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1、大 学 物 理绪 论,*明确为什么学？学什么？怎样学？,课程介绍,*了解物质世界的整体图象。,物质世界,绪 论,*获得学习“大学物理”的自觉意识和较高 的起点。,目 的：,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（191819
2、88）美国物理学家，诺贝尔物理奖获得者,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,雷 电,人体带电后头发 竖起、散开,在物质世界中，有多姿的物理现象，在实验里有精彩的实验。看一看物理知识是多么广博，多么有用，又多么有趣。,火箭发射,物理无处不在 人人离不开物理,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。,不仅仅是为后续
3、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,学习目的：,定位：,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（1718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。,电子和信息技术的物理基础,直接从各分支物理实验室移植到工业上的新
4、技术,IBM公司构成的铂片表面的“一氧化碳人”身高5纳米。,全世界工科大学无一例外将物理作为重要基础课,物理学的研究成果和研究方法直接影响和推动着其它学科的发展。,DNA双螺旋结构图,两个物理学家一个生物学家一个化学家,1962年获诺贝尔奖,1953年，克里克、威尔金斯发表论文，DNA结构首次诞生。,高新技术如空间技术、现代通信技术、微电子技术、激光技术等的发展都与物理学密不可分。,扫描隧道显微镜(STM),被激光囚禁的伽原子云,1982年，国际商业机器公司苏黎世实验室的葛.宾尼博士和海.罗雷尔博士及其同事们共同研制成功了世界第一台新型的表面分析仪器STM。,（应用隧道效应的显微镜）,单原子拼
5、成的汉字,STM 操纵原子不是梦,它使人类第一次能够实时地观察单个原子物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理、化学性质，被国际公认为80年代世界十大科技成就之一。1986年，宾尼博士和罗雷尔与发明电子显微镜的鲁斯卡获诺贝尔物理学奖。,在温度4K、超高真空的条件下，在清洁的单晶Cu表面蒸镀一层Fe原子然后用扫描隧道显微镜针尖操作，让48个Fe原子围成一个半径为713nm的圆圈“量子围栏”。,扫描隧道显微镜(STM),二.学什么？,1.学习物理知识要注意 整体性、发展性和迁移性。,场,物质的形态：,实物,运动的形式：,机械运动,分子热运动,电磁运动,量子运动,这些是物质运动最基本、最普遍的运
6、动形式,物 质 世 界,物理学是研究 物质结构和运动基本规律的科学,物理学有许多分支学科，如力学、热学、电磁学、光学、统计物理学、量子力学、凝聚态物理学、粒子物理学(高能物理)等等。物理学的研究范围是非常广阔的。,银河系,现代的标准宇宙模型告诉我们，宇宙是在一百多亿年前的一次大爆炸中诞生的。以s（秒）为单位，宇宙的年龄约为1018s的数量级。,1.从时间尺度来看,共计跨越了45个数量级,时间跨45个数量级,硬 射线的周期是 10 27S。,2.从空间尺度来看,跨越了4243个数量级,宇观,宏观,微观,1、萌芽时期：,物 理 学 的 发 展,墨 翟,沈 括,哥白尼,德谟克利特（约前460前370
7、）,古希腊哲学家，原子唯物论的创立者之一。他认为，万物的本原是原子和虚空。原子是不可再分的物质微粒，虚空是原子运动的场所。,墨 经,梦溪笔谈,天体运行论,2、经典物理学：,经典力学,开普勒，伽利略，牛顿,1606-1619年 开普勒总结出行星运动三 大定律,1632年 伽利略关于托勒密和哥白尼 两大世界体系的对话,1638年 伽利略两门新科学,1687年 牛顿自然哲学的数学原理,热力学 与统计物理,热力学 基础,统计物 理,焦耳，迈尔，开尔文，克劳修斯,波耳兹曼 吉布斯,电磁学,库仑，法拉第，麦克斯韦，赫兹,1873年 麦克斯韦电学磁学论,3、现代物理学：,现代物理学基础：,旧量子论,普朗克,
8、狭义相对论,爱因斯坦,广义相对论,爱因斯坦,1900年 普朗克 旧量子论诞生,1905年 爱因斯坦狭义相对论 光量子假 设 论运动系统的电动力学 物体的惯性同它所含的能量有关吗,1916年 爱因斯坦广义相对论,量子力学,薛定谔,海森堡,薛定谔,波 尔,德布罗意,海森堡,1925年 薛定谔波动力学 海森堡矩阵力学,现代物理学的发展：,粒子物理学,原子核物理学,原子与分子物理学,凝聚态物理学,等离子体物理,天体物理学,生物物理等等,物理学的研究正向很小、很大、很复杂这三个方向发展,物理学的两个前沿：粒子物理学和天体物理学,人们从自己向小尺度追问 以探索物质的组成,物理学上对应 粒子物理学（高能物理
9、学）,研究比原子核更深层次的微观世界中物质的结构性质以及在很高能量（GeV,109eV）下这些物质相互转化的现象和产生这些现象的原因与规律。,研究质子、中子、电子和光子等微观粒子运动规律的物理学是粒子物理。,中国北京正负电子对撞机，用来探索微观粒子的运动规律,北京正负电子对撞机（BEPC）的正电子源,1988年建成，1992年成果：将子质量测量精度提高10倍2003年：发现新粒子2004年：国家投入6.4亿元改造，搭建通向诺贝尔奖平台,夸克包括下、上、奇异、粲、底、顶种。轻子也有种，即电子、电子中微子、子（缪子）、子中微子、子（陶子）和子中微子。,但近来有消息称：quark 也可一分为二,目前
10、物理学界公认组成物质的最小单元是夸克（quark），即认为quark没有内部结构。,认识无止境,说明,六十-七十年代建立夸克理论。将夸克分为“六味”,即：,上夸克u；下夸克d；奇异夸克s；粲夸克c；底夸克b；顶夸克t。,除了有味,夸克还有三种“颜色”，共18种夸克。,人们从自己向大尺度追问以探索宇宙的奥秘,宇宙学是以量子论、相对论、原子核物理学和粒子物理学等为理论武器，以大口径光学望远镜和射电、红外、紫外、X射线等技术以及空间探测器等为手段，研究宇宙的历史、现状和未来。,物理学上对应 宇宙学,五、物理学的研究方法,实验理论实验新的理论,1、通过观察、实验、计算机模拟得到事实和数据,2、用已知的可用的原理分析事实和数据,3、形成假说和理论解释事实,4、预言新的事实和结果,观察、实验、模拟、演绎、归纳、分析、综合、类比、理想化、假说,六、物理学与物理学人才,钱伟长,“9.18”后，科学救国热潮，大量学生要求学物理。物理系主任吴有训：一年级数学、物理、微积分考70可到物理系试读。钱伟长连续7周考试不及格。,清华入学成绩：中文、历史各100 数、理（5）、化、英四门共25,吴有训告诉钱伟长：1、不能背，要学懂2、把不懂的记下来，每天看看弄懂多少。,不懂的问题有三类：1、没人懂2、现在不懂，将来会懂3、不需要懂,只要有恒心、有信心一就定能学好,
