物理学简介.doc

1、物 理 学 简 介物 理 （ Physics） 拼 音 ： w l， 英 文 ： physics 全 称 物 理 学。“物 理 ”一 词 的 最 先 出 自 希 腊 文 ， 原 意 是 指 自 然 。 古 时欧 洲 人 称 呼 物 理 学 作 “自 然 哲 学 ”。 从 最 广 泛 的 意 义 上 来 说 即 是 研究 大 自 然 现 象 及 规 律 的 学 问 。 汉 语 、 日 语 中 “物 理 ”一 词 起 自 于 明末 清 初 科 学 家 方 以 智 的 百 科 全 书 式 著 作 物 理 小 识 。在 物 理 学 的 领 域 中 ， 研 究 的 是 宇 宙 的 基 本 组 成 要 素

2、 ： 物 质 、能 量 、 空 间 、 时 间 及 它 们 的 相 互 作 用 ； 借 由 被 分 析 的 基 本 定 律 与法 则 来 完 整 了 解 这 个 系 统 。 物 理 在 经 典 时 代 是 由 与 它 极 相 像 的 自然 哲 学 的 研 究 所 组 成 的 ， 直 到 十 九 世 纪 物 理 才 从 哲 学 中 分 离 出 来成 为 一 门 实 证 科 学 。物 理 学 与 其 他 许 多 自 然 科 学 息 息 相 关 ， 如 数 学 、 化 学 、 生 物和 地 理 等 。 特 别 是 数 学 、 化 学 、 生 物 学 。 化 学 与 某 些 物 理 学 领 域的 关

3、系 深 远 ， 如 量 子 力 学 、 热 力 学 和 电 磁 学 ， 而 数 学 是 物 理 的 基本 工 具 。“物 理 ”二 字 出 现 在 中 文 中 ， 是 取 “格 物 致 理 ”四 字 的 简 称 ， 即考 察 事 物 的 形 态 和 变 化 ， 总 结 研 究 它 们 的 规 律 的 意 思 。 我 国 的 物理 学 知 识 ， 在 早 期 文 献 中 记 载 于 天 工 开 物 等 书 中 。日 本 学 者 指 出 ： “特 别 值 得 大 书 一 笔 的 是 ， 近 世 中 国 的 汉 译 著述 成 为 日 本 翻 译 西 洋 科 学 译 字 的 依 据 .”日 本 早 期

4、 物 理 学 史 研 究 者桑 木 或 雄 说 ： “在 我 国 最 初 把 Physics 称 为 穷 理 学 .明 崇 祯 年 间 一本 名 叫 物 理 小 识 的 书 ， 阐 述 的 内 容 包 括 天 文 、 气 象 、 医 药 等方 面 .早 在 宋 代 ， 同 样 内 容 包 含 在 物 类 志 和 物 类 感 应 等 著 述 中， 这 些 都 是 中 国 物 理 著 作 的 渊 源 .”明 代 吕 坤 （ 15361618） 著 有 呻 吟 语 ， 其 中 卷 六 第 二部 分 名 为 “物 理 ”， 大 体 是 有 关 物 性 学 的 ， 并 用 以 引 申 一 些 关 于 人

5、文 及 世 界 的 观 点 .宋 代 朱 熹 （ 11301200） 等 人 常 用 “物 之 至 理 ”或 “物 理 ”一 词 .当 代 著 名 物 理 学 家 李 政 道 曾 引 用 唐 代 杜 甫 曲 江 二首 中 的 诗 句 “细 推 物 理 须 行 乐 ， 何 用 浮 名 绊 此 身 ”来 说 明 物 理 一词 在 盛 唐 即 已 出 现 4.其 实 在 中 科 院 哲 学 研 究 所 和 北 大 哲 学 系 编 著的 中 国 哲 学 史 资 料 简 编 （ 中 华 书 局 ） “两 汉 隋 唐 ”部 分 中 就记 载 了 三 国 时 吴 人 杨 泉 曾 著 书 物 理 论 ， 是

6、研 究 和 评 论 当 时 有关 天 文 、 地 理 、 工 艺 、 农 业 及 医 学 知 识 的 著 作 .更 久 远 的 ， 在 约公 元 前 二 世 纪 成 书 的 淮 南 子 览 冥 训 中 有 ： “夫 燧 之 取 火 于 日， 慈 石 引 铁 ， 葵 之 向 日 ， 虽 有 明 智 ， 弗 能 然 也 ， 故 耳 目 之 察 ， 不足 以 分 物 理 ； 心 意 之 论 ， 不 足 以 定 是 非 ”之 论 述 .中 国 古 代 的 “物 理”， 应 是 泛 指 一 切 事 物 的 道 理 . 编 辑 本 段 物 理 学 分 支闪 电 经 典 力 学 及 理 论 力 学 (Mec

7、hanics)研 究 物 体 机 械 运 动 的 基 本规 律 的 规 律 电 磁 学 及 电 动 力 学 (Electromagnetism and Electrodynamics)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 与 统 计 物 理 学 (Thermodynamics and Statistical Physics)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 以 及 关 于

8、 时 空 相 对 性 的 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 律此 外 ， 还 有 ：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 、 声 学 、 电 磁 学 、 光 学 、 无 线 电 物 理 学、 热 学 、 量 子 场 论 、 低 温 物 理 学 、 半 导 体 物 理 学 、 磁 学 、

9、液 晶 、医 学 物 理 学 、 非 线 性 物 理 学 、 计 算 物 理 学 等 等 。通 常 还 将 理 论 力 学 、 电 动 力 学 、 热 力 学 与 统 计 物 理 学 、 量 子力 学 统 称 为 四 大 力 学 。 编 辑 本 段 物 理 学 发 展 史从 古 时 候 起 ， 人 们 就 尝 试 着 理 解 这 个 世 界 ： 为 什 么 物 体 会 往地 上 掉 ， 为 什 么 不 同 的 物 质 有 不 同 的 性 质 等 等 。 宇 宙 的 性 质 彩 虹同 样 是 一 个 谜 ， 譬 如 地 球 、 太 阳 以 及 月 亮 这 些 星 体 究 竟 是 遵 循 着什 么

10、 规 律 在 运 动 ， 并 且 是 什 么 力 量 决 定 着 这 些 规 律 。 人 们 提 出 了各 种 理 论 试 图 解 释 这 个 世 界 ， 然 而 其 中 的 大 多 数 都 是 错 误 的 。 这些 早 期 的 理 论 在 今 天 看 来 更 像 是 一 些 哲 学 理 论 ， 它 们 不 像 今 天 的理 论 通 常 需 要 被 有 系 统 的 实 验 证 明 。 像 托 勒 密 （ Ptolemy） 和 亚里 士 多 德 （ Aristotle） 提 出 的 理 论 ， 其 中 有 些 与 我 们 日 常 所 观 察到 的 事 实 是 相 悖 的 。 当 然 也 有 例

11、外 ， 譬 如 印 度 的 一 些 哲 学 家 和 天文 学 家 在 原 子 论 和 天 文 学 方 面 所 给 出 的 许 多 描 述 是 正 确 的 ， 再 举例 如 希 腊 的 思 想 家 阿 基 米 德 （ Archimedes） 在 力 学 方 面 导 出 了许 多 正 确 的 结 论 ， 像 我 们 熟 知 的 阿 基 米 德 定 律 。在 十 七 世 纪 末 期 ， 由 于 人 们 乐 意 对 原 先 持 有 的 真 理 提 出 疑 问并 寻 求 新 的 答 案 ， 最 后 导 致 了 重 大 的 科 学 进 展 ， 这 个 时 期 现 在 被称 为 科 学 革 命 。 科 学

12、革 命 的 前 兆 可 回 溯 到 在 印 度 及 波 斯 所 做 出 的重 要 发 展 ， 包 括 ： 印 度 数 学 暨 天 文 学 家 Aryabhata 以 日 心 的 太 阳系 引 力 为 基 础 所 发 展 而 成 的 行 星 轨 道 之 椭 圆 的 模 型 、 哲 学 家 Hindu 及 Jaina 发 展 的 原 子 理 论 基 本 概 念 、 由 印 度 佛 教 学 者 Dignga 及 Dharmakirti 所 发 展 之 光 即 为 能 量 粒 子 之 热 气 球理 论 、 由 穆 斯 林 科 学 家 Ibn al-Haitham(Alhazen)所 发 展 的 光 学

13、理 论 、 由 波 斯 的 天 文 学 家 Muhammad al-Fazari 所 发 明 的 星 象 盘， 以 及 波 斯 科 学 家 Nasir al-Din Tusi 所 指 出 托 勒 密 体 系 之 重 大缺 陷 。物 理 学 的 发 展 历 史 由 低 级 到 高 级 ， 现 在 已 基 本 建 立 l 物 理 学理 论 的 结 构物 理 学 理 论 的 结 构 由 常 数 G， c 和 h 控 制第 一 级 ： 牛 顿 力 学 （ G， h， 1/c=0）第 二 级 ： 牛 顿 的 引 力 理 论 （ h， 1/c=0， G 不 为 0）爱 因 斯 坦 的 狭 义 相 对 论

14、， 不 包 括 引 力 （ h， G=0， 1/c 不 为 0） 量 子 力 学 （ G， 1/c=0， h 不 为 0）第 三 级 ： 爱 因 斯 坦 的 广 义 相 对 论 （ h=0， G， 1/c 不 为 0）相 对 论 的 量 子 力 学 （ G=0， h， 1/c 不 为 0）牛 顿 量 子 引 力 （ 1/c=0， h， G 不 为 0）终 极 ： 相 对 论 量 子 引 力 理 论 （ 1/c， h， G 全 不 为 0） 编 辑 本 段 物 理 学 学 科 性 质物 理 学 是 人 们 对 无 生 命 自 然 界 中 物 质 的 转 变 的 知 识 做 出 规 律性 的 总

15、结 。 这 种 运 动 和 转 变 应 有 两 种 。 一 是 早 期 人 们 通 过 感 官 视觉 的 延 伸 ， 二 是 近 代 人 们 通 过 发 明 创 造 供 观 察 测 量 用 的 科 学 仪 器， 实 验 得 出 的 结 果 。 物 理 学 从 研 究 角 度 及 观 点 不 同 ， 可 分 为 微 观与 宏 观 两 部 分 ， 宏 观 是 不 分 析 微 粒 群 中 的 单 个 作 用 效 果 而 直 接 考虑 整 体 效 果 ， 是 最 早 期 就 已 经 出 现 的 ， 微 观 物 理 学 随 着 科 技 的 发展 理 论 逐 渐 完 善 。其 次 ， 物 理 又 是 一

16、种 智 能 。诚 如 诺 贝 尔 物 理 学 奖 得 主 、 德 国 科 学 家 玻 恩 所 言 ： “与 其 说是 因 为 我 发 表 的 工 作 里 包 含 了 一 个 自 然 现 象 的 发 现 ， 倒 不 如 说 是因 为 那 里 包 含 了 一 个 关 于 自 然 现 象 的 科 学 思 想 方 法 基 础 。 ”物 理学 之 所 以 被 人 们 公 认 为 一 门 重 要 的 科 学 ， 不 仅 仅 在 于 它 对 客 观 世界 的 规 律 作 出 了 深 刻 的 揭 示 ， 还 因 为 它 在 发 展 、 成 长 的 过 程 中 ，形 成 了 一 整 套 独 特 而 卓 有 成

17、效 的 思 想 方 法 体 系 。 正 因 为 如 此 ， 使得 物 理 学 当 之 无 愧 地 成 了 人 类 智 能 的 结 晶 ， 文 明 的 瑰 宝 。大 量 事 实 表 明 ， 物 理 思 想 与 方 法 不 仅 对 物 理 学 本 身 有 价 值 ，而 且 对 整 个 自 然 科 学 ， 乃 至 社 会 科 学 的 发 展 都 有 着 重 要 的 贡 献 。有 人 统 计 过 ， 自 20 世 纪 中 叶 以 来 ， 在 诺 贝 尔 化 学 奖 、 生 物 及 医学 奖 ， 甚 至 经 济 学 奖 的 获 奖 者 中 ， 有 一 半 以 上 的 人 具 有 物 理 学 的背 景 ；

18、 这 意 味 着 他 们 从 物 理 学 中 汲 取 了 智 能 ， 转 而 在 非 物 理领 域 里 获 得 了 成 功 。 反 过 来 ， 却 从 未 发 现 有 非 物 理 专 业 出 身的 科 学 家 问 鼎 诺 贝 尔 物 理 学 奖 的 事 例 。 这 就 是 物 理 智 能 的 力 量 。难 怪 国 外 有 专 家 十 分 尖 锐 地 指 出 ： 没 有 物 理 修 养 的 民 族 是 愚 蠢 的民 族 ！总 之 物 理 学 是 概 括 规 律 性 的 总 结 ， 是 概 括 经 验 科 学 性 的 理 论认 识 。力 学 的 概 念【 力 学 】 物 理 学 的 一 个 分 支

19、 学 科 。 它 是 研 究 物 体 的 机 械 运 动 和 平 衡 规律 及 其 应 用 的 。 力 学 可 分 为 静 力 学 、 运 动 学 和 动 力 学 三 部 分 。 静力 学 是 以 讨 论 物 体 在 外 力 作 用 下 保 持 平 衡 状 态 的 条 件 为 主 。 运 动学 是 撇 开 物 体 间 的 相 互 作 用 来 研 究 物 体 机 械 运 动 的 描 述 方 法 ， 而不 涉 及 引 起 运 动 的 原 因 。 动 力 学 是 讨 论 质 点 系 统 所 受 的 力 和 压 力作 用 下 发 生 的 运 动 两 者 之 间 的 关 系 。 力 学 也 可 按 所

20、研 究 物 体 的 性质 分 为 质 点 力 学 、 刚 体 力 学 和 连 续 介 质 力 学 。 连 续 介 质 通 常 分 为固 体 和 流 体 ， 固 体 包 括 弹 性 体 和 塑 性 体 ， 而 流 体 则 包 括 液 体 和 气体 。16 世 纪 到 17 世 纪 间 ， 力 学 开 始 发 展 为 一 门 独 立 的 、 系 统 的学 科 。 伽 利 略 通 过 对 抛 体 和 落 体 的 研 究 ， 提 出 惯 性 定 律 并 用 以 解释 地 面 上 的 物 体 和 天 体 的 运 动 。 17 世 纪 末 牛 顿 提 出 力 学 运 动 的 三条 基 本 定 律 ， 使

21、经 典 力 学 形 成 系 统 的 理 论 。 根 据 牛 顿 三 定 律 和 万有 引 力 定 律 成 功 地 解 释 了 地 球 上 的 落 体 运 动 规 律 和 行 星 的 运 动 轨道 。 此 后 两 个 世 纪 中 在 很 多 科 学 家 的 研 究 与 推 广 下 ， 终 于 成 为 一门 具 有 完 善 理 论 的 经 典 力 学 。 1905 年 ， 爱 因 斯 坦 提 出 狭 义 相 对论 ， 对 于 高 速 运 动 物 体 ， 必 须 用 相 对 力 学 来 代 替 经 典 力 学 ， 因 为经 典 力 学 不 过 是 物 体 速 度 远 小 于 光 速 的 近 似 理

22、论 。 20 世 纪 20 年代 量 子 力 学 得 到 发 展 ， 它 根 据 实 物 粒 子 和 光 子 具 有 粒 子 和 波 动 的双 重 性 解 释 了 经 典 力 学 不 能 解 释 的 微 观 现 象 ， 并 且 在 微 观 领 域 给经 典 力 学 限 定 了 适 用 范 围 。【 经 典 力 学 】经 典 力 学 的 基 本 定 律 是 牛 顿 运 动 定 律 或 与 牛 顿 定 律 有 关 且 等价 的 其 它 力 学 原 理 ， 它 是 20 世 纪 以 前 的 力 学 ， 有 两 个 基 本 假 定： 其 一 是 假 定 时 间 和 空 间 是 绝 对 的 ， 长 度

23、和 时 间 间 隔 的 测 量 与 观测 者 的 运 动 无 关 ， 物 质 间 相 互 作 用 的 传 递 是 瞬 时 到 达 的 ； 其 二 是一 切 可 观 测 的 物 理 量 在 原 则 上 可 以 无 限 精 确 地 加 以 测 定 。 20 世纪 以 来 ， 由 于 物 理 学 的 发 展 ， 经 典 力 学 的 局 限 性 暴 露 出 来 。 如 第一 个 假 定 ， 实 际 上 只 适 用 于 与 光 速 相 比 的 低 速 运 动 情 况 。 在 高 速运 动 情 况 下 ， 时 间 和 长 度 不 能 再 认 为 与 观 测 者 的 运 动 无 关 。 第 二个 假 定 只

24、 适 用 于 宏 观 物 体 。 在 微 观 系 统 中 ， 所 有 物 理 量 在 原 则 上不 可 能 同 时 被 精 确 测 定 。 因 此 经 典 力 学 的 定 律 一 般 只 是 宏 观 物 体低 速 运 动 时 的 近 似 定 律 。【 牛 顿 力 学 】它 是 以 牛 顿 运 动 定 律 为 基 础 ， 在 17 世 纪 以 后 发 展 起 来 的 。直 接 以 牛 顿 运 动 定 律 为 出 发 点 来 研 究 质 点 系 统 的 运 动 ， 这 就 是 牛顿 力 学 。 它 以 质 点 为 对 象 ， 着 眼 于 力 的 概 念 ， 在 处 理 质 点 系 统 问题 时 ，

25、 须 分 别 考 虑 各 个 质 点 所 受 的 力 ， 然 后 来 推 断 整 个 质 点 系 统的 运 动 。 牛 顿 力 学 认 为 质 量 和 能 量 各 自 独 立 存 在 ， 且 各 自 守 恒 ，它 只 适 用 于 物 体 运 动 速 度 远 小 于 光 速 的 范 围 。 牛 顿 力 学 较 多 采 用直 观 的 几 何 方 法 ， 在 解 决 简 单 的 力 学 问 题 时 ， 比 分 析 力 学 方 便 简单 。【 分 析 力 学 】经 典 力 学 按 历 史 发 展 阶 段 的 先 后 与 研 究 方 法 的 不 同 而 分 为 牛顿 力 学 及 分 析 力 学 。 17

26、88 年 拉 格 朗 日 发 展 了 欧 勒 达 朗 伯 等 人 的工 作 ， 发 表 了 “分 析 力 学 ”。 分 析 力 学 处 理 问 题 时 以 整 个 力 学 系 统作 为 对 象 ， 用 广 义 坐 标 来 描 述 整 个 力 学 系 统 的 位 形 ， 着 眼 于 能 量概 念 。 在 力 学 系 统 受 到 理 想 约 束 时 ， 可 在 不 考 虑 约 束 力 的 情 况 下来 解 决 系 统 的 运 动 问 题 。 分 析 力 学 较 多 采 用 抽 象 的 分 析 方 法 ， 在解 决 复 杂 的 力 学 问 题 时 显 出 其 优 越 性 。【 理 论 力 学 】是

27、力 学 与 数 学 的 结 合 。 理 论 力 学 是 数 学 物 理 的 一 个 组 成 部 分， 也 是 各 种 应 用 力 学 的 基 础 。 它 一 般 应 用 微 积 分 、 微 分 方 程 、 矢量 分 析 等 数 学 工 具 对 牛 顿 力 学 作 深 入 的 阐 述 并 对 分 析 力 学 作 系 统的 介 绍 。 由 于 数 学 更 深 入 地 应 用 于 力 学 这 个 领 域 ， 使 力 学 更 加 理论 化 。【 运 动 学 】用 纯 粹 的 解 析 和 几 何 方 法 描 述 物 体 的 运 动 ， 对 物 体 作 这 种 运动 的 物 理 原 因 可 不 考 虑 。

28、 亦 即 从 几 何 方 面 来 研 究 物 体 间 的 相 对 位置 随 时 间 的 变 化 ， 而 不 涉 及 运 动 的 原 因 。【 动 力 学 】讨 论 质 点 系 统 所 受 的 力 和 在 力 作 用 下 发 生 的 运 动 两 者 之 间 的关 系 。 以 牛 顿 定 律 为 基 础 ， 根 据 不 同 的 需 要 提 出 了 各 种 形 式 的 动力 学 基 本 原 理 ， 如 达 朗 伯 原 理 、 拉 格 朗 日 方 程 、 哈 密 顿 原 理 ， 正则 方 程 等 。 根 据 系 统 现 时 状 态 以 及 内 部 各 部 分 间 的 相 互 作 用 和 系统 与 它

29、周 围 环 境 之 间 的 相 互 作 用 可 预 言 将 要 发 生 的 运 动 。【 弹 性 力 学 】它 是 研 究 弹 性 体 内 由 于 受 到 外 力 的 作 用 或 温 度 改 变 等 原 因 而发 生 的 应 力 ， 形 变 和 位 移 的 一 门 学 科 ， 故 又 称 弹 性 理 论 。 弹 性 力学 通 常 所 讨 论 的 是 理 想 弹 性 体 的 线 性 问 题 。 它 的 基 本 假 定 是 ： 物体 是 连 续 、 均 匀 和 各 向 同 性 的 ； 物 体 是 完 全 弹 性 体 ； 在 施 加 负 载前 ， 体 内 没 有 初 应 力 ； 物 体 的 形 变

30、十 分 微 小 。 根 据 上 述 假 定 ， 对应 力 和 形 变 关 系 而 作 的 数 学 推 演 常 称 为 数 学 弹 性 力 学 。 此 外 还 有应 用 弹 性 力 学 。 如 物 体 形 变 不 是 十 分 微 小 ， 可 用 非 线 性 弹 性 理 论来 研 究 。 若 物 体 内 部 应 力 超 过 了 弹 性 极 限 ， 物 体 将 进 入 非 完 全 弹性 状 态 。 此 时 则 必 须 用 塑 性 理 论 来 研 究 。【 连 续 介 质 力 学 】它 是 研 究 质 量 连 续 分 布 的 可 变 形 物 体 的 运 动 规 律 ， 主 要 讨 论一 切 连 续 介

31、 质 普 遍 遵 从 的 力 学 规 律 。 例 如 ， 质 量 守 恒 、 动 量 和 角动 量 定 理 、 能 量 守 恒 等 。 弹 性 体 力 学 和 流 体 力 学 有 时 综 合 讨 论 称为 连 续 介 质 力 学 。【 力 】物 体 之 间 的 相 互 作 用 称 为 “力 ”。 当 物 体 受 其 他 物 体 的 作 用 后， 能 使 物 体 获 得 加 速 度 （ 速 度 或 动 量 发 生 变 化 ） 或 者 发 生 形 变 的都 称 为 “力 ”。 它 是 物 理 学 中 重 要 的 基 本 概 念 。 在 力 学 的 范 围 内 ， 所谓 形 变 是 指 物 体 的

32、形 状 和 体 积 的 变 化 。 所 谓 运 动 状 态 的 变 化 指 的是 物 体 的 速 度 变 化 ， 包 括 速 度 大 小 或 方 向 的 变 化 ， 即 产 生 加 速 度。 力 是 物 体 （ 或 物 质 ） 之 间 的 相 互 作 用 。 一 个 物 体 受 到 力 的 作 用， 一 定 有 另 一 个 物 体 对 它 施 加 这 种 作 用 ， 前 者 是 受 力 物 体 ， 后 者是 施 力 物 体 。 只 要 有 力 的 作 用 ， 就 一 定 有 受 力 物 体 和 施 力 物 体 。平 常 所 说 ， 物 体 受 到 了 力 ， 而 没 指 明 施 力 物 体 ，

33、 但 施 力 物 体 一 定是 存 在 的 。 不 管 是 直 接 接 触 物 体 间 的 力 ， 还 是 间 接 接 触 的 物 体 间的 力 作 用 ； 也 不 管 是 宏 观 物 体 间 的 力 作 用 ， 还 是 微 观 物 体 间 的 力作 用 ， 都 不 能 离 开 物 体 而 单 独 存 在 的 。 力 的 作 用 与 物 质 的 运 动 一样 要 通 过 时 间 和 空 间 来 实 现 。 而 且 ， 物 体 的 运 动 状 态 的 变 化 量 或物 体 形 态 的 变 化 量 ， 取 决 于 力 对 时 间 和 空 间 的 累 积 效 应 。 根 据 力的 定 义 ， 对 任

34、 何 一 个 物 体 ， 力 与 它 产 生 的 加 速 度 方 向 相 同 ， 它 的大 小 与 物 体 所 产 生 的 加 速 度 成 正 比 。 且 两 力 作 用 于 同 一 物 体 所 产生 的 加 速 度 ， 是 该 两 力 分 别 作 用 于 该 物 体 所 产 生 的 加 速 度 的 矢 量和 。力 是 一 个 矢 量 ， 力 的 大 小 、 方 向 和 作 用 点 是 表 示 力 作 用 效 果的 重 要 特 征 ， 称 它 为 力 的 三 要 素 。 力 的 合 成 与 分 解 遵 守 平 行 四 边形 法 则 。 在 国 际 单 位 制 （ SI） 中 ， 规 定 使 质

35、 量 为 一 千 克 的 物 体 ，产 生 加 速 度 为 1 米 秒 2 的 力 为 1 牛 顿 ， 符 号 是 N。 （ 1 千 克 力 9 80665 牛 顿 。 1 牛 顿 105 达 因 ）力 的 种 类 很 多 。 根 据 力 的 效 果 来 分 的 有 压 力 、 张 力 、 支 持 力、 浮 力 、 表 面 张 力 、 斥 力 、 引 力 、 阻 力 、 动 力 、 向 心 力 等 等 。 根据 力 的 性 质 来 分 的 有 重 力 、 弹 力 、 弹 力 、 摩 擦 力 、 分 子 力 、 电 磁力 、 核 力 等 等 。 在 中 学 阶 段 ， 一 般 分 为 场 力 （

36、 包 括 重 力 、 电 场 力、 磁 场 力 等 ） ， 弹 力 （ 压 力 、 张 力 、 拉 力 等 ） ， 摩 擦 力 （ 静 摩 擦力 、 滑 动 摩 擦 力 等 ） 。【 力 的 三 要 素 】力 的 大 小 、 方 向 和 作 用 点 合 称 为 “力 的 三 要 素 ”。 常 用 有 向 线段 来 表 示 力 。 线 段 的 长 度 跟 力 的 大 小 成 正 比 ， 箭 头 表 示 力 的 方 向， 线 段 的 起 点 表 示 力 的 作 用 点 。 用 上 述 方 式 表 示 力 叫 “力 的 图 式法 ”。 当 考 虑 有 关 力 的 问 题 时 ， 必 须 考 虑 这

37、三 个 要 素 。【 物 性 】 是 物 理 学 的 内 容 之 一 ， 是 研 究 有 关 物 质 的 气 、 液 、 固 三 态 的力 学 和 热 学 性 质 的 科 学 。 物 性 学 原 指 研 究 物 质 三 态 的 机 械 性 质 和热 性 质 的 学 科 。 随 着 对 物 质 性 质 的 研 究 ， 逐 渐 由 力 学 和 热 学 扩 展到 电 磁 学 、 光 学 等 方 面 ， 物 性 学 所 涉 及 的 范 围 太 广 ， 现 已 不 再 作为 一 门 单 独 的 学 科 ， 而 将 其 内 容 分 别 纳 入 有 关 的 部 门 。【 物 理 变 化 】指 物 质 的 状

38、 态 虽 然 发 生 了 变 化 ， 但 一 般 说 来 物 质 本 身 的 组 成成 分 却 没 有 改 变 。 例 如 ： 位 置 、 体 积 、 形 状 、 温 度 、 压 强 的 变 化， 以 及 气 态 、 液 态 、 固 态 间 相 互 转 化 等 。 还 有 物 质 与 电 磁 场 的 相互 作 用 ， 光 与 物 质 的 相 互 作 用 ， 以 及 微 观 粒 子 （ 电 子 、 原 子 核 、基 本 粒 子 等 ） 间 的 相 互 作 用 与 转 化 ， 都 是 物 理 变 化 。【 物 质 】物 质 为 构 成 宇 宙 间 一 切 物 体 的 实 物 和 场 。 例 如 空

39、 气 和 水 ， 食物 和 棉 布 ， 煤 炭 和 石 油 ， 钢 铁 和 铜 、 铝 ， 以 及 人 工 合 成 的 各 种 纤维 、 塑 料 等 等 ， 都 是 物 质 。 世 界 上 ， 我 们 周 围 所 有 的 客 观 存 在 都是 物 质 。 人 体 本 身 也 是 物 质 。 除 这 些 实 物 之 外 ， 光 、 电 磁 场 等 也是 物 质 ， 它 们 是 以 场 的 形 式 出 现 的 物 质 。物 质 的 种 类 形 态 万 千 ， 物 质 的 性 质 多 种 多 样 。 气 体 状 态 的 物质 ， 液 体 状 态 的 物 质 或 固 体 状 态 的 物 质 ； 单 质

40、 、 化 合 物 或 混 合 物； 金 属 和 非 金 属 ； 矿 物 与 合 金 ； 无 机 物 和 有 机 物 ； 天 然 存 在 的 物质 和 人 工 合 成 的 物 质 ； 无 生 命 的 物 质 与 生 命 物 质 以 及 实 体 物 质 和场 物 质 等 等 。 物 质 的 种 类 虽 多 ， 但 它 们 有 其 特 性 ， 那 就 是 客 观 存在 ， 并 能 够 被 观 测 ， 以 及 都 具 有 质 量 和 能 量 。【 物 体 】由 物 质 构 成 的 ， 占 有 一 定 空 间 的 个 体 都 称 为 物 体 。 通 过 人 类感 觉 器 官 可 感 觉 到 它 存 在

41、的 客 观 现 实 。【 张 力 】被 拉 伸 的 弦 、 绳 等 柔 性 物 体 对 拉 伸 它 的 其 他 物 体 的 作 用 力 或被 拉 伸 的 柔 性 物 体 内 部 各 部 分 之 间 的 作 用 力 。 例 如 ， 某 绳 AB 可以 看 成 是 A C 和 C B 两 段 组 成 ， 其 中 C 为 绳 A B 中 的 任 一 横截 面 ， AC 段 和 CB 段 的 相 互 作 用 力 就 是 张 力 。 在 绳 的 截 面 上 单 位面 积 所 受 的 张 力 称 为 张 应 力 。【 力 的 单 位 】在 mkgs 制 中 力 的 单 位 是 “牛 顿 ”。 力 的 大

42、小 ， 习 惯 上 用 重 量的 单 位 。 若 在 弹 簧 秤 上 挂 500 克 的 砝 码 时 的 伸 长 长 度 与 用 手 拉 弹簧 秤 的 伸 长 长 度 相 同 时 ， 手 的 拉 力 便 与 500 克 砝 码 的 重 力 大 小 相同 。 因 此 ， 与 500 克 的 重 量 同 样 作 用 的 力 ， 就 用 500 克 的 力 来表 示 。 但 实 际 上 ， 克 、 千 克 都 是 质 量 的 单 位 ， 克 重 或 千 克 重 等 重量 单 位 是 属 于 力 的 一 种 重 力 单 位 ， 不 能 代 表 全 部 ， 而 且 在 计 算 上数 值 不 同 ， 故

43、有 力 之 绝 对 单 位 。 依 牛 顿 力 学 的 定 义 ： 力 质 量 加 速 度 。 质 量 为 1 千 克 的 质 点 ， 在 力 的 方 向 产 生 1 米 秒 2 的加 速 度 时 ， 则 称 该 力 为 1 千 克 米 秒 2 1 牛 顿 。 因 质 点 受 地 球引 力 作 用 ， 下 落 时 的 重 力 加 速 度 为 g 9 8 米 秒 2， 故 质 量 为1 千 克 的 质 点 的 重 量 W mg 19 8 千 克 米 秒 2 9 8 牛顿 。【 牛 顿 】它 是 国 际 单 位 制 中 力 的 单 位 。 使 质 量 是 1 千 克 的 物 体 获 得1 米 秒

44、-2 加 速 度 的 力 叫 作 1“牛 顿 ”。 符 号 用 N 表 示 。 （ 1 牛 顿 105 达 因 ） 。【 重 力 】地 球 对 物 体 的 引 力 称 为 “重 力 ”。 关 于 重 力 有 各 种 不 同 的 解 释， 如 ， 是 一 个 物 体 在 宇 宙 中 受 到 其 他 物 体 万 有 引 力 作 用 的 总 合 ；重 力 即 地 球 对 物 体 的 吸 引 力 ； 重 力 是 由 于 地 球 的 吸 引 而 使 物 体 受到 的 力 ； 宇 宙 中 的 每 个 质 点 与 其 它 质 点 之 间 ， 都 存 在 着 一 种 引 力性 的 相 互 作 用 ， 与 两

45、质 点 质 量 的 乘 积 成 正 比 ， 与 其 间 距 离 的 平 方成 反 比 ， 这 种 相 互 作 用 称 为 “重 力 ”。上 述 几 种 讲 法 虽 略 有 区 别 ， 但 强 调 了 它 们 的 本 质 是 引 力 。 因为 处 于 引 力 场 的 物 体 都 受 到 重 力 ， 重 力 的 本 质 是 引 力 相 互 作 用 。地 面 附 近 的 物 体 ， 由 于 其 它 天 体 距 离 它 很 远 ， 地 球 上 其 它 物 体 对它 的 万 有 引 力 很 小 ， 所 以 该 物 体 的 重 力 是 指 地 球 对 它 的 万 有 引 力， 其 方 向 指 向 地 心

46、。 离 地 面 愈 远 ， 重 力 愈 小 。 同 一 物 体 在 地 球 上不 同 地 点 重 力 也 稍 有 不 同 ， 从 赤 道 到 两 极 重 力 是 逐 渐 增 加 的 ， 因为 地 球 是 一 个 扁 球 体 ， 其 赤 道 处 半 径 大 于 两 极 半 径 。 地 球 上 的 物体 随 地 球 的 自 转 而 作 匀 速 圆 周 运 动 ， 作 匀 速 圆 周 运 动 的 物 体 所 需的 向 心 力 ， 来 源 于 地 球 对 物 体 的 引 力 。 向 心 力 与 重 力 同 为 引 力 的分 力 。 由 于 地 球 上 各 地 的 地 形 与 地 质 构 造 不 同 ，

47、 物 体 在 地 球 上 不同 的 地 点 引 力 将 有 所 变 化 ， 而 物 体 的 重 力 也 随 之 而 变 化 。 利 用 这种 重 力 的 变 化 可 以 探 矿 （ 可 探 测 煤 、 铁 、 铜 矿 及 石 油 的 蕴 藏 量 等） 。【 重 量 】在 地 球 表 面 附 近 ， 物 体 所 受 重 力 的 大 小 ， 称 为 “重 量 ”。 地 球表 面 上 的 物 体 ， 除 受 地 球 对 它 的 重 力 作 用 外 ， 由 于 地 球 的 自 转 ，还 将 受 到 惯 性 离 心 力 的 作 用 ， 这 两 个 力 的 合 力 的 大 小 称 为 该 物 体的 重 量

48、 。 习 惯 上 人 们 认 为 ： 物 体 所 受 到 的 重 力 就 是 它 本 身 的 重 量。 对 重 量 的 解 释 有 许 多 说 法 ， 例 如 ， 重 量 就 是 重 力 ； 物 体 的 重 量就 是 地 球 对 该 物 体 的 万 有 引 力 ； 重 量 即 物 体 所 受 重 力 的 大 小 ； 重量 是 物 体 静 止 时 ， 拉 紧 竖 直 悬 绳 的 力 或 压 在 水 平 支 持 物 上 的 力 。上 述 几 种 讲 法 ， 有 的 强 调 重 量 即 重 力 ， 是 矢 量 ， 它 们 的 本 质是 引 力 。 有 的 强 调 重 力 不 是 矢 量 ， 重 量

49、是 重 力 的 大 小 ， 是 标 量 。还 有 的 是 以 测 量 法 则 作 为 重 量 的 定 义 。 这 些 不 同 的 定 义 只 是 解 释的 不 同 而 已 ， 谈 不 到 对 与 错 。质 量 为 1 千 克 的 物 体 ， 在 纬 度 45的 海 平 面 上 所 受 的 重 力 即重 量 称 为 1 千 克 力 。 不 同 的 物 体 重 量 不 同 ， 同 一 物 体 在 地 球 上 的位 置 不 同 ， 它 的 重 量 也 有 差 异 。 1 千 克 的 物 体 ， 在 赤 道 上 称 得 重量 是 0 0973 千 克 力 ， 而 在 北 极 称 之 则 是 1 0026 千 克 力 。 同一 物 体 所 处 位 置 不 同 ， 其 质 量 不 变 ， 而 重 量 则 愈 近 两 极 和 愈 近 地面 则 愈 大 。物 理 学 的 研 究 方 法对 于 物 理 学 理 论 和 实 验 来 说 ， 物 理 量 的 定 义 和 测 量 的 假 设选 择 ， 理 论 的 数 学 展 开 ， 理 论 与 实 验 的 比 较 是 与 实 验 定 律 一 致 ，是 物 理