大学基础物理学

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,大学基础物理学,绪 论,一,.,什么是物理学？,物理学,(Physics),物 质 结 构,物质相互作用,物质运动规律,Physics,物理学是研究自然界基本规律的科学。,1.,物理学研究的范围：,空间尺度,(,跨度,10,45,10,46,),10,26,m(,宇宙,),10,20,m(,夸克,),时间尺度,(,跨度,10,45,),10,18,s(,宇宙年龄,),10,-27,s(,硬,射线周期,),速率范围,0,(,静止,),3,10,8,m/s(,光速,),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,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,10,15,10,12,10,9,10,6,10,3,1m,10,3,10,6,10,9,10,12,10,15,10,18,10,21,10,24,10,27,蛇吞尾图，形象地表示了物质空间尺寸的层次,经典力学（,Classical 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,热力学 （,Thermodynamics,）,研究物质热运动的统计规律及其宏观表现,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,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,2.,物理学的分类,量子力学,（,Quantum Mechanics,）,研究微观物质运动现象以及基本运动规律,二、为什么要学习物理学,？,地,球,物,理,学,生,物,物,理,学,天,体,物,理,学,宇,宙,射,线,物,理,学,物理学交叉学科,数学、天文学、化学、生物学等等,1.,物理学是自然科学的带头学科,2.,物理学是现代技术革命的先导,雷震子肋长双翅翱翔长空,土行孙缩身入土日行千里,哼哈二将发射白光杀人制胜,千里眼顺风耳探事千里之外,封神演义,激光器的产生,层析成像技术,(CT),超导电子技术,X,射线的发现,受激辐射理论,低温超导微观理论,3.,物理学,是科学的世界观和方法论的基础,创造性思维方法：理想化方法,物理类比,物理假说,逻辑思维方法：分析,综合法,归纳,演绎法,三,.,怎样学习物理学,？,6.,认真完成作业。（规范、及时、独立完成）,5.,掌握预习、做笔记、查阅参考资料、复习总结等学习技巧。,4.,重视数学知识和技巧应用。（矢量与微积分）,3.,掌握教材结构，用类比等方法学习或记忆。,2.,学习物理学中研究和解决问题一套独特的方法。,1.,重视每个概念的引入、定义、方向、大小和单位；规律的文字表述、数学表达式、适用范围和条件。,内 容,学 时,第,5,章,流体力学（,5.1,5.3,）,4,第,6,章,多粒子体系统计理论初步,6,第,7,章,热物理学基础,8,第,8,章,输运过程与相变（,8.1,8.2,）,1,第,9,章,静电场,8,第,10,章,稳恒电场 电动势（,10.3,10.5,）,1,第,11,章,恒定磁场,4,第,12,章 交,变电磁场（,12.1,12.5,）,4,第,13,章,光,的,波动性（,13.1,13.8,）,8,第,15,章,量子力学初步（,15.1,）,2,四,.,教学计划,流体力学,实验：用漏斗吹小球,流体佯谬,流体力学,一,.,研究对象,流体静止和运动的力学规律，及其和相邻物体间的作用。,二,.,研究内容,流动性,可,压缩性,粘滞性,流体：具有流动性的连续介质，是液体与气体的总称。,一,.,基本概念,1.,理想流体的定常流动,与匀速流动（流体内空间各点流速相同）相区别。,流体流动不随时间变化。,2.,定常流动（稳定流动）,不可压缩,，,无粘滞性,，突出流动性特征。,理想模型,1.,理想流体,3.,流线,假想曲线,4.,流管：流线组成的管道。,定常流动的流线是否随时间变化？,流线能否相交？,流速大小,：流线疏密,流速方向,：流线切线,二,.,连续性原理,v,1,v,2,给出流体,截面积,与,速度,的关系,（对理想流体适用）,体积流量：,Q,V,=,Sv,常量,称为体积流量守恒方程。,质量流量：,Q,m,=,Sv,常量,称为质量流量守恒方程。,三,.,伯努利方程,讨论流体各处高度，,流速和压强的关系,v,2,p,1,p,1,v,1,1.,导出：由功能原理导出,a,a,b,b,2.,应用：,（,1,）空吸现象,P,P,0,（,2,）小孔流速 见,P165,例,5.1,：,B,A,（,3,）流速计,(,比多管）见,P166,例,5.3,：,h,h+d,B,A,取流线,AB,（,4,）流量计（汾丘里管）,2.,粘滞流体,一,.,流动形态,1.,雷诺实验,层流,湍流,2.,层流与湍流,实验表明层流与湍流决定于液体、管径、流速。,3.,雷诺数,Re,判断流动形态,密度,流速,管径,粘滞系数,层流：分层流动，流层不混合。,湍流：流速出现横向分量，流层相混。,临界雷诺数,Re,c,:,由层流向湍流过渡的雷诺数。,湍流的学说：,1.,湍流的运动是瞬息万变、捉摸不透的，其形成完全 是偶然的、随机的，湍流在每一点上的速度极不规则，极度混乱。要准确描述，就必须知道所有的初始条件，而这又是不现实的，也是不可能的，这完全类似于企图借助力学方程来研究宏观物体的所有分子的运动。因此，只能用统计的方法研究湍流在一段充分长时间内的运动（此时，初始条件将不起作用）。所以，湍流的理论应具有统计的性质。,2.,湍流的紊乱中必存在基本秩序，湍流在原理上是可以知道的。物理学家哈洛认为：湍流的基本,形式是小涡,流,，或是涡流，湍流中有千百个旋涡，任何一个单独的小旋涡均与其他的旋涡有关，湍流的这些特性可用非线性方程描述。,我国著名科学家周培源等人就是从湍流的旋涡结构入手，找到了组成最简单的湍流运动,均匀各向同性流,湍流圆涡流，并获得了与实践相符合的湍流衰变规律和湍流微尺度的扩散规律。,虽然人们早就注意到了湍流现象，并提出了各种观点和理论，有些还解决了局部的、简化的问题，但至今还无一个完满的、有说服力的湍流理论。湍流问题被认为是流体力学中最根本也是最困难的问题。,二,.,粘滞阻力 （仅讨论层流情况）,1.,速度分布与速度梯度,B,板匀速运动，液体的速度分布：,B,A,v,液体在管道中的速度分布,Z,表示各层流速的变化情况，一般为,Z,的函数。,2.,粘滞阻力（内摩擦力）,粘滞系数,流速梯度,接触面积,流速变化越快，粘滞系数越大，流层接触面积越大，则粘滞阻力越大，不易流动。,1.,粘滞系数与温度有关。,液体,分子引力 气体,分子碰撞,2.,与接触面积有关，区别于固体间摩擦力。,1.,泊肃叶公式,流量方程,条件：圆形管道，水平放置，稳定流动,管道两端压强差,管道半径,管道长度,粘滞系数,2.,平均流速,三,.,流动规律,四,.,斯托克斯阻力定律,讨论球状物体在粘滞液体中的运动情况。,小球所受粘滞阻力：,粘滞系数,小球半径,小球速度,受力分析,极限速率,直径为微米的红血球可直接在重力场中沉降，而直径小于微米的蛋白质、病毒分子则无法在重力场中沉降。,用,高速离心机,加速微粒的沉降速率，分离微粒。,自然之迷：,鄱阳湖的“魔鬼三角”,这是江西鄱阳湖的北湖区被称为“老爷庙”的水域。“魔鬼三角”水域发生的灾难是惊心动魄的。,1945,年,4,月,16,日，一艘日本运输巨轮“神户号”驶到老爷庙水域，突然无声无息的沉入水中，船上,200,多人无一生还。其后，日本海军曾派人潜入湖中侦察，下水的人除一人返回外，其他人均神秘失踪。返岸者脱下潜水服后，神情恐惧，接着就精神失常了。,抗战胜利后，美国的爱德华 波尔一行人来到鄱阳湖，经数月打捞仍一无所获，几名美国潜水队员也相继失踪。,40,年过去了，爱德华 波尔终于向世人首次披露了他在鄱阳湖底摄人魂魄的经过。他写到：“几天,内，我和三,个伙伴在几公里的水域搜寻神户号，没发现一点踪影，庞然大物究竟在哪里？正当我们沿着湖底继续向西北方向寻去时，忽然不远处闪出一道耀眼的白光，飞快的向我射来。顿时平静的湖底出现了剧烈的震动，耳边呼啸如雷的巨声隆隆滚来。白光在鄱阳湖底滚动，我的三个伙伴随着白光的吸引力翻滚而去，我挣扎出水面，我的同伴下落不明,这里为何多灾多难？前些年江西省政府组成,以气象工作者为主的考察队进行考察，经过近两年的设点观测，取得,20,多万个原始数据，进行分析后初步揭开了这个“魔鬼三角”之迷”。“老爷庙”水域位于鄱阳湖的咽喉要道，水域好似一个喇叭口，每当冷气南下，盛吹偏北风时，由于“狭管效应”，使湖面风速巨增，春夏季节，天气变化较剧烈复杂，湖岸地带每年,此外，这里水文情况复杂，许多江河支流的强大水流在这里交汇，有五大江河必经这里注入长江，由于这里是狭窄的咽喉要道，同样造成水流的“狭管效应”，使流速增大，水流紊乱并产生漩涡。,都会出现破坏力极强的龙卷风。如,1985,年,8,月,3,日,6,时，在水域的西南方湖面出现一次龙卷风，把一条小船卷起十多米高，摔成碎片，把另一条船从湖边卷到了围堤外边。,由此可见，“老爷庙”水域的地理环境、天气和气侯特点及复杂的水文状况是这里频频发生灾难的主要原因。,不过，“魔鬼三角”还出现过一连窜神秘现象，如黑夜里湖上会闪烁硕大的荧光圈，附近的井里会发出奇怪的声响以及那湖底的“白光”等等，仍令人不解。科学家们已决心借助激光、远红外线、卫星遥感等高科技手段，彻底揭开“魔鬼三角”之迷。,摘自,读者周末报,水往高处流,在新疆大漠深处克孜勒苏自治州乌恰，距县城,190,公里处有一条名叫什克的小河。这条小河呈南北走向，眼见小河从上游的低洼之处沿着山坡象蛇一样逶逶向上流行，最后竟爬上一个十几米的小山包。河流在山包上转了两个弯，然后在山包的另一侧又顺着山坡向下流去。驻守这个山包的战士天天用此水烧水、煮饭、洗衣、浇地，只是弄不清这河水为何往高处流。测绘人员曾专程来这里实地考察证实山包确实高出地面,14.8,米。有不少地理、地质学家亲临实地考察，也未得出科学的解释。,评说：水往低处流是由万有引力定律所决定的并已为千百次的事实所证实，违反万有引力定律的,事件是不可想象的。因此，对此类传闻姑且听之，切不可轻信。,更多资源,初一语文,初一英语,初一数学,初一政治,初一历史,初一地理,初一生物,