物理學(xué)研究?jī)?nèi)容和方法

1、老師概況主講教師： 張遠(yuǎn)弟zyd1682001助理教師：劉課程的考核平時(shí)成績(jī)：出勤率占10%（考勤采取交紙條，抽點(diǎn)等方式）；友情提示：缺勤三分之一者，取消考試資格。 不交作業(yè)三分之一者，取消考試資格。 兩次遲到，計(jì)一次缺勤。隨堂測(cè)試： 機(jī)動(dòng)階段測(cè)驗(yàn)：（第9周）占10%；作業(yè)：每?jī)芍埽p周）交一次，占10%；期末考試：占60%，低于及格線的一律無能為力； 高于80分的平時(shí)成績(jī)適當(dāng)上浮。緒論一、物理學(xué)研究?jī)?nèi)容和方法二、物理學(xué)研究目的及與工程技術(shù)的關(guān)系三、如何學(xué)好物理學(xué)四、大學(xué)物理與中學(xué)物理的異同五、預(yù)備知識(shí)：高等數(shù)學(xué)微積分，矢量運(yùn)算 物理學(xué)研究?jī)?nèi)容和方法一、物理學(xué)研究?jī)?nèi)容

2、物理學(xué)是研究自然界中物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、普遍運(yùn)動(dòng)形式及基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，是自然科學(xué)的基礎(chǔ)。1、物質(zhì)世界空間尺度(跨度1046) (哈勃半徑) 1026m (約150億光年)10-20m (夸克)時(shí)間尺度 (跨度1045) (宇宙年齡)1018s(150億年)-10-27s(硬 射線周期)速率范圍: 0(靜止) -3108m/s (光速) 研究的對(duì)象十分廣泛： 宇觀、宏觀、微觀 （插圖1）蛇吞尾圖，形象地表示了物質(zhì)空間尺寸的層次 物理學(xué)研究?jī)?nèi)容和方法一、物理學(xué)研究?jī)?nèi)容人們從自身的尺寸向小尺度追問,以探索物質(zhì)的組成。 粒子物理學(xué) 1810年-道爾頓-原子； 1897年-湯姆遜-電子； 1911年-盧

3、瑟福-原子核； 1932年-查德威克-中子； 1964年-蓋爾曼-夸克模型。 人類對(duì)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)是不斷發(fā)展的。 目前物理學(xué)界公認(rèn)組成物質(zhì)的最小單元是夸克， 即認(rèn)為quark沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu)。但近來有消息稱：quark 也可一分為二說明認(rèn)識(shí)無止境。物理學(xué)研究?jī)?nèi)容和方法一、物理學(xué)研究?jī)?nèi)容人們從自身的尺寸向大尺度追問以探索宇宙的奧秘。 天體物理學(xué) 宇宙是怎樣運(yùn)動(dòng)的呢？ 進(jìn)行絕熱膨脹 宇宙半徑增大 宇宙密度降低 溫度降低 粒子、原子、分子、星球、星系漸次產(chǎn)生和形成。 宇宙有多大？ 宇宙有限又無邊! 有中心?無中心? (插圖2)物質(zhì)之間的四種基本相互作用：電磁相互作用、強(qiáng)相互作用、弱相互作用、引力相互

4、作用。 物理學(xué)研究?jī)?nèi)容和方法人們就好象坐在一個(gè)逐漸膨脹的氣球表面，相互遠(yuǎn)離。 物理學(xué)研究?jī)?nèi)容和方法二、物理學(xué)的研究方法： 物理學(xué)是一門理論與實(shí)驗(yàn)高度結(jié)合的精確科學(xué)。 1、其研究方法可以概括為： 物理上的直覺、想象力、洞察力也常常產(chǎn)生重大突破和發(fā)現(xiàn) 物理學(xué)研究?jī)?nèi)容和方法二、物理學(xué)的研究方法： 2、從方法論上講，物理學(xué)的研究方法可以分為： 演繹法： 基本定律推理、演算新理論 歸納法 ： 歸納實(shí)驗(yàn)或觀測(cè)事實(shí)假設(shè)、模型新理論 具體地說，物理學(xué)還有許多有特色的方法： （1）對(duì)稱性分析； （2）守恒量的利用； （3）簡(jiǎn)化模型的選??； （4）概念和方法的類比； （5）定性和半定量分析量綱分析。 物理學(xué)研究目

5、的及與工程技術(shù)的關(guān)系 一、物理學(xué)研究目的： 物理學(xué)是自然科學(xué)的主導(dǎo)，大工業(yè)的基礎(chǔ)。 1、物理學(xué)使人們深入認(rèn)識(shí)世界 物質(zhì)存在的基本形式：粒子和場(chǎng)；每種粒子對(duì)應(yīng)一種場(chǎng)。 光子 電磁場(chǎng)；電子 電子場(chǎng) 因此粒子間的相互作用來自場(chǎng)之間的相互作用。 物理學(xué)研究目的及與工程技術(shù)的關(guān)系二、物理學(xué)的研究目的： 2、物理學(xué)與工程技術(shù)相輔相成: 蒸汽機(jī)- 蒸汽時(shí)代-工業(yè)機(jī)械化、發(fā)電機(jī)-電氣時(shí)代-工業(yè)電氣化、原子能的開發(fā)和利用、 激光, 超導(dǎo)技術(shù), 太陽能的利用,納米技術(shù)-工業(yè)智能信息化。3、物理學(xué)與其它學(xué)科相互滲透、共同發(fā)展 物理學(xué)和哲學(xué) 牛頓 自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理 物理學(xué)研究目的及與工程技術(shù)的關(guān)系二、物理學(xué)的研究目

6、的： 物理學(xué)和天文學(xué) ： 天體物理、粒子物理? 物理學(xué)和化學(xué) 物理化學(xué)、量子化學(xué) ： 物理學(xué)和生物學(xué) 生物物理，量子生物學(xué) ? 物理學(xué)和建筑學(xué)? ； 物理學(xué)和軍事學(xué)? 物理學(xué)和食品科學(xué) 物理學(xué)與其它學(xué)科的關(guān)系好比一棵樹： 物理學(xué)研究目的及與工程技術(shù)的關(guān)系4、職業(yè)技能為什么要學(xué)習(xí)物理學(xué) ? （1）打好學(xué)習(xí)其它學(xué)科的基礎(chǔ) （2）提高科學(xué)素質(zhì)和能力，以適應(yīng)高新技術(shù)和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的 發(fā)展（轉(zhuǎn)產(chǎn)、轉(zhuǎn) 行） 5、學(xué)習(xí)物理對(duì)提高科學(xué)素質(zhì)有重要作用： （1）培養(yǎng)辯證唯物主義的世界觀； （2）學(xué)會(huì)掌握科學(xué)的方法； （3）培養(yǎng)科學(xué)思維能力、發(fā)展智力； （4）培養(yǎng)探索與創(chuàng)新精神。 物理學(xué)研究目的及與工程技術(shù)的關(guān)系 6、

7、現(xiàn)代工程技術(shù)人員必須具備良好的科學(xué)素質(zhì)。 7、現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的工程師類型： （1）工程科學(xué)家型： 善于從戰(zhàn)略思想上把當(dāng)代科學(xué)成就和工程技術(shù)聯(lián)系起來，出概念、出思想 （2）革新發(fā)明家型： 能創(chuàng)造性的運(yùn)用當(dāng)代科技知識(shí)建造工程系統(tǒng)，發(fā)明新方法、創(chuàng)造新產(chǎn)品。 （3）現(xiàn)場(chǎng)工程專家型： 在現(xiàn)場(chǎng)從事建造、操作和維護(hù)復(fù)雜設(shè)備和工程系統(tǒng)的正常工作 （4）管理規(guī)劃專家型： 在領(lǐng)導(dǎo)或管理部門工作，但活動(dòng)仍以技術(shù)為背景。 特點(diǎn)是：（1）往往涉及邊緣科學(xué)，知識(shí)面廣；（2）對(duì)新技術(shù)、新方向有敏銳的鑒察識(shí)別力；（3）對(duì)方針政策有深刻理解。 物理學(xué)研究目的及與工程技術(shù)的關(guān)系 8、工程技術(shù)人員良好的物理素質(zhì)表現(xiàn)在： （1）在工程

8、技術(shù)問題面前，能夠從物理本質(zhì)上提出問題和做出判斷；- （分析問題） （2）能夠把物理學(xué)的思想、觀點(diǎn)、規(guī)律和方法運(yùn)用到工程技術(shù)的實(shí)際中；(解決問題） （3）注意物理學(xué)的發(fā)展，不斷探索如何把物理學(xué)的新成果引入到工程技術(shù)中。（不斷創(chuàng)新）要重視提高科學(xué)素質(zhì)，不要把物理課當(dāng)專業(yè)課來對(duì)待！ 如何學(xué)好物理學(xué) 1、悟物窮理： （1）概念、定義、公式中的符號(hào)、公式本身的含義，用自己的語言陳述出來。 （2）定理的證明、公式的推導(dǎo)，自己背著書本演算 出來。 2、勤于思考：事實(shí)？推理？推論？條件？外延？ 3、著名物理學(xué)家費(fèi)曼說： 科學(xué)是一種方法。它教導(dǎo)人們：一些事物是怎樣被了解的，什么事情是已知的，現(xiàn)在了解到了什么程

9、度，如何對(duì)待疑問和不確定性，證據(jù)服從什么法則；如何思考事物，做出判斷，如何區(qū)別真?zhèn)魏捅砻娆F(xiàn)象 。 如何學(xué)好物理學(xué) 4、著名物理學(xué)家愛因斯坦說： 發(fā)展獨(dú)立思考和獨(dú)立判斷地一般能力，應(yīng)當(dāng)始終放在首位，而不應(yīng)當(dāng)把專業(yè)知識(shí)放在首位。如果一個(gè)人掌握了他的學(xué)科的基礎(chǔ)理論，并且學(xué)會(huì)了獨(dú)立思考和工作，他必定會(huì)找到自己的道路，而且比起那種主要以獲得細(xì)節(jié)知識(shí)為其培訓(xùn)內(nèi)容的人來，他一定會(huì)更好地適應(yīng)進(jìn)步和變化 。 大學(xué)物理與中學(xué)物理的異同 1、相同點(diǎn)：理論體系相同，都包括：牛頓力學(xué)、電磁學(xué)、熱學(xué)、機(jī)械振動(dòng)和波動(dòng)、光學(xué)、近代物理2、不同點(diǎn)：中學(xué)：直線，勻速，恒力，均勻場(chǎng)特殊，個(gè)別， 數(shù)學(xué)工具：初等數(shù)學(xué)大學(xué)：非直線，變速

10、，變力，非均勻場(chǎng)等更一般情形。 體系更嚴(yán)謹(jǐn)，解決更一般的情況大學(xué)物理， 數(shù)學(xué)工具：高等數(shù)學(xué)微積分預(yù)備知識(shí) 一、單位制和量綱 1、單位制 基本單位：選擇某些物理量直接規(guī)定單位，這 些量就叫基本量 ?；玖康膯挝唤谢締挝?。 導(dǎo)出單位：由物理量和基本量的關(guān)系得到的物理量稱導(dǎo)出量，其單位稱導(dǎo)出單位。 例如：力學(xué)的基本物理量有長(zhǎng)度(米)，質(zhì)量（千克）和時(shí)間（秒）。 國(guó)際單位制（用SI表示）的基本單位有：長(zhǎng)度：米（m）；質(zhì)量：千克（kg）；時(shí)間：秒（s）；電流：安培（A）;熱力學(xué)溫度：開爾文（K）;物質(zhì)的量：摩爾（mol）;發(fā)光強(qiáng)度：坎德拉（cd）。 預(yù)備知識(shí)2、量綱 用L、M和T分別表示長(zhǎng)度，質(zhì)量和時(shí)

11、間三個(gè)物理量。L、M和T的方次稱為量綱。 力學(xué)量： Q的量綱式 例如： 無量綱 量綱法則：只有量綱相同的量才能相加、減或相等。 它的用途是：不同單位制間的換算及檢驗(yàn)公式。 預(yù)備知識(shí)二.矢量代數(shù)的基本知識(shí) 1、標(biāo)量：只有大小。 例如：質(zhì)量、長(zhǎng)度、時(shí)間、密度、能量、溫度等。 2、矢量：既有大小又有方向，并有一定的運(yùn)算規(guī)則。 例如：位移、速度、加速度、角速度等。 3、矢量的表示： 4、有向線段表示： 矢量相等：大小相同，方向相同。 預(yù)備知識(shí)5、矢量的解析表示法 ax、ay、az分別是矢量 在坐標(biāo)軸x、y、z上的投影(分量)。 、 、 、分別是沿x、y、z軸正方向的單位矢量(恒矢量)。| | = | | = | | = 1 預(yù)備知識(shí)6、矢量的加、減法 三角形法 多邊形法 預(yù)備知識(shí)6、矢量的加、減法 三角形法 多邊形法 預(yù)備知識(shí)7、標(biāo)量積(點(diǎn)積、數(shù)量積、內(nèi)積) 預(yù)備知識(shí)8、矢量積(向量積、叉積、外積) 指積 的方向垂直于矢量 和 組成的平面，指向由右手螺旋法則確定。 預(yù)備知識(shí)8、矢量積(向量積、叉積、外積) 預(yù)備知識(shí)9、復(fù)習(xí) 矢量的標(biāo)積（點(diǎn)積） 標(biāo)積的性質(zhì)： （1）、交換律： （2）、分配律： 預(yù)備知識(shí)矢量的矢積（叉積） 大?。?方向： 預(yù)備知識(shí)矢積的性質(zhì)： 矢量與標(biāo)量不能相等！ 預(yù)備知識(shí)4.矢量函數(shù) 的微商 （1）矢量函數(shù)的微商