦耳热完全不同微波炉,17,3. 信息存储技术,光盘激光信息处理：极高的信息存储密度、 读取信息时间短、使用寿命长,磁盘（软盘、硬盘、U盘）电磁记录,4. 激光技术的应用,爱因斯坦 受激辐射理论(1917),第一台激光器(1960),激光技术的应用：光通信、光计算、激光加工(焊接、切割)、激光印刷(激光打印机、激光照排机、激光复印机、激光制版机)、激光生物应用、激光医学应用(激光刀、激光治疗)、激光测距、激光测速、激光导向、激光雷达、激光制导、激光武器,18,5. 国防航天领域,运载火箭和航天飞机：,

9、同步轨道卫星： 保持在地球某一经度的地面上空、运行周期与地球自转周期相同。通信卫星、气象卫星。 根据开普勒第三定律可以计算出卫星的高度，再由克服地球引力所做的功和机械能守恒定律可计算出发射速度。,火箭推进原理，动量定理、动量守恒定律,导弹的制导：,有线指令制导、电视制导、微波雷达制导、激光制导、红外制导、毫米波制导。,19,6. 医疗器械与医学诊断技术,目前在医学上主要用于观察：肝脏、胆囊、肝外胆管、肾脏、肾上腺、胰腺、脾脏、前列腺、卵巢等。 真实、直观、快捷、方便、容易、无痛苦。,B超B型超声波诊断仪 声波、超声波、反射、折射、透射、吸收、衰减、多谱勒效应、探测、显示、成像、记录；除物理学外

10、还涉及电子学、人体组织学等。,三维图像（立体）,从 静 态,黑 白,动态（快速成像）,彩色（彩超）,二维图像,20,目前在医学上主要用于观察：大脑中病变、中枢神经系统疾病五宫疾病的检查与诊断等。 对颅内肿瘤、脓肿、外伤血肿、脑损伤、脑梗塞、脑出血及椎管内肿瘤、椎间盘脱出等病诊断效果很好。,X射线与CT扫描 X射线、强度衰减、穿透特性、电离效应、光化学效应、荧光效应、CT(计算机断层成像技术) 电子束、扫描、接收、造影、成像等。,21,目前在医学上主要用于：神经系统疾病，如肿瘤、脑梗塞、血管病变、脑外伤、先天畸形等。,核磁共振成像装置 核磁共振是一门利用原子核在磁场中的能量变化来获得关于核的信息

11、的技术。已经广泛应用于物理、化学、生物、医学、地质等各个领域。在医学上的核磁共振成像已成为最有效诊断技术。,晶体的基本结构、半导体材料、超导材料、纳米材料、液晶材料、生物材料,8. 新材料的研究,原子能发电、太阳能发电、磁流体发电、化学能发电、能源的再生与保存等,7. 能源开发与利用,22,大学物理课的任务,把大学生领进物理学的各个领域的大门 打开大门 并送一枚指南针 使之能在物理学展示的五彩缤纷的世界中 汲取营养 茁壮成长,23,怎样学习大学物理?,一、大学教育与中学教育 二、大学物理与中学物理 三、学习物理的正确方法与错误方法,24,一、大学教育与中学教育,中学教育的目的,为大学输送更多的

12、人,升学率 重点率 高考成绩,大学教育的目的,为社会输送合格的人才,积累知识 提高能力 培养素质,应试教育，忽视能力的培养,理解能力、分析问题解决问题能力、自我管理与约束能力,大学阶段最重要的是能力的培养：自学能力、理解能力、适应能力、创新能力、表达能力、自我约束力,25,在大学物理中，经常需要解决一些实际问题，或接近于实际的问题，这就要还其本来面目： 物理量多是变化的、非均匀的、有方向的。 需要用微积分的思想和矢量的概念去分析和解决具体问题。,二、大学物理与中学物理的重要区别,实际物理问题往往是很复杂的，在中学物理中，常将问题简化成：物理量是不随时间变化的(常量)、也不随空间变化(均匀的)量

13、, 并不考虑其方向(标量)性。,大学物理需要对具体问题的物理概念和物理思想有更深刻的理解，而不是简单的套用物理公式算题。,26,三、学习物理的正确方法,1. 认真看书两遍以上，听课与看书的时间应为 1 : 2。 2. 把基本概念、基本规律和原理理解深、理解透。正确理解其物理本质，并要注意其适用条件。 3. 在上述基础上，通过适当作题，加深理解，消化所学内容。每作一题，要有一题的收获。 4. 要有意识地用矢量和微积分的思想和方法去分析问题和解决问题。 5. 把教材内容的记忆减少到最低限度，用思考而不是用记忆来学习物理学“理解万岁”。学会做单元总结。 6. 独立思考，多问为什么，相互交流，经常讨论。,27,再看书上是怎么作的，对比一下，从中受到哪些启发； 对于自己没能作出或没作对的题，要找一下原因; 必要时，回过来再看一看书，加深理解。,如何看书上的例题:,不要一下从头看到尾，正确的方法是：,先认真审题，弄懂题意, 根据所学知识想一想，拟出解题思路； 自己动手作一作，最好完整作一遍；,28,在初中、高中接受的是一种应试教育，熟记教材中的一些片断、定义、推导、习题等，并不是理解基本的概念和原理。在大学里仍延用这些错误的方法来学大学物理。,1、上课从来不记笔记； 2、课后不系统看书； 3、每单元学完之后不