物理學(xué)的研究對象

1、1Teaching PhilosophyKnowledgeConfucius (Eastern)Socrates (Western)Knowledge21 物理學(xué)的研究對象物理學(xué)的研究對象緒緒 論論2 2 物理學(xué)的研究方法物理學(xué)的研究方法3 物理學(xué)與科學(xué)技術(shù)物理學(xué)與科學(xué)技術(shù)4 4 為什么要學(xué)習(xí)物理學(xué)為什么要學(xué)習(xí)物理學(xué)* 物理學(xué)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用物理學(xué)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用 3一、物質(zhì)世界一、物質(zhì)世界研究的對象十分廣泛研究的對象十分廣泛 宇觀、宏觀、介觀、宇觀、宏觀、介觀、微觀，為人們描繪出一幅五彩繽紛的圖畫微觀，為人們描繪出一幅五彩繽紛的圖畫1 物理學(xué)的研究對象物理學(xué)的研究對象 物理學(xué)古稱自然哲學(xué)。物理學(xué)

2、古稱自然哲學(xué)。 “ “Physics” “Physics” “” 物理學(xué)是探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)（物理學(xué)是探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)（“物物”）及其運(yùn)動的基本規(guī)）及其運(yùn)動的基本規(guī)律（律（“理理”）的科學(xué)。）的科學(xué)。 b空間尺度空間尺度( (相差相差1010454510104646) )101026 26 m(m(約約150150億光年億光年) )( (宇宙宇宙) )101020 20 m m( (夸克夸克) )b時間尺度時間尺度( (相差相差10104545) )10101818s 150s 150億年億年( (宇宙年齡宇宙年齡) )-10-10-27-27s s( (硬硬 射線周期射線周期) )b速率范圍速率范圍0

3、(0(靜止靜止) ) - 3x10- 3x108 8 m/sm/s( (光速光速) )4人們從自己向人們從自己向小尺度追問小尺度追問 以探索以探索物質(zhì)的組成物質(zhì)的組成 物理學(xué)上對應(yīng)物理學(xué)上對應(yīng) 粒子物理學(xué)粒子物理學(xué) 目前物理學(xué)界公認(rèn)組成物質(zhì)的最小單元是目前物理學(xué)界公認(rèn)組成物質(zhì)的最小單元是夸克夸克 即認(rèn)為即認(rèn)為quarkquark沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu), ,但近來有消息稱但近來有消息稱: : quark quark 也也可一分為二可一分為二, ,說明說明認(rèn)識是無止境的認(rèn)識是無止境的人們從自己向人們從自己向大尺度追問以探索大尺度追問以探索宇宙的奧秘宇宙的奧秘 物理學(xué)上對應(yīng)物理學(xué)上對應(yīng) 天體物理學(xué)

4、天體物理學(xué)b空間尺度空間尺度( (相差相差1010454510104646) )101026 26 m(m(約約150150億光年億光年) )( (宇宙宇宙) )101020 20 m m( (夸克夸克) )標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型給出的宇宙標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型給出的宇宙起源起源與基本粒子的標(biāo)準(zhǔn)與基本粒子的標(biāo)準(zhǔn) 模型給出的物質(zhì)模型給出的物質(zhì)組成組成是一致的。是一致的。51m10-2010-1510-1010-5101510510101025 1020W+粒子粒子微觀微觀介觀介觀宏觀宏觀宇觀宇觀山山太陽系太陽系地球地球星系團(tuán)星系團(tuán)星系星系原子原子原子核原子核DNA人人6物質(zhì)世界結(jié)構(gòu)物質(zhì)世界結(jié)構(gòu)實(shí)物實(shí)物分分 子子原原

5、 子子原子核原子核質(zhì)子質(zhì)子中子中子夸夸 克克 電電 子子（輕子）（輕子） 場場 規(guī)范玻色子規(guī)范玻色子宇宇宙宙大大爆爆炸炸標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)模模型型粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型宇宇 宙宙費(fèi)米子費(fèi)米子7空間尺度舉例 （單位：m）已觀測到的宇宙范圍極限1026超星系團(tuán)尺度1024銀河系半徑7.61022光一年內(nèi)所走的距離1016日地距離1.51011太陽半徑7108地球半徑6106b空間尺度空間尺度( (相差相差1010454510104646) )101026 26 m(m(約約150150億光年億光年) )( (宇宙宇宙) )101020 20 m m( (夸克夸克) )8無線電中波波長103核動力航

6、空母艦長度3102人類身高1.6灰塵線度10-3人類紅細(xì)胞細(xì)胞直徑10-6細(xì)菌線度10-9原子線度10-10原子核線度10-15基本粒子線度10-17夸克10-209人類已觀測到的宇宙大致范圍人類已觀測到的宇宙大致范圍10目前人類所研究的物質(zhì)世界的最目前人類所研究的物質(zhì)世界的最小物質(zhì)為夸克小物質(zhì)為夸克11b時間尺度時間尺度( (相差相差10104545) )10101818s 150s 150億年億年( (宇宙年齡宇宙年齡) )-10-10-27-27s s( (硬硬 射線周期射線周期) )時間尺度舉例 （單位：s）宇宙年齡1018太陽系年齡1.41017原始人出現(xiàn)1013最早的文字記錄1.6

7、1011人類平均壽命2.2109地球公轉(zhuǎn)3.2107地球自轉(zhuǎn)8.610412太陽光到地球的傳播時間5102人類心臟跳動周期1聲波的周期10-3無線電波的周期10-6+介子的平均壽命10-9分子振動周期10-12原子振動周期(光波周期)10-15光穿越原子的時間10-18最短的粒子壽命10-25硬 射線周期10-2713b質(zhì)量范圍質(zhì)量范圍( (相差相差10107676) )10104141kg kg ( (銀河系銀河系) )-10-10-35-35kgkg( (中微子質(zhì)量中微子質(zhì)量) )銀河系2.21041太陽2.01030地球6.01024月亮7.41022地球上的海洋1.41021遠(yuǎn)洋輪船1

8、08質(zhì)量范圍舉例 （單位：kg）14大象103人7.0101葡萄10-3灰塵10-10煙草花葉病毒2.310-13青霉素分子5.010-17鈾原子4.010-26質(zhì)子1.710-27電子9.110-31中微子2.010-3515b空間尺度空間尺度( (相差相差1010454510104646) )101026 26 m(m(約約150150億光年億光年) )( (宇宙宇宙) )101020 20 m m( (夸克夸克) )不同尺度和速度范圍的對象，不同尺度和速度范圍的對象，要用不同的物理學(xué)規(guī)律研究要用不同的物理學(xué)規(guī)律研究b時間尺度時間尺度( (相差相差10104545) )10101818s

9、150s 150億年億年( (宇宙年齡宇宙年齡) )-10-10-27-27s s( (硬硬 射線周期射線周期) )b速率范圍速率范圍0(0(靜止靜止) ) - 3x10- 3x108 8 m/sm/s( (光速光速) )研究對象b質(zhì)量范圍質(zhì)量范圍( (相差相差10107676) )10104141kg kg ( (銀河系銀河系) )-10-10-35-35kgkg( (中微子質(zhì)量中微子質(zhì)量) )16自然界存在的四種基本相互作用自然界存在的四種基本相互作用 : : 1 1、引力相互作用、引力相互作用2 2、電磁相互作用、電磁相互作用3 3、強(qiáng)相互作用、強(qiáng)相互作用4 4、弱相互作用、弱相互作用二

10、、基本的相互作用二、基本的相互作用長10-38引力子引力相互作用短（10-18m）10-13中間玻色子弱相互作用長10-2光子電磁相互作用短（10-15m）1膠子和介子強(qiáng)相互作用作用距離強(qiáng)度*媒介粒子類型*：在距離源10-15m處，相對于強(qiáng)相互作用的相對強(qiáng)度17b演繹法演繹法推理，演算推理，演算b歸納法歸納法假設(shè)，模型假設(shè)，模型b定性和半定量定性和半定量物理上的直覺、物理上的直覺、想象力、洞察力想象力、洞察力也常常產(chǎn)生重大也常常產(chǎn)生重大突破和發(fā)現(xiàn)突破和發(fā)現(xiàn)2 2 物理學(xué)的研究方法物理學(xué)的研究方法物理學(xué)物理學(xué)是一門理論和實(shí)是一門理論和實(shí)驗(yàn)高度結(jié)合的精確科學(xué)驗(yàn)高度結(jié)合的精確科學(xué). .18具體地說，

11、物理學(xué)還有許多有特色的方法具體地說，物理學(xué)還有許多有特色的方法 對稱性分析對稱性分析 守恒量的利用守恒量的利用 簡化模型的選取簡化模型的選取 概念和方法的類比概念和方法的類比 定性和半定量分析定性和半定量分析 量綱分析量綱分析 能量分析能量分析 193 物理學(xué)與科學(xué)技術(shù)物理學(xué)與科學(xué)技術(shù) 歷史上歷史上物理與技術(shù)的關(guān)系大致有物理與技術(shù)的關(guān)系大致有兩種模式：兩種模式：技術(shù)物理技術(shù)技術(shù)物理技術(shù)( (以第一次工業(yè)革命為標(biāo)志以第一次工業(yè)革命為標(biāo)志) )物理技術(shù)物理物理技術(shù)物理( (以電氣化進(jìn)程為標(biāo)志以電氣化進(jìn)程為標(biāo)志) ) 2020世紀(jì)世紀(jì)兩種模式并存、交叉，兩種模式并存、交叉，但幾乎所有重大但幾乎所有重

12、大新技術(shù)的創(chuàng)立，新技術(shù)的創(chuàng)立，都是以物理學(xué)的發(fā)展為先導(dǎo)的。都是以物理學(xué)的發(fā)展為先導(dǎo)的。一、物理規(guī)律的普適性一、物理規(guī)律的普適性二、物理學(xué)與科學(xué)技術(shù)二、物理學(xué)與科學(xué)技術(shù)1、經(jīng)典物理：、經(jīng)典物理：宏觀、低速宏觀、低速2、現(xiàn)代物理：、現(xiàn)代物理：相對論、量子論相對論、量子論20 物理等基礎(chǔ)科學(xué)與工程技術(shù)的關(guān)系可形象地物理等基礎(chǔ)科學(xué)與工程技術(shù)的關(guān)系可形象地 用工程技術(shù)的用工程技術(shù)的“知識之樹知識之樹”表示：表示：例如：例如： 被譽(yù)為第二次工業(yè)革命的整個信息技術(shù)的發(fā)生、被譽(yù)為第二次工業(yè)革命的整個信息技術(shù)的發(fā)生、 發(fā)展，其硬件部分幾乎都以物理學(xué)成果為基礎(chǔ)：發(fā)展，其硬件部分幾乎都以物理學(xué)成果為基礎(chǔ)：愛因斯坦受

13、激輻愛因斯坦受激輻射理論（射理論（19171917）（物理）（物理）第一臺激光器第一臺激光器誕生（誕生（19601960）（技術(shù)）（技術(shù)）現(xiàn)代光學(xué)現(xiàn)代光學(xué)（物理）（物理）量子力學(xué)量子力學(xué)費(fèi)米費(fèi)米狄拉克統(tǒng)計狄拉克統(tǒng)計固體能帶理論固體能帶理論（2020年代）年代）（物理）（物理）晶體管誕生晶體管誕生(1947)(1947)集成電路集成電路(1962)(1962)大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路（7070年代后期）年代后期）（技術(shù)）（技術(shù)）微結(jié)構(gòu)微結(jié)構(gòu)物理物理（物理）（物理）21 工程技術(shù)的工程技術(shù)的“知識之樹知識之樹”電氣工程電氣工程電力電力電子電子自動控制自動控制22* * 醫(yī)學(xué)中的物理學(xué)醫(yī)學(xué)中的物

14、理學(xué)1、超聲、超聲2、放射性、放射性1 1） 超聲診斷：超聲診斷：B B超、超聲多普勒血流計、超、超聲多普勒血流計、超聲胎心儀等等超聲胎心儀等等2 2） 超聲治療：高頻超聲碎石、碎血栓；利超聲治療：高頻超聲碎石、碎血栓；利 用超聲波的熱效應(yīng)，加快骨傷愈合速度、治用超聲波的熱效應(yīng)，加快骨傷愈合速度、治療腱鞘炎、關(guān)節(jié)炎等等療腱鞘炎、關(guān)節(jié)炎等等 1 1） 診斷：利用放射性核素示蹤作用診斷：利用放射性核素示蹤作用 2 2） 治療：抑制和破壞腫瘤細(xì)胞治療：抑制和破壞腫瘤細(xì)胞233、激光、激光1 1） 激光診斷：激光診斷：OCTOCT、LIFELIFE2 2） 激光治療：激光手術(shù)刀、激光針灸、激光治療：激

15、光手術(shù)刀、激光針灸、 激光碎石、腫瘤治療激光碎石、腫瘤治療 3 3） 其他：激光驗(yàn)血劃痕器、光鑷與人工受精其他：激光驗(yàn)血劃痕器、光鑷與人工受精 5、成像技術(shù)、成像技術(shù) X X射線成像、射線成像、CTCT、MRI MRI 等等等等4、粒子手術(shù)刀、粒子手術(shù)刀射線刀、電子束刀、射線刀、電子束刀、X X射線刀射線刀激光光鑷激光光鑷2425Laser eye surgerycorrective eye surgery26Laser cosmetic surgery27Laser surgeryremoving blemishesgallbladder surgeryusing fiber optics2

16、8wOptical tweezers can also be used to stretch out DNA in order to study its mechanical properties. In one model, a DNA molecule is stretched to its full length and the recoil is studied. 29微光機(jī)電系統(tǒng)微光機(jī)電系統(tǒng)(MOEMS)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用的醫(yī)學(xué)應(yīng)用w帶有攝像機(jī)的膠囊型內(nèi)帶有攝像機(jī)的膠囊型內(nèi)窺鏡直徑窺鏡直徑0.9cm，長，長2.3cm，被病人吞下后，被病人吞下后，可在食道、胃、十二指可在食道、胃、十二指腸、小

17、腸、大腸等處拍腸、小腸、大腸等處拍攝圖像。攝圖像。膠囊型內(nèi)窺鏡的問世，與一般的內(nèi)窺鏡比較，完全膠囊型內(nèi)窺鏡的問世，與一般的內(nèi)窺鏡比較，完全避免病人在檢查過程中所產(chǎn)生的苦痛。避免病人在檢查過程中所產(chǎn)生的苦痛。30微型內(nèi)窺鏡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：微型內(nèi)窺鏡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：1、光學(xué)圓蓋、光學(xué)圓蓋 2、透鏡固定環(huán)、透鏡固定環(huán)3、透鏡、透鏡 4、照明發(fā)光二極管、照明發(fā)光二極管 5、互補(bǔ)金屬氧化物、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體成像器半導(dǎo)體成像器 6、電池、電池 7、專用集成電路、專用集成電路 8、天線、天線膠囊型內(nèi)窺鏡結(jié)構(gòu)膠囊型內(nèi)窺鏡結(jié)構(gòu)31追蹤病毒追蹤病毒 把某種納米顆粒把某種納米顆?！罢痴场痹谏锓肿由?，然后利在生物分子上

18、，然后利用納米顆粒的發(fā)光特性研究生物分子的活動情況。比人體細(xì)用納米顆粒的發(fā)光特性研究生物分子的活動情況。比人體細(xì)胞小得多的納米顆?？梢员凰瓦M(jìn)人的組織、器官內(nèi)，用光線胞小得多的納米顆?？梢员凰瓦M(jìn)人的組織、器官內(nèi)，用光線從人體外部向內(nèi)進(jìn)行照射，體內(nèi)的納米顆粒也會發(fā)光，這樣從人體外部向內(nèi)進(jìn)行照射，體內(nèi)的納米顆粒也會發(fā)光，這樣就可以達(dá)到追蹤病毒的效果。就可以達(dá)到追蹤病毒的效果。 疾病診斷疾病診斷 納米顆粒極高的傳感靈敏效應(yīng)納米顆粒極高的傳感靈敏效應(yīng),利用納米成像利用納米成像技術(shù)，這種方法需要將直徑只有納米的熒光粒子附著到技術(shù)，這種方法需要將直徑只有納米的熒光粒子附著到的特殊部分，隨后分析熒光信號的強(qiáng)度

19、以及其它特性。的特殊部分，隨后分析熒光信號的強(qiáng)度以及其它特性。這些粒子稱為量子點(diǎn)，具有獨(dú)特的光電性質(zhì)，使其比生物醫(yī)這些粒子稱為量子點(diǎn)，具有獨(dú)特的光電性質(zhì)，使其比生物醫(yī)學(xué)研究中常用的傳統(tǒng)熒光標(biāo)簽更易檢測到。學(xué)研究中常用的傳統(tǒng)熒光標(biāo)簽更易檢測到。納米藥物納米藥物 由于生物醫(yī)藥產(chǎn)品的開發(fā)周期相對較長，納米由于生物醫(yī)藥產(chǎn)品的開發(fā)周期相對較長，納米生物醫(yī)藥真正成熟的產(chǎn)品還不多，但前景是非常樂觀的。以生物醫(yī)藥真正成熟的產(chǎn)品還不多，但前景是非常樂觀的。以被認(rèn)為最有應(yīng)用前景的化療藥物的例子來看：利用正常組織被認(rèn)為最有應(yīng)用前景的化療藥物的例子來看：利用正常組織以及病灶部位毛細(xì)血管通透性的差異，可以有效地增加藥物

20、以及病灶部位毛細(xì)血管通透性的差異，可以有效地增加藥物在病灶位的聚集度，同時明顯降低毒副作用。在病灶位的聚集度，同時明顯降低毒副作用。324 4 為什么要學(xué)習(xí)物理學(xué)為什么要學(xué)習(xí)物理學(xué) 打好學(xué)習(xí)其它學(xué)科的基礎(chǔ)打好學(xué)習(xí)其它學(xué)科的基礎(chǔ) 提高科學(xué)素質(zhì)和能力提高科學(xué)素質(zhì)和能力, ,以適應(yīng)高新技以適應(yīng)高新技 術(shù)和市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展術(shù)和市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展( (轉(zhuǎn)產(chǎn)轉(zhuǎn)產(chǎn), ,轉(zhuǎn)行轉(zhuǎn)行) ) 學(xué)習(xí)物理對提高科學(xué)素質(zhì)有重要作用：學(xué)習(xí)物理對提高科學(xué)素質(zhì)有重要作用：（1 1）學(xué)會掌握科學(xué)的方法）學(xué)會掌握科學(xué)的方法（2 2）培養(yǎng)科學(xué)思維能力、發(fā)展智力）培養(yǎng)科學(xué)思維能力、發(fā)展智力（3 3）培養(yǎng)探索與創(chuàng)新精神）培養(yǎng)探索與創(chuàng)新精神 現(xiàn)

21、代科學(xué)技術(shù)人員必須具備良好的科學(xué)素質(zhì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)人員必須具備良好的科學(xué)素質(zhì) 物理學(xué)的許多概念、規(guī)律和方法在醫(yī)學(xué)上物理學(xué)的許多概念、規(guī)律和方法在醫(yī)學(xué)上 有很重要的應(yīng)用有很重要的應(yīng)用33科學(xué)技術(shù)人員良好的物理素質(zhì)表現(xiàn)為：科學(xué)技術(shù)人員良好的物理素質(zhì)表現(xiàn)為：* * 在科學(xué)技術(shù)問題面前，能夠從物理本質(zhì)上在科學(xué)技術(shù)問題面前，能夠從物理本質(zhì)上 提出問題和作出判斷；提出問題和作出判斷；（分析問題）（分析問題）（不斷創(chuàng)新）（不斷創(chuàng)新）（解決問題）（解決問題）* * 注意物理學(xué)的發(fā)展，不斷探索如何把物理學(xué)注意物理學(xué)的發(fā)展，不斷探索如何把物理學(xué) 的新成果引入到科學(xué)技術(shù)中。的新成果引入到科學(xué)技術(shù)中。* * 能夠把物理

22、學(xué)的思想、觀點(diǎn)、規(guī)律和方法能夠把物理學(xué)的思想、觀點(diǎn)、規(guī)律和方法 運(yùn)用到科學(xué)技術(shù)的實(shí)際中；運(yùn)用到科學(xué)技術(shù)的實(shí)際中； 34關(guān)于學(xué)習(xí)方法和學(xué)風(fēng)的要求關(guān)于學(xué)習(xí)方法和學(xué)風(fēng)的要求 嚴(yán)守課堂紀(jì)律（不遲到，不隨便說話）。嚴(yán)守課堂紀(jì)律（不遲到，不隨便說話）。 反對應(yīng)試觀點(diǎn)，重視素質(zhì)和能力的培養(yǎng)，特反對應(yīng)試觀點(diǎn)，重視素質(zhì)和能力的培養(yǎng)，特 別是創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。別是創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。 記筆記記筆記( (要記思路、要點(diǎn)和有特色的內(nèi)容要記思路、要點(diǎn)和有特色的內(nèi)容) )。 高質(zhì)量地及時完成作業(yè)，擯棄高質(zhì)量地及時完成作業(yè)，擯棄“題海戰(zhàn)術(shù)題海戰(zhàn)術(shù)”。 重視預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，主動培養(yǎng)自學(xué)能力，適應(yīng)重視預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，主動培養(yǎng)自學(xué)能力，適應(yīng)

23、各種各種講課方式（如講思路、講背景、講重點(diǎn)講課方式（如講思路、講背景、講重點(diǎn)和難點(diǎn)）。和難點(diǎn)）。35參考書目參考書目h“大學(xué)物理學(xué)大學(xué)物理學(xué)”上下冊，上下冊， 張小兵、楊寶勝、郭儒張小兵、楊寶勝、郭儒編編 h“物理學(xué)物理學(xué)”上下冊，上下冊， 馬根源、王松立、金慶華編馬根源、王松立、金慶華編 h“大學(xué)物理學(xué)大學(xué)物理學(xué)”一套五冊（第二版），一套五冊（第二版）， 張三慧主張三慧主編編 h“大學(xué)物理通用教程大學(xué)物理通用教程”，鈡錫華、陳熙謀等，鈡錫華、陳熙謀等h“基礎(chǔ)物理學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)”上下冊，上下冊， 陸果陸果36發(fā)展發(fā)展獨(dú)立思考獨(dú)立思考和和獨(dú)立創(chuàng)新獨(dú)立創(chuàng)新的一般能力，應(yīng)的一般能力，應(yīng)當(dāng)始終放在首位，

24、而不應(yīng)當(dāng)把知識放在首當(dāng)始終放在首位，而不應(yīng)當(dāng)把知識放在首位。如果一個人掌握了他的學(xué)科的基礎(chǔ)理位。如果一個人掌握了他的學(xué)科的基礎(chǔ)理論，并且學(xué)會了獨(dú)立思考與工作，他必定論，并且學(xué)會了獨(dú)立思考與工作，他必定會找到自己的道路。會找到自己的道路。而且比起那些主要而且比起那些主要以獲取細(xì)節(jié)知識為其訓(xùn)練內(nèi)容的人來以獲取細(xì)節(jié)知識為其訓(xùn)練內(nèi)容的人來他一定會更好適應(yīng)進(jìn)步和變化他一定會更好適應(yīng)進(jìn)步和變化 愛因斯坦愛因斯坦37381 力學(xué)的研究對象力學(xué)的研究對象 力學(xué)就是研究物體機(jī)械運(yùn)動的學(xué)科。力學(xué)就是研究物體機(jī)械運(yùn)動的學(xué)科。它主要包括以下兩個方面：它主要包括以下兩個方面：運(yùn)動總是在一定空間里進(jìn)行的，運(yùn)動過程經(jīng)歷了運(yùn)

25、動總是在一定空間里進(jìn)行的，運(yùn)動過程經(jīng)歷了一段時間，對時間和空間的認(rèn)識（稱為一段時間，對時間和空間的認(rèn)識（稱為時空觀時空觀）也是力學(xué)的一個課題。也是力學(xué)的一個課題。 （1）研究如何描述物體的運(yùn)動，稱為）研究如何描述物體的運(yùn)動，稱為運(yùn)動學(xué)運(yùn)動學(xué)；（2 2）研究物體為什么運(yùn)動，探討物體運(yùn)動和）研究物體為什么運(yùn)動，探討物體運(yùn)動和 物體間相互作用的聯(lián)系及規(guī)律，稱為物體間相互作用的聯(lián)系及規(guī)律，稱為動力學(xué)動力學(xué)。 39質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動學(xué)的基本概念質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動學(xué)的基本概念一、參照系和坐標(biāo)系一、參照系和坐標(biāo)系宇宙中的一切物體都在運(yùn)動，沒有絕對靜止的物體，宇宙中的一切物體都在運(yùn)動，沒有絕對靜止的物體，這叫這叫運(yùn)動的絕對性運(yùn)動

26、的絕對性。為了描述一個物體的機(jī)械運(yùn)動，必須選另一個物體作為了描述一個物體的機(jī)械運(yùn)動，必須選另一個物體作參照物，被選作參照的物體稱為參照物，被選作參照的物體稱為參照系參照系，參照系的選，參照系的選擇可視問題的性質(zhì)而任意選定。擇可視問題的性質(zhì)而任意選定。同一物體的運(yùn)動，由于我們選取的參照系不同，對同一物體的運(yùn)動，由于我們選取的參照系不同，對它的運(yùn)動的描述就不同，這稱為它的運(yùn)動的描述就不同，這稱為運(yùn)動描述的相對性運(yùn)動描述的相對性只有參照系還不能定量地描述物體的位置。需要在參只有參照系還不能定量地描述物體的位置。需要在參照系上固定一個照系上固定一個坐標(biāo)系，坐標(biāo)系，這樣就可定量描述物體的位這樣就可定量描

27、述物體的位置。常用坐標(biāo)系有置。常用坐標(biāo)系有直角坐標(biāo)系直角坐標(biāo)系、柱坐標(biāo)系柱坐標(biāo)系和和球坐標(biāo)系球坐標(biāo)系。40二、二、質(zhì)點(diǎn)和剛體質(zhì)點(diǎn)和剛體 在某些問題中，物體的形狀和大小并不重要，可在某些問題中，物體的形狀和大小并不重要，可以忽略，可看成一個只有質(zhì)量、沒有大小和形狀的以忽略，可看成一個只有質(zhì)量、沒有大小和形狀的理想的點(diǎn)，這樣的物體可稱為理想的點(diǎn)，這樣的物體可稱為質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)。在某些問題中，物體的形狀和大小不能忽略，但是在某些問題中，物體的形狀和大小不能忽略，但是外力作用下發(fā)生的形變可以忽略，可看成一個有質(zhì)外力作用下發(fā)生的形變可以忽略，可看成一個有質(zhì)量、有大小和形狀、但不會發(fā)生形變的理想物體，量、有大小

28、和形狀、但不會發(fā)生形變的理想物體，這樣的物體可稱為這樣的物體可稱為剛體剛體。三、三、時間和時刻時間和時刻 一個過程對應(yīng)的時間間隔稱一個過程對應(yīng)的時間間隔稱時間時間，某一瞬時稱，某一瞬時稱時時刻刻。412 力學(xué)中的數(shù)學(xué)方法力學(xué)中的數(shù)學(xué)方法1. 1. 矢量與標(biāo)量矢量與標(biāo)量標(biāo)量標(biāo)量：大小：大小矢量矢量：大小，方向：大小，方向2. 2. 矢量加矢量加( (減減) )法法 ( (滿足平行四邊形法則滿足平行四邊形法則) )3. 3. 矢量分解矢量分解ABBA)( BABACBACBA)()(ABCCBA424. 4. 矢量乘法矢量乘法(1) 矢量乘以標(biāo)量(2) 兩個矢量的標(biāo)量積(點(diǎn)乘)(3) 兩個矢量的矢

29、量積(叉乘)5. 5. 矢量在直角坐標(biāo)軸上的分量矢量在直角坐標(biāo)軸上的分量kAjAiAAzyxxyzAxAyAzAikjBmAmBAm )(),cos( BAABBAABBA),sin( BAABBAABBA436. 6. 矢量的微分和積分矢量的微分和積分將矢量按坐標(biāo)系分解，在各坐標(biāo)分量上進(jìn)行積分和微分將矢量按坐標(biāo)系分解，在各坐標(biāo)分量上進(jìn)行積分和微分以上方法在力學(xué)中的應(yīng)用：運(yùn)動學(xué)運(yùn)動學(xué)：位移、速度、加速度：位移、速度、加速度：矢量加（減）法、矢量微矢量加（減）法、矢量微積分，坐標(biāo)系及矢量的坐積分，坐標(biāo)系及矢量的坐標(biāo)表示；標(biāo)表示；角速度：角速度：矢量的叉乘（矢量積）；矢量的叉乘（矢量積）；相對運(yùn)動

30、：相對運(yùn)動：坐標(biāo)變換坐標(biāo)變換 動力學(xué)動力學(xué)：力：力：矢量加（減）法；矢量加（減）法；力矩、角動量：力矩、角動量：矢量的叉乘（矢量積）；矢量的叉乘（矢量積）；功：功：矢量的點(diǎn)乘（標(biāo)量積）、矢量的點(diǎn)乘（標(biāo)量積）、線積分線積分443 力學(xué)中的基本物理量力學(xué)中的基本物理量 3.1 3.1 力學(xué)的基本單位和導(dǎo)出單位力學(xué)的基本單位和導(dǎo)出單位研究問題時會碰到許多物理量研究問題時會碰到許多物理量, ,它們之間有一定聯(lián)系它們之間有一定聯(lián)系, ,為了方便可選一些物理量作為為了方便可選一些物理量作為基本物理量基本物理量, ,簡稱為簡稱為基基本量。本量。并規(guī)定這些基本量的單位并規(guī)定這些基本量的單位, ,稱之為稱之為基

31、本單位基本單位。其他的物理量可以由這些基本物理量導(dǎo)出，其他的物理量可以由這些基本物理量導(dǎo)出，這些導(dǎo)出這些導(dǎo)出的物理量簡稱為的物理量簡稱為導(dǎo)出量導(dǎo)出量, ,其單位稱其單位稱導(dǎo)出單位。導(dǎo)出單位。3.2 3.2 力學(xué)的單位制力學(xué)的單位制力學(xué)中通常選取長度、時間和質(zhì)量三個基本物理量。力學(xué)中通常選取長度、時間和質(zhì)量三個基本物理量。不同的基本單位構(gòu)不同的基本單位構(gòu)成成不同單位制不同單位制: :米米公斤公斤秒制秒制, 厘米厘米克克秒制秒制, 實(shí)用工程單位制實(shí)用工程單位制等等45SISI制是米制是米公斤公斤秒制秒制, ,是標(biāo)準(zhǔn)國際實(shí)用單位制是標(biāo)準(zhǔn)國際實(shí)用單位制, ,即即MKSMKS制制. .此制中物理量此制中

32、物理量長度長度的單位用的單位用米米( (M M),),物理量物理量質(zhì)質(zhì)量量的單位用的單位用千克千克( (KgKg),),物理量物理量時間時間的單位用的單位用秒秒( (S S).).1.1.米米是是SISI的長度單位的長度單位, 1m=C/299792458 (C, 1m=C/299792458 (C為真空為真空 中光速中光速) )2.2.千克千克是是SISI制的質(zhì)量單位制的質(zhì)量單位. .質(zhì)量包含質(zhì)量包含F(xiàn) F = =ma中慣性中慣性 質(zhì)量質(zhì)量m和萬有引力和萬有引力F=GMm/r2中引力質(zhì)量中引力質(zhì)量m, , 在在 概念上它們有本質(zhì)差異概念上它們有本質(zhì)差異, ,但理論和實(shí)驗(yàn)上都證明但理論和實(shí)驗(yàn)上

33、都證明 它們相等它們相等. .3.3.秒秒是是SISI制的時間單位制的時間單位. .46SI基本單位基本單位長度長度 米米 m質(zhì)量質(zhì)量 千克千克 kg時間時間 秒秒 s電流電流 安安培培 A熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫度 開開爾文爾文 K物質(zhì)的量物質(zhì)的量 摩摩爾爾 mol發(fā)光強(qiáng)度發(fā)光強(qiáng)度 坎得拉坎得拉 cd 47 鉑-銥合金制成的國際千克原器，它存放在位于巴黎國際重量和計量局。 銫原子鐘，它存放在位于美國華盛頓特區(qū)的國際標(biāo)準(zhǔn)局。 48典型的長度典型的長度哈勃半徑哈勃半徑地球半徑地球半徑人的典型高度人的典型高度書頁的厚度書頁的厚度氫原子半徑氫原子半徑質(zhì)子有效半徑質(zhì)子有效半徑弱電統(tǒng)一的特征尺度弱電統(tǒng)一的特征

34、尺度普朗克長度普朗克長度mmmmmmmm35181511406261010102.1105101108.1104.61049宇觀和微觀常用尺度宇觀和微觀常用尺度 注：不是注：不是SISI單位單位天文單位天文單位光年光年埃埃( )mmkm10158100 .110460730.9104959781.150典型的質(zhì)量典型的質(zhì)量已知宇宙已知宇宙銀河系銀河系地球地球人人灰塵灰塵煙草花葉病毒煙草花葉病毒質(zhì)子質(zhì)子電子電子kgkgkgkgkgkgkgkg312713101244153101.9107.1103.2107.6100.6100.6102.21051典型的時間典型的時間宇宙年齡宇宙年齡地球的年齡地球的年齡人的平均壽命人的平均壽命一天一天典型的分子旋轉(zhuǎn)周期典型的分子旋轉(zhuǎn)周期快速運(yùn)動粒子穿越原快速運(yùn)動粒子穿越原子核的時間子核的時間ssssss24