大学物理电子教案

物理系：史彭,绪论,物理学,史彭,pshi56,QQ:52528242,物理作业要求,:,1.,各班统一卖有,建大抬头,的暗格纸；,2.,每班发一份作业，大家抄题，做作业；,3.,每次作业前面写,班级、学号、姓名,，订好；,4.,交作业时，学委按学号排号交；,5.,发现抄别人的作业，按,0,记！重做！,6.,不抄题的作业按,0,记！重做！,7.,不按时交作业按,0,记！,上大学的目的,获取知识,提高能力,没有足够的知识就无法认识世界；无法完成工作岗位的要求！,没有足够的能力就无法改造世界；不能重新！无法完成高级岗位的要求！,获取知识,基础知识,专业知识,包括：数学、物理、计算机、外语等。,基础知识是专业知识的基础，也是工作的基础！,包括：各种专业基础、专业课程等。,专业知识是完成专业任务必备条件！,基础做厚、做牢才可能盖高楼！,提高能力,获取知识的能力,创新能力,只有具备很强的“获取知识的能力”才可能不断的获取成果！,（,1,）判别所需知识,（,2,）查找书籍和文献,（,3,）自学,不能创新的人是没有前途的！,创新思维,一切不完美，都有可能改进,单摆：小球质量不变,变化是沙漏摆,摆线长度不变,变化是弹性摆,摆线很长,为,0,为扭摆（物理摆）,。,反常思维,2004,年诺贝尔物理奖,强相互作用的,“,渐进自由,”,类比思维,变化磁场产生,电场，那么变化电场,？,创新能力,为什么要学习物理学？,物理学是一切自然学科的基础，要成为专家必须学好物理学！,物理学中的思维、研究、内容最丰富、最有效,物理学对各种工科专业有直接和间接的支撑,1.,青年人具有较强创造性,爱因斯坦、德波罗意、,2004,年诺贝尔物理奖中一位都是在,25-26,岁突破的。,2.,人类科技与自然威胁赛跑！,直径,1,公里以上的小行星撞击地球，地球生物就会“清零”,小行星撞击地球是可能的吗？,为什么要抓紧学习物理学？,1937,年,10,月,30,日直径,1500m,的赫米斯从地球和月球之间飞过,!,1994,年,10,月另一颗小行星掠过地球,2002,年编号,2002MN,小行星掠过地球,要避免小行星撞击地球，必须,近早发现（光学测量技术）,准确测定（时间、长度、质量）,确定运动规律（物理规律、计算物理）,改变其运动规律（核物理等）,总之，要避免小行星撞击地球，必须尽快学好物理学！,一,.,物理学的内涵,物理学,(Physics),物 质 结 构,物质相互作用,物质运动规律,物 质 结 构,自然界万物由物质构成。物质大致可分为：,（,1,）固态物质,（,2,）液态物质,（,3,）气态物质,（,4,）液晶态物质、,。,（,5,）还有一种特殊形式的物质,场，电场、磁场、电磁场、引力场,。,物理学研究自然界中各类物质的结构及各类物质具有的各种性质。,认识各类物质结构，可以掌握物质的共性！,物质相互作用,自然界万物都不是独立的，各个物质之间每时每刻都在相互作用。在物质内部，组成物质的分子、原子每时每刻也在相互作用着。,由于物质不同，其相互作用方式也不同，如,（,1,）固体物体之间的摩擦作用；,（,2,）液体物质之间的粘滞作用；,（,3,）气体物质之间的扩散作用；,（,4,）电场对电场中电荷的作用，,。,物理学研究自然界中各类物质的各类相互作用所遵循的方式和规律。,物质运动规律,自然界万物都在永不停息地运动着。,由于物质不同，运动方式不同，各类物质运动所遵循的运动规律也不同。如：,（,1,）刚体转动规律；,（,2,）热量传递规律；,（,3,）光干涉、衍射规律等。,物理学研究自然界中各类物质的各种运动的运动方式和运动规律。,物理学,是研究物质世界中最基本形态的科学,物理学是一门,定量,的科学，需要用一组“物理量”定量地描述物质的性质、物体的运动规律。,以下通过几个常用物理量的分析，让同学们了解物理学的博大。,长度,长度是物理学最常用的物理量之一。国际单位制（,SI,）中长度的单位为：米（,m,），这是由于我们周围常见物体的尺寸大致在米的数量级。,物理学中的物理量,我们已熟悉了常规尺寸物体的测量，从我们常见物体向下看,纳米材料颗粒的尺寸为,小于,100nm,（,10,-7,m,）。可以用电子显微镜进行观察测量；,分子、原子的尺寸为,10,-7,10,-10,m,。可以用,X,射线衍射进行测量，也可以用电子探针隧道显微镜进行观察测量；,原子核、层子、电子的尺寸为,10,-15,m,。可以用多种具有量子效应的仪器间接进行测量。,从我们常见物体向上看,地球的尺寸为,10,6,10,7,m,。可以卫星直接进行观测；,太阳系的尺寸为,10,13,m,。可以用天文望远镜直接进行测量；,超星系团的尺寸为,10,24,m,（,100,亿光年）。目前，人类可以观测到的最远距离为,10,26,m,，可用哈勃望远镜进行观测。,人类最短,最长能够观测的距离相差,10,41,倍！,E,-,15,E,-,12,E,-,09,E,-,06,E,-,03,1m,E+03,E+06,E+09,E+12,E+15,E+18,E+21,E+24,E+27,最小 的细胞,原子,原子核,基本粒子,DNA,长度,星系团,银河系,最近恒星的距离,太阳系,太阳,山,哈勃半径,超星系团,人,蛇吞尾图，形象地表示了物质空间尺寸的层次,时间,时间也是物理学最常用的物理量之一。国际单位制（,SI,）中时间的单位为：秒（,s,），这是由于我们人类的脉搏大致在秒的数量级。,我们已熟悉了常规时间间隔的测量，让我们向下看：,照相机快门的时间间隔为,10,-2,s,；,计算机时钟晶体振动的周期为,10,-9,s,（频率,1GHz,）；,飞秒激光器发出的脉冲激光时间间隔为,10,-15,s,；,基本粒子的平均寿命为,10,-25,s,。,再让我们向上看：,地球年龄为,10,25,s,（,46,亿年）；,质子,p,的平均寿命为,10,39,s,。,人类最短,最长能够准确测量的时间间隔相差,10,64,倍！,质量,质量也是物理学最常用的物理量之一。国际单位制（,SI,）中质量的单位为：千克（,kg,），这是由于我们人类周围常见物体的质量大致在千克的数量级。,我们已熟悉了常见物体的测量，让我们向下、向上看：,电子的质量为,10,-31,kg,；,人类正在测量中微子、引力子的质量！,地球的质量为,10,25,kg,；,已知宇宙的部分质量为,10,53,kg,。,人类最轻,最重能够准确测量的质量间隔相差,10,86,倍！,从以上分析可以看出物理学研究的范围非常博大！随着科学技术的不断发展，会使得我们看得更近、更远；时间测量的更短、更长；物体质量测量的更轻、更重。,人类迫切需要科技发展来保护人类,!,如小星球碰地球,.,物理学的分支,物,理,现,象,按空间尺度划分：,量子力学,经典物理学,宇宙物理学,按速率大小划分：,相对论物理学,非相对论物理学,按客体大小划分：,微观系统,宏观系统,按运动速度划分：,低速现象,高速现象,牛顿力学,(Mechanics),研究物体机械运动的基本规律及关于时空相对性的规律,电磁学,(Electromagnetism),研究电磁现象、物质的电磁运动规律及电磁辐射等规律,热力学,(Thermodynamics),研究物质热运动的统计规律及其宏观表现,相对论,(Relativity),研究物体的高速运动效应以及相关的动力学规律,量子力学,(Quantum mechanics),研究微观物质运动现象以及基本运动规律,物理学的五大基本理论,实验,物理,理论,物理,计算,物理,现代物理学,现代物理学的构成,以实验结果为依据，研究物理规律。,以理论分析为主，研究物理规律,以计算机为工具，运用数学手段，计算、得出物理结果。,物理学是一门最基本的科学,;,是最古老、但发展最快的科学,;,它提供最多、最基本的科学研究手段。,物理学的研究方法,提,出,命,题,推,测,答,案,理,论,预,言,实,验,验,证,修,改,理,论,现代物理学是一门理论和实验高度结合的精确科学,二,.,物理学的外延,1,物理学的发展与社会进步紧密相关,物理学的重大发展、突破为社会进步提供了可能，促使社会产生巨大飞跃。,1.1,冶炼技术的产生、发展引起了农业革命,解决了吃的问题，人类数量大量增加。,冶炼技术的核心是物理学金属、合金的热性质，如铜、青铜的熔点等。,1.2,牛顿力学、热力学的产生、发展引起了第一次工业革命,17-18,世纪，在牛顿力学、热力学的基础上发明了蒸汽机，为人类提供了巨大的动力，使工业从手工生产,大规模工业生产，解决了人类,“,穿,”,及日用必需品的产生问题。,1.3,电磁学的产生、发展引起了第二次工业革命,19,世纪法拉第、麦克斯韦建立了电磁理论，发明了发电机、电动机、电灯、电讯设备、,，建立起电能时代。极大地解放了产生力，大大丰富了人类的物质生活。,1.4,近代物理学的产生、发展引起了第三次工业革命,20,世纪爱因斯坦、普朗克等建立了相对论、量子理论，发明了核能、半导体、集成电路、激光、超导、,，建立起现代文明时代。,1.5,目前,目前人类社会的进一步发展要求物理学有重大突破。如智能计算机、光子计算机，研究复杂问题（如长期天气预报）都要求计算机计算速度更快、容量更大。,制作这样的计算机要求,IC,片中线宽更细，正在进入纳米范围，要求物理学解决其量子效应。光子计算机要求物理学解决光量子的问题，以实现光信号的储存、传输、,。,2,物理学与其它科学的关系,2.1,物理学是一切自然科学的基础,物理学构成了化学、生物学、材料科学、地球物理学等学科的基础。,物理学的基本概念、研究方法和技术被应用到所有自然科学之中。,2.2,物理学与其它自然科学结合，派生出来许多分支及交叉学科,粒,子,物,理,学,原,子,核,物,理,学,原,子,分,子,物,理,学,固,体,物,理,学,凝,聚,态,物,理,学,激,光,物,理,学,等,离,子,体,物,理,学,地,球,物,理,学,生,物,物,理,学,天,体,物,理,学,宇,宙,射,线,物,理,学,2.3,物理学与数学之间有着深刻的内在联系,（,1,）物理学需要数学的支持，没有数学强有力的支持，物理学不可能定量的描述物理规律，不可能发展，如物理学需要用到矢量、微积分、统计学等；,（,2,）物理学促使了数学的发展，如研究基本粒子时，需要,“,群论,”,，促使了数学,“,群论,”,的发展。,历史上许多物理学家也是大数学家，如牛顿等。,2.4,物理学与科学技术的关系,（,1,）物理学需要科学技术的支持，没有科学技术强有力的支持，物理学许多理论无法验证。如,1958,年物理学家提出,“,在弱相互作用下，宇称不守恒,”,的结论，吴健雄解决了许多技术问题，证明了该结论，才使得该结论得以承认，获得诺贝尔奖；,（,2,）物理学的结论促使了新技术的产生和发展。如约色夫建立了著名的,“,量子约色夫效应,”,，在该理论基础上，形成了量子测量技术，为电压测量提供了标准。,物理学和科学技术相互支持发展的两种模式：,技术,物理,技术,（,1,）第一种模式,如电气化的进程,（,2,）第二种模式,物理,技术,物理,如热机的发明和使用,目前，物理学被公认为科学技术发展中最重要的带头学科,核能的利用,激光器的产生,层析成像技术,(CT),超导电子技术,a,粒子散射实验,X,射线的发现,受激辐射理论,低温超导微观理论,总之，物理学支持者其它自然学科和科学技术，反映在两个方面：,（,1,）直接支持：物理学中的原理、公式是自然界遵守的普遍规律。其它自然学科和科学技术中的原理、公式仅是自然界在特定条件下的表征。学好物理学为学习其它自然学科奠定基础。,（,2,）间接支持：物理学研究问题的方法、手段、思维方式最科学、最丰富、最有效，掌握之后，可以应用到其它自然学科的学习研究中，可以有效提高自己的研究能力。,其它自然学科也为物理学提供了新的研究领域。,如基因研究要求更大放大倍数的显微镜；更高精度的温度控制和测量，为物理学提供了新的研究领域。,纳米材料的研究要求物理学解决量子效应、表面积比在物性中的作用等理论问题。,物理学和其它自然学科、科学技术相互支持、相互渗透！,超晶格材料,纳米材料,光子晶体,晶体管的发明,大规模集成电路,电子计算机,信息技术与工程,几乎所有的重大新,(,高,),技术领域的创立，事先都在物理学中经过长期的酝酿。,“没有昨日的基础科学就没有今日的技术革命”。,李政道,量子力学,能带理论,人工设计材料,三,.,如何学好物理学,著名物理学家费曼说：,科学是一种方法。它教导人们：一些事物是怎样被了解的，什么事情是已知的，现在了解到了什么程度，如何对待疑问和不确定性，证据服从什么法则；如何思考事物，做出判断，如何区别真伪和表面现象 。,著名物理学家爱因斯坦说：,发展独立思考和独立判断地一般能力，应当始终放在首位，而不应当把专业知识放在首位。如果一个人掌握了他的学科的基础理论，并且学会了独立思考和工作，他必定会找到自己的道路，而且比起那种主要以获得细节知识为其培训内容的人来，他一定会更好地适应进步和变化,。,3.1,为什么要学好物理学,几十亿人构成的社会就向“金字塔”，每一个人处于一定的位置，要想站的高，就必须打好基础。物理学是这个基础中的关键部分。,3.2,做好中学学习方法向大学学习方法的转变,（,1,）中学学习以教师讲为主，大学以,自学为主,。要求：,课前：预习，查阅必要的资料；,上课：认真听、记笔记；,课后：复习，使知识系统化，,独立完成作业,。,（,2,）学会读书，掌握自己获得知识的方法。,（,3,）掌握必要的数学知识，如,矢量、微积分,。,（,4,）中学所讲的物理知识大多是特例，大学所讲的大多,的普遍情况。,（,5,）学习中特别注意培养自己的能力，如获得知识的能,力、查询资料的能力等。,3.3,学习的观点：,从整体上逻辑地、协调地学习物理学，了解,物理学中各个分支之间的相互联系。,3.4,学习的关键：,3.5,学习的重点：,物理模型,数学表述,研究方法与适用条件,勤于思考,悟物穷理,四,.,教学安排,大学物理,吴百诗,主编,科学出版社,工程基础物理学,许启明 主编,武汉理工大学出版社,参考书：,大学物理教程,吴锡珑,主编,高等教育出版社,第二学期,近代物理学基础,第二学期考试,第二学期,电磁学,第一学期考试,第一学期,热学,第一学期,波动和波动光学,第一学期,力学,绪 论,内 容,教学计划,(,总学时,112),学业成绩考核,学业成绩的考核由考试成绩和平时成绩两部分组成：,考试：主要考察同学们对,物理知识掌握的程度,和利用物理知识,综合应用的能力,两部分组成。由计算机题库出题。 特别注意，仅仅学会书本上的知识，不一定能够取得好成绩，要会应用所学知识,解题,，要熟悉题库，为此我们将题库中典型题组成了,作业,。,平时成绩：由平时考察和作业情况两部分组成。,平时考察：主要考察旷课、迟到、早退等情况。,作业情况：主要考察是否独立做、做的质量、晚交作业、,不交作业等情况。,