大学物理绪论分解ppt课件

,大学物理与中学物理的不同之处,:,首先，引入矢量运算与微积分的概念和方法；,其次，物理知识更加深奥，范围更加广泛，增加刚体转动力学、流体力学、场论等内容；,另外，概念、理论、定理和定律等都比中学物理中具有更广泛的适用面，更具有普遍意义。,第一篇 绪论,一、物理学的研究对象,物理现象的普通性使得物理学基本知识成为研究,任何科学技术所不可缺少的基础,。,物理学的,基本概念、基本规律和基本研究方法,，以及根据物理学原理设计制造的各种仪器设备，已经广泛地应用于所有自然科学的各个学科之中，推动了各学科领域和技术部门的飞速发展。,物理学是研究物质运动的普遍性质和基本规律的科学,，研究物质运动最基本形态以及他们之间相互转化的一门基础科学。,目前世界范围内以信息技术为前导，以微电子学和电子计算机技术为标志的科学技术革命，从根本上讲来源于,20,世纪初物理学的三大成就。,物理学是技术发展的主要源泉,，三次产业革命（蒸气机、电气化、信息化）均来自物理学或与物理学紧密相关。,与其它学科密切结合，产生分支学科和交叉学科：物理化学、生物物理、天体物理、地球物理、量子 生物、量子化学等。,二、物理学的研究方法,物理学是一门实验科学，认知法则遵循实践,理论,实践的过程。,对于一个现象或一个过程，物理学常根据实验和观察去寻找或定义物理量，再通过实验和观察去确定各物理量之间的联系。引入理想化模型。,学习物理学必须正确理解物理学理论和概念，掌握现象和过程的物理图象，弄清定理和定律的 条件、适用范围和应用方法。,简单说就是正确理解，准确运用。,请允许我说明我讲这门课的主要目的。我的目的不是教你们如何应付考试，甚至不是让你们掌握这些知识，以便更好地为今后你们面临的工业或军事工作服务。我最希望的是，你们能够像真正的物理学家一样，欣赏到这个世界的美妙。物理学家们看待这个世界的方式，我相信，是这个现代化时代真正文化内涵的主要部分。也许你们学会的不仅仅是如何欣赏这种文化，甚至也愿意参加到这个人类思想诞生以来最伟大的探索中来。,理查德,.,费曼,R.P.Feynman,（,1918,1988,）,美国物理学家，诺贝尔物理奖获得者,第一章 课程介绍,一,.,为什么要学习,“,大学物理,”,？,物理学,:,研究物质世界的基本结构、基本相互作用和最普遍的运动规律。,是一切自然科学和工程技术的基础。,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。,爱因斯坦,物理学的进化,学习目的：,1.,获得生活、学习、工作所需的知识和技能。,2.,开启智慧，获得科学思想、科学精神、科学态度,和科学方法的熏陶和培养。,载体,定位：,不仅仅是为后续课服务,不仅仅是为专业服务,立足于提高自身科学素质，有益于终身学习和发展,为什么要提高工科学生的科学（物理）素质？,根本原因：,物理学与工程技术的关系,*,第一次工业革命（,17,18,世纪）：,建立在牛顿力学和热力学发展的基础上，其标志是以蒸汽机为代表的一系列机械的产生和应用。,*,第二次工业革命（,19,世纪）：,建立在电磁理论发展的基础上，其标志是发电机、电动机、电讯设备的出现和应用。,*,第三次工业革命（,20,世纪）：,建立在相对论和量子力学发展的基础上，其标志是以信息技术为代表的一系列新学科、新材料、新能源、新技术的兴起和发展。,物理学与技术关系的两种模式,*,技术 物理 技术（典型例子：热学）,*,物理 技术 物理（典型例子：电磁学）,在现代社会中主要以第二种方式进行。,例,计算机技术、激光技术、核技术、空间技术,其基础正是过去大半个世纪的现代物理学的研究成果。,电子和信息技术的物理基础,1925,年 量子力学建立,1926,年,Fermi-,Dirac,统计法提出,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,面概念及其可测量的提出,1947,年 发明晶体管,（肖克莱、巴丁、布拉顿获,1956,年诺贝尔物理奖）,1957,年 建立,Fermi,面编目,1962,年 制成集成电路（,IC,）,1965,年摩尔定律：芯片容量每,18,24,个月翻番。,70,年代末 大规模和超大规模集成电路（,VLIC,）,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,提出原子的有核模型,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）,比较,原理发现（年）,工业产品（年）,经历时间（年）,电动机,1821,1886,65,真空管,1882,1915,33,无线电,1887,1922,35,X,光,1895,1913,18,雷达,1935,1900,5,原子反应堆,1939,1942,3,半导体,1948,1951,3,激光,1958,1960,2,从,基本原理转变为技术的速度加快,直接从各分支物理实验室移植到工业上的新技术,纳米（）技术,皮秒（）技术,超导技术,.,IBM,公司构成的铂片表面的“一氧化碳人”身高,5,纳米。,物理学,提供科学原理,指导技术路线的选择和技术方案的改进,培养技术人员的科学品格和创新能力，使其眼光远，层次高，后劲足,全世界工科大学无一例外将物理作为重要基础课,二,.,学什么？,知识、方法、科学观念,“,物,”,物质世界,“,理,”,普遍规律,1.,学习物理知识要注意,整体性,、,发展性,和,迁移性,。,整体性,注意掌握知识的结构和联系,形成物质世界的整体物理图象,避免：,只见树木，不见森林。,只得到一堆支离破碎的公式。,经典物理,力学（实物粒子）,电磁学（场）,热力学 统计物理（多粒子体系）,相对论力学,量子力学,量子统计物理,相对论,量子力学,相对论,量子场论,？,物理学的基本框架,分支学科：,激光物理，半导体物理，原子物理，核物理,交叉学科：,生物物理，量子化学，地球物理，海洋物理,物理学的基本框架,速率,大小或距离,10,20,m,10,5,m,0.01,c,c,狭义,相对论,广义,相对论,量子理论,狭义相对论,量子理论,牛顿物理学,禁区,禁区,来自,物理学：基本概念及其与方方面面的联系,教材结构和主线,上册,下册,多粒子体系的热运动,基本粒子,实物的 运动规律,相互作用和场,振动,和,波动,量子现象和量子规律,发展性,不断从新的角度审视和理解物理概念和规律，关注其内涵的丰富，应用的扩展，相互关系的变化。,例,质量,初中：,循环定义？,前沿：,质量究竟是什么？是如何产生的？,大学：,高中：,惯性质量,引力质量,？,例,力,中学：,以,“,力,”,为中心。,对时间积累,动量定理,动量守恒,对空间积累,动能定理,机械能守恒,力矩,定轴转动物体的平衡,近代物理：,以守恒量为中心的表述优于以力为中心表述。,守恒量,动量、角动量、能量,守恒定律,动量守恒定律,角动量守恒定律,能量守恒定律,守恒定律与自然界对称性的联系,物理学在,20,世纪取得了令人惊讶的成功。它改变了我们对空间和时间、存在和认识的看法，也改变了我们描述自然的基本语言。在本世纪行将结束之际，我们已拥有一个对宇宙的崭新看法。在这个新的宇宙观中，,物质已失去了它原来的中心地位，取而代之的是自然界的对称性。,（美）斯蒂芬,.,温伯格,温伯格,(,美）,(1933-),注意提高应用物理知识理解、解决实际问题的能力。,迁移性,发展独立思考和独立判断的一般能力，应该始终放在首位，而不应当把获得专业知识放在首位。,如果一个人掌握了他的学科的基础理论，并且学会了独立地思考和工作，他必定会找到他自己的道路，而且比起那种主要以获得细节知识为其培养内容的人来说，他一定会更好地适应进步与变化。,阿尔伯特,.,爱因斯坦,德裔（美）爱因斯坦,(1879-1955),2.,学习物理方法,观察、实验、模拟、演绎、归纳、分析、综合、,类比、理想化、假说,形成指导性原理,:,*,简单性原理：,逻辑前提越简单，普遍程度越高。,*,对应原理：,新理论应包容在一定条件下被证实,是正确的旧理论，并在极限条件下过渡到旧理论。,是否运用物理学方法已经成为一门学科是否成熟的标志之一。,理想化方法,理想模型（单摆、弹簧振子、理想气体,),理想实验（伽利略、牛顿,.,）,理想过程,(,准静态、绝热,),例,方法实质,:,简化、纯化，抓住主要矛盾，,摒弃次要因素。,重要意义：,人类认识世界的基本策略,牛顿的理想实验,物理学的基本思想方法：,用模型来描述自然，用数学来表达模型，用实验来检验模型,。,（,1858-1947,）,感觉世界,物理科学世界,真实世界,大量,唯象定律,较高层次定律,自然界的基本法则,(,中介,),逼近,目标,归纳,总结,气体定律胡克定律,牛顿定律麦氏方程,物理学描述的是关于实在世界的模型,我们可以把组成这个“世界”的这些运动事物的复杂组合，想象成天神们下的一盘巨大的象棋，而我们是这局棋的观众。我们不知道奕棋的规则，允许我们做的就是观看这场棋赛。当然，如果看的时间够长，我们终归能看出几条规则来。这些奕棋规则就是我们所说的,基础物理学,。,如果你会下棋就一定知道，学会所有的规则是容易的，而要选择最佳的走法或理解人家为什么这样走则往往很困难。在自然界中也是如此，只是程度更厉害,除了我们还不知道全部规则之外，用已知的规则我们确实能解释的事物也是非常有限的，因为所有的情况都极其复杂，我们不能用这些规则领会这盘棋的走法，更不用说预言下一步将发生什么情况了。因此，我们只能满足于奕棋规则这个比较基本的问题。,费曼,R.P.Feynman,（,1918,1988,）,物理概念、规律与自然实在并非完全同一。人类是依靠建立模型、不断改进模型来逐渐认识自然的。,避免将物理规律视为一成不变的僵死教条，寻求发展和创新！,又如：,科学假说方法,牛顿时代：,以经验观察，逻辑归纳为主。,现代物理：,问题,假说,(,实践,),科学,（证伪）,新问题,新假说,.,不是由观察结果归纳出理论，而是由理论决定观察什么,。,爱因斯坦,3.,学习先进的科学观念，树立科学,世界观,物理学中的唯物论：,实践（实验）是判断（检验）真理（科学）的唯一标准,.,物理学中的辨证法,:,相对性原理，变革性原理，对应原理，互补原理,物理学“美”的标准：,简单、和谐、统一、对称。,应当期望物理学家的美感有一种用途：协助物理学家去选择可帮助我们了解大自然的理念。,温伯格,自然是和谐统一的整体，自然界的复杂性是由简单规则演变而来。,物理上真实的东西，一定是逻辑上简单的东西。,爱因斯坦,符合物理学审美原则：,学科的分化、交叉、整合。,人与自然的和谐发展,新的自然观,一切工程技术实践都要尊重生态规律，讲求环境效益，树立,“,整体优化,”,和,“,可持续发展,”,的价值观念。,三,.,怎样学,?,业精于,勤,荒于嬉，行成于,思,毁于随。,韩愈,西南交大,大学物理,学习资源,1.,教材,大学物理教程,上、下,2.,辅助材料,大学物理教与学参考,大学物理活页作业题,3.,演示实验室,4.,网上学习系统,学校主页,校园文化,教师主页,应用物理系,大学物理,第二章 物质世界,教育的实质就是克服狭隘性，,也就是要开阔人的眼界。,曼格,一,.,物质世界的空间尺度,宇宙的,42,个台阶,宇宙学、粒子物理的奇妙衔接,哈勃半径：,星系团：,银河系：,地球轨道半径：,太阳半径：,地球半径：,月球半径：,大分子：,小分子：,原子：,原子核：,基本粒子：,二,.,物质世界的时间尺度,共计跨越了,42,个数量级,宇宙年龄：,150,亿年,生命的诞生：,约,40,亿年,人类：,300,万年（,10,14,s,）,中间玻色子寿命：,10,24,s,地球年龄,:,大爆炸,宇宙年龄：,星系年龄：,地球年龄：,出现生命：,