1、欢迎大家学习,大学物理,斯蒂芬. 霍金,1942年生于英国。21岁患重症肌无力，全身致残。以坚强的毅力进行科研。是继爱因斯坦后最伟大的物理学家。把量子力学和广义相对论结合起来，提出了宇宙“ 开放暴胀论”,一. 什么是物理学,绪论,What, Why and How to,物理学是研究物质基本结构、相互作用和运动形态的基本规律的学科.,物理学(Physics),1、物理学的研究对象,研究的对象：,宇宙,宇：天地四方,宙：继往开来,空间,时间,宇观-宏观-微观,空间尺度（相差1046 m）1026 m（约150亿光年）（宇宙）10-20 m（夸克）,时间尺度 （相差1045 s ）1018 s（1
2、50亿年）（宇宙年龄）10-27 s（ 射线周期）,速率范围0（静止）3108 m/s（光速）,人们从自己向小尺度追问,-粒子物理学,物质的结构如何？,夸克是不是最基本的粒子？,近年来有分析称：夸克也可一分为二,人们从自己向大尺度追问,-天体物理学,哈勃根据多普勒效应发现宇宙在膨胀,宇宙有没有边？,宇宙有没有中心？,宇宙的起源？,蛇吞尾图，形象地表示了物质空间尺寸的层次(单位:m),物理学的层次,天体物理 粒子物理,两大尖端 紧密联系,2、物理学的分类,按分支学科分类,力学、热学、电磁学、光学、原子物理学、核物理学等,按物质形态分类,实物粒子、场物质,微观客体（电子、质子、光子等）具有波粒二象
3、性,波粒二象性 : 寓于一体又不同时出现,少女？,老妇？,两种图象不会同时 出现在你的视觉中。,按物质形体大小分类,粒子物理、核物理、原子物理、分子物理、原子簇物理、凝聚态物理、天体物理、宇宙学物理,按物理常数c、h分类, 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, 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, 量子力学 (Quantum mecha
4、nics)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,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。,二. 为什么要学物理学,1、加强科学素质培养,工科物理是基础课，但更重要的是科学素质课,物理学是自然科学的带头学科,物理学是新学科和高科技产生和发展的动力与源泉,是培养学生辩证唯物主义世界观和科学的宇宙观最生动最有效的学科体系,研究方法涵盖了现代科学研究方法论中的各种有效的研究方法。,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，物理学的基本概念和技术被应用到所有自然科学之中。,物理学是自然科学的带头学科,2021世纪物理
5、学深入渗透到其它学科,化学：量子化学、激光化学、分子反应动力学等等,1999年A.H.Zewail 成功地应用超快激光技术（飞秒激光）研究原子的微观运动，获得诺贝尔化学奖。,10-15秒,生命科学： 1962年 DNA分子双螺旋结构,Francis Crick & James Watson,DNA 的 双 螺 旋 构 型,物理学与医学,核磁共振 正常 肿瘤,正电子发射层析术(PET) Positron EmissioTomography 利用发射正电子的示踪原子 测量脑的活动功能，诊断异常。,物理学渗入经济学,M.S.Scholes & F.S.Black,利用布朗运动模型和随机微分方程导出
6、BlackScholes 期权定价公式，获1997年诺贝尔经济学奖。,无论什么问题，当物理学家用物理方法去研究它们时，就把它们纳入物理学问题，成为物理学的具体研究对象, 20世纪，物理学被公认为科学技术发展中最重要的带头学科, 18世纪60年代，热机的发明和使用，经典力学和热力学发展的结果, 19世纪90年代，电力的应用和无线电通讯的实现, 是经典电磁学的发展结果,激光器的产生,层析成像技术(CT),超导电子技术, 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,物理学是新学科和高科技产生和发展的动力与源泉,核能的利用,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
7、,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,优秀的工程技术人员应具备的物理素质：,在工程技术问题面前,能够从物理本质上提出问题和做出判断- （分析问题）,能够把物理学的思想、观点、规律和方法应用到工程技术的实际当中-（解决问题）,注意物理学的发展,不断探索如何把物理学的新成果引入到工程技术当中-（不断创新）,R.P.Feynman (1918-1988) 美国物理学家， 诺贝尔物理奖获得者,是培养学生辩证唯物主义世界观和科学的宇宙观最生动最有效的学
8、科体系,研究方法涵盖了现代科学研究方法论中的各种有效的研究方法。,亥姆霍兹,“我欣然把自己比作山中的漫游者，他不谙山路，缓慢吃力的攀登，不时要止步回头，因为前面已经是绝境。突然，或许念头一闪，或是由于幸运，他发现一条通往前面的蹊径。等他最后登上山顶时，他羞愧的发现，如果当初他具有找到正确道路的智慧，本有一条阳关大道可直通顶巅。”,2、物理学与科学研究方法,观察法 实验法 理想化方法 归纳、演绎法 类比法 分析与综合法 假说法 数学方法 非常规科学思维方法（如直觉、灵感 顿悟等）,观察、实验、假说、理论,观察：对现象的考察和研究,伽利略,1581年伽利略在教堂做礼拜时，司事灌注油灯后，观察灯摆动
9、的等时性，为后来制造摆钟奠定了理论基础。,丹麦物理学家第谷布拉赫观察天上的星星达二十年之久，为开普勒发现行星三大定律奠定了基础。,哈勃望远镜观察宇宙星系,实验：指把自然界的现象经过人为简化（或建立模型）在实验室重现，或用计算机进行模拟等，然后反复研究的方法。,如：法拉第电磁感应定律就是法拉第 在实验室经过10年的反复研究得到的。,法拉第,1974年11月16日丁肇中也是在实验室发现J子的。第三位获得诺贝尔奖的华裔学者。,丁肇中,观察和实验是我们获得第一手材料的主要途径。,有5位美籍华人获诺贝尔物理学奖，他们是杨振宁、李政道、丁肇中、朱棣文、崔琦.,杨振宁、李政道由于发现宇称不守恒，1957年获
10、诺贝尔物理学奖.,吴健雄,理论物理学家是伟大的， 实验物理学家同样伟大。,丁肇中：由于发现J粒子，1976年获诺贝尔物理学奖.,朱棣文：由于发展了用激光冷却和捕获原子的方法，1997年获诺贝尔物理学奖.,崔琦：由于分数量子霍尔效应的量子现象的研究成果，1998年获诺贝尔物理学奖,假说：指在实验事实较少或者有限的情 况下提出的一种理论。,很多理论往往是经过多次假说，依据新的实验事实 逐渐修正得到的。,光的理论，量子理论,理论必须能够准确地反映物质运动的规律。,理论：指在充分实验事实的基础上归纳出的原理、 定律或规律。,问题：形成理论后是否就完事了呢？,还要在实验中进一步检验，当发现新的不能解释的
11、实验现象时，就要对理论不断修正，进行完善。实践-认识-再实践-再认识。,结论：物理学是一门与我们密切相关的实验科学。,3、物理学与科学技术,物理学既是伴随着人类的生产、生活发展起来的，同时也是科学技术和社会发展的巨大推动力。 物理学的发展与生产力的提高总是相辅相成的。如今世界公认的六大高新技术（信息技术、新材料技术、新能源技术、生物技术、空间技术和海洋技术）均是以物理学为基础的。反过来，高新技术的迅猛发展也促进了物理学研究的进一步发展。,物理学为其他学科创立技术和原理,重大新技术领域的创立总是经历长期的物理酝酿。,三次工业革命都是由于物理学的重大突破,第一次工业革命（动力机械）,第二次工业革命
12、（电气化进程）,第三次工业革命（信息革命）,由原理转变为技术的周期越来越短,卢瑟福粒子散射实验（1909年）核能利用（40年后）,爱因斯坦受激辐射理论（1917年）第一台激光器（1960年）,量子力学、费米狄拉克统计、固体能带理论（20世纪20年代）晶体管诞生（1947年），集成电路（1962年），大规模集成电路（20世纪70年代后期）,从高温超导体的发现到应用 3年,第一支晶体管的诞生 J.Bardeen W.Shockley W.H.Brattain,1956年获诺贝尔 物理奖,在一毫米见方的单晶硅片上制成的集成电路可以穿过针眼。,90年代中期Intel公司 奔腾(Pentium)芯片上包
13、含500万个晶体管，刻蚀线宽不到微米。,激光手术 激光光盘,激光切割,三、怎样学习物理学,1、象科学大师那样去思考,注重思路、直觉和灵感，要脚踏实地、扎扎实实，又要异想天开、标新立异,2、注重理解物理学中的哲学思想,3、追求和欣赏物理学中的美,物理学的本质是真客观规律、真理 物理学的价值是善能够造福人类 物理学的追求是美简洁明快，均衡对称，和谐统一,4、物理意义和数学表达,大学物理与中学物理的不同之处:,(1)中学物理学的是物理常识,大学物理学的是物理常识背后的物理思想和物理方法； (2)中学物理学的是物理现象,大学物理学的是这些物理现象隐藏的物理本质； (3)中学物理学的是特殊情况,大学物理
14、将特殊情况 扩展为普遍规律； (4)中学物理对某些问题可能只是定性了解,大学物理则要对其进行定量分析； (5)中学物理使用的数学工具是初等数学,大学物理的工具是高等数学。,学习的主要内容,经典物理：力学、电磁学,、大学学习特点是进度快、内容多，要自学、及时总结，培养自学能力；,、注意听课方法，注重科学的方法。重视思维能力等综合能力的锻炼；要培养独立思考的能力；笔记；,、认真完成作业等能力训练任务，培养自己分析问题和解决问题能力。,4、学会与老师沟通，与同学协作。,注意的几个问题,参考书目 物理学教程 第二版（一套二册），马文蔚 新概念物理教程 （一套五册） ，赵凯华，罗蔚茵 基础物理学上、下册，陆果 普通物理学，程守洙，江之永主编 伯克利物理学教程（一套五册） Physics，R. Resnick, D. Halliday ,课程安排：64学时,办公地点：物理楼 北楼 107,考试：平时成绩20%+期末笔试80%,作业：统一作业，每章一交。,结束语发展独立思考和独立创新的一般能力， 应当始终放在首位, 而不应当把知识放在首 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与工作，他必定 会找到自己的道路。而且比起那些主要以 获取细节知识为训练内容的人来，他一定 会更好地适应进步和变化。爱因斯坦,
