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1、1 大学物理大学物理2第一篇第一篇 绪绪 论论解决两个问题：解决两个问题：* * 明确为什么学？学什么？怎样学？明确为什么学？学什么？怎样学？* * 了解物质世界的整体图象。了解物质世界的整体图象。 目的：目的：获得学习获得学习“大学物理大学物理”的自觉意识和较高的起点。的自觉意识和较高的起点。 3一一. . 为什么要学习为什么要学习“大学物理大学物理”？ 物理学研究物质世界的基本结构、基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。本相互作用和最普遍的运动规律。 我们把不依赖于人的意识而独立存在我们把不依赖于人的意识而独立存在的的客观实在称为物质。与其它科学相比，物客观实在称
2、为物质。与其它科学相比，物理理学更着重于物质世界普遍而基本的规律的学更着重于物质世界普遍而基本的规律的追追求。求。 1：什么是物理学：什么是物理学42：物理学发展历程物理学发展历程 以公元以公元1600年为界，在这以前，叫物理年为界，在这以前，叫物理学的前科学时期，这一时期，物理学还不学的前科学时期，这一时期，物理学还不是一门独立的学科。是一门独立的学科。 16001800年，在这一时期，物理形年，在这一时期，物理形成了一门学科，牛顿完成了牛顿力学。成了一门学科，牛顿完成了牛顿力学。 18001900年，电磁学、热力学、波年，电磁学、热力学、波动光学、经典统计物理学等的发展完善了经动光学、经典
3、统计物理学等的发展完善了经典力学。典力学。 上世纪初，上世纪初，20世纪自然科学领域最伟大的两个理世纪自然科学领域最伟大的两个理论出现了：量子力学和相对论论出现了：量子力学和相对论近代物理近代物理的开始。的开始。经典物理学经典物理学5当今，物理学与其它学科的交叉诞生了生物科学、化当今，物理学与其它学科的交叉诞生了生物科学、化学物理、地球物理、天体物理等新型学科，人们公认：学物理、地球物理、天体物理等新型学科，人们公认：当今最有生命力的是不同学科交叉的领域。当今最有生命力的是不同学科交叉的领域。 每一个工程技术人员都应该加强自身的数理知每一个工程技术人员都应该加强自身的数理知识的培养与积累识的培
4、养与积累,以适应新形式的要求。以适应新形式的要求。 随着科学的发展，从物理学中不断分化出诸如粒子物随着科学的发展，从物理学中不断分化出诸如粒子物理、原子核物理、原子分子物理、凝聚态物理、激光理、原子核物理、原子分子物理、凝聚态物理、激光物理、电子物理、等离子体物理、半导体物理等名目物理、电子物理、等离子体物理、半导体物理等名目繁多的新分支。繁多的新分支。现代物理学发展的现代物理学发展的两个趋势两个趋势： （1）自身的细化、分支多；（）自身的细化、分支多；（2）与其他学科的交叉）与其他学科的交叉6*第一次工业革命（第一次工业革命（1718世纪）：建立在牛顿力学和世纪）：建立在牛顿力学和热力学发展
5、的基础上，其标志是以蒸汽机为代表的一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。系列机械的产生和应用。 *第二次工业革命（第二次工业革命（19世纪）：建立在电磁理论发展的世纪）：建立在电磁理论发展的基础上，其标志是发电机、电动机、电讯设备的出现基础上，其标志是发电机、电动机、电讯设备的出现和应用。和应用。*第三次工业革命（第三次工业革命（20世纪）：建立在相对论和量子世纪）：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、新技术的兴起和一系列新学科、新材料、新能源、新技术的兴起和发展
6、。发展。二：物理学与技术二：物理学与技术7物理学与技术关系的两种模式物理学与技术关系的两种模式*技术技术 物理物理 技术（典型例子：热学）技术（典型例子：热学）*物理物理 技术技术 物理（典型例子：电磁学）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。在现代社会中主要以第二种方式进行。例：例：计算机技术是这个崭新的信息时代的关键，其计算机技术是这个崭新的信息时代的关键，其基础正是过去大半个世纪的现代物理学的研究成果基础正是过去大半个世纪的现代物理学的研究成果8以计算机为代表的电子和信息技术的物理基础以计算机为代表的电子和信息技术的物理基础1925年年 量子力学建立量子力学建立19
7、26年年 Fermi-Dirac 统计法提出统计法提出1929年年 能带理论提出并得到证实，从理论上解释了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；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面概念及其可测量的提出1947年年 发明晶体管（获发明晶体管（获1956年诺贝尔物理奖）年诺贝尔物理奖）1957年年 建立建立Fermi面编目面编目1962年年 制成集成电路（制成集成电路（IC）70年代末年代末 大规模和超大规模集成电路（大规模和超大规模集成电路（VLIC）、量子信息处理编码量子计算机、量子比特子纠缠态量子力学叠加原理、量9激光技术
8、的物理基础激光技术的物理基础1860年年 Maxwell 建立光的电磁理论建立光的电磁理论1900年年 Planck 提出能量子理论提出能量子理论1917年年 Einstein 提出受激辐射理论提出受激辐射理论1953年年 制成微波激射器（制成微波激射器（maser）1960年年 Maiman制成红宝石激光器制成红宝石激光器6070年代年代 激光器及其应用高速发展，月球上设置激光器及其应用高速发展，月球上设置 激光反射器激光反射器1982年年 激光全息术激光全息术8090年代年代 激光外科手术，通讯，光盘，激光武器激光外科手术，通讯，光盘，激光武器.10核技术的物理基础核技术的物理基础1896
9、年年 Becquerel 发现铀的天然放射性发现铀的天然放射性1905年年 Einstein 创立狭义相对论，得创立狭义相对论，得1911年年 Rutherford 提出原子的有核模型提出原子的有核模型1925年年 量子力学建立量子力学建立1932年年 建立原子核的建立原子核的 质子质子中子中子 模型模型1933年年 发现人工放射性发现人工放射性1945年年 实现核裂变实现核裂变原子弹原子弹1952年年 实现核聚变实现核聚变氢弹氢弹1954年年 建立第一座核电站建立第一座核电站2mcE 11物理学物理学提供科学原理提供科学原理指导技术路线的选择和技术方案的改进指导技术路线的选择和技术方案的改进
10、培养技术人员的科学品格和创新能力，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全世界工科大学无一例外将物理作为重要基础课12二二.学什么？学什么？知识、方法、科学观念知识、方法、科学观念“物物”物质世界物质世界 “理理”普遍规律普遍规律1.学习物理知识要注意学习物理知识要注意整体性整体性、发展性发展性和和迁移性迁移性。整体性注意掌握知识的结构和联系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形成物质世界的整体物理图象教材结构和主线教材结构和主线基本基本粒子粒子实物的实物的 运动规律运动规律相互作用相互作用
11、和场和场振动和振动和波动波动量子现象和量子现象和量子规律量子规律多粒子体系多粒子体系的热运动的热运动13发展性不断从新的角度审视和理解物理概念和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，规律，关注其内涵的丰富，应用的扩展，相互关系的变化。相互关系的变化。例如：例如：质量质量m高中：高中：maF 惯性质量；惯性质量；2rGmMF 引力质量引力质量初中：初中：VmVm循环定义？循环定义？前沿：前沿： 质量究竟是什么？是如何产生的？质量究竟是什么？是如何产生的？ 什么是物质？什么是物质？“有质量就是物质有质量就是物质”的观点正确的观点正确 吗？场也是物质的一种形式吗？场也
12、是物质的一种形式大学：大学：2mcE 能量载体；能量载体；惯引mm（1）概念的发展；（）概念的发展；（2）框架结构的发展；）框架结构的发展；（3）数学手段的发展）数学手段的发展14例如：例如：力力F近代物理：以能量为中心的表述优于以力为中心的表述。近代物理：以能量为中心的表述优于以力为中心的表述。中心：中心：守恒量守恒量动量、角动量、能量动量、角动量、能量守恒定律与自然界对称性的联系守恒定律与自然界对称性的联系amF对时间积累对时间积累ptFI 动量定理动量定理动量守恒动量守恒对空间积累对空间积累kcosEFSA 动能定理动能定理机械能守恒机械能守恒力矩力矩FdM 定轴转动物体的平衡定轴转动物
13、体的平衡中学：以中学：以“力力”为中心。为中心。15注意提高应用物理知识理解、解注意提高应用物理知识理解、解决实际问题的能力。决实际问题的能力。 2. 学习物理方法学习物理方法观察、实验、模拟、演绎、归纳、分析、综合、观察、实验、模拟、演绎、归纳、分析、综合、类比、理想化、假说类比、理想化、假说.指导性原理指导性原理: * 简单性原理：逻辑前提越简单，普遍程度越高。简单性原理：逻辑前提越简单，普遍程度越高。 * 对应原理对应原理 ：新理论应包容在一定条件下被证实是：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正确的旧理论，并在极限条件下过渡到旧理论。论。 .迁移性迁移
14、性16例如：例如：理想化方法理想化方法理想模型（单摆、弹簧振子、理想气体理想模型（单摆、弹簧振子、理想气体)理想实验（伽利略、牛顿理想实验（伽利略、牛顿. ）理想过程理想过程 (准静态、绝热准静态、绝热)实质实质: 简化、纯化，抓住主要矛盾，摒弃次要因素。简化、纯化，抓住主要矛盾，摒弃次要因素。复习复习质点、质点系、刚体质点、质点系、刚体质点质点：当物体的线度和形状在所研究的问题中的作：当物体的线度和形状在所研究的问题中的作用可以忽略不计时，将物体抽象为一个具有质量，用可以忽略不计时，将物体抽象为一个具有质量，占有位置，但无形状大小的占有位置，但无形状大小的“点点”。17质点系质点系：质点的集
15、合。：质点的集合。刚刚 体体：任意两质点间距离保持不变的质点系。：任意两质点间距离保持不变的质点系。质点质点质点系质点系刚体刚体集合集合特例特例*思考:质点和几何学上的点有什么不同？质点和几何学上的点有什么不同？例如：例如：科学假说方法科学假说方法牛顿时代牛顿时代：以经验观察，逻辑归纳为主。：以经验观察，逻辑归纳为主。现代物理现代物理：问题：问题假说假说(实践实践)科学科学 （证伪）（证伪）新问题新问题新假说新假说.“不是由观察结果归纳出理论，而是由理论决定不是由观察结果归纳出理论，而是由理论决定观察什么观察什么。” 爱因斯坦爱因斯坦18定位：定位：物理教育物理教育科学素质教育科学素质教育不仅
16、仅是为后续课服务不仅仅是为后续课服务不仅仅是为专业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立足于提高自身科学素质，有益于终身学习和发展合格大学生的标准：合格大学生的标准：（1）力所能及地培养自己的自然科学和社会科学素）力所能及地培养自己的自然科学和社会科学素质，提高自己综合能力，复合性人才更有竞争力。质，提高自己综合能力，复合性人才更有竞争力。（2）以良好的心态对待你学的每一门课程。）以良好的心态对待你学的每一门课程。19“学校的目标应当是培养有独立行动和独立思考的个人，学校的目标应当是培养有独立行动和独立思考的个人，不过他们要把为社会服务看作是自己的最高目的。不过他们要把为社会服务看作是自己的最高目的。” “学校的目标始终应当是：青年人在离开学校时，是作为学校的目标始终应当是：青年人在离开学校时，是作为一个和谐的人，而不是作为一个专家。一个和谐的人，而不是作为一个专家。发展独立思考发展独立思考和独立判断的一般能力，应当始终放在首位，而不应当把和独立判断的一般能力，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专业知识放在首位。
