大學(xué)物理B緒論

1、大學(xué)物理B 泉州師院物理與信息工程學(xué)院 宋金玲 TelEmail: 一物理學(xué)的研究對(duì)象 物理學(xué)研究宇宙間物質(zhì)存在的各種主要基本形式，包括它們的性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)化以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而認(rèn)識(shí)這些結(jié)構(gòu)的組元及相互作用、運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)化的基本規(guī)律。 緒論 物理學(xué)是研究物質(zhì)、能量和它們的相互作用的學(xué)科。 第23屆國(guó)際純粹物理與應(yīng)用物理聯(lián)合會(huì)（IUPAP）大會(huì)（99.3.1621）通過的“決議五”中十分精辟地指出： 空間尺度 (相差1045 1046 ) 1026 m（約150億光年) 1020 m（夸克） 時(shí)間尺度 （相差1045 ) 1018s（宇宙年齡150億年） 10-27s （ 硬

2、 射線周期） 速率范圍 0 （靜止） 3 108 m/s （光速）1.物理學(xué)的研究范圍（十分廣泛） 不同尺度和速度范圍的對(duì)象要用不同的物理學(xué)研究： 2、物理學(xué)中最重大的基本理論 牛頓力學(xué)或經(jīng)典力學(xué)（Mechanics）： 研究物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)； 熱力學(xué)（Thermodynamics） 研究溫度、熱、能量守恒以及熵原理等 電磁學(xué)（Electromagnetism） 研究電、磁以及電磁輻射等等； 相對(duì)論（Relativity） 研究高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，引力、時(shí)間和空間等； 量子力學(xué)（Quantum mechanics） 研究微觀世界. 二、物理學(xué)的發(fā)展1.經(jīng)驗(yàn)物理的萌芽時(shí)期(17世紀(jì)以前) 以直覺觀察和哲

3、學(xué)猜想為主的研究方法，與生活有關(guān)的天文、力、熱、聲、光等得到發(fā)展。2.近代物理學(xué)(17世紀(jì)至19世紀(jì)末) 以觀察實(shí)驗(yàn)和嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)為研究方法。牛頓力學(xué)體系的建立，標(biāo)志著近代物理學(xué)的誕生。 經(jīng)典力學(xué)、熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、經(jīng)典電磁場(chǎng)理論得到發(fā)展。3.現(xiàn)代物理學(xué)（19世紀(jì)末至今） 相對(duì)論、量子力學(xué)的建立。微結(jié)構(gòu)物理，物理學(xué)在不斷發(fā)展 經(jīng)典物理也在發(fā)展：波動(dòng)光學(xué)信息光學(xué)牛頓力學(xué)的決定性內(nèi)在隨機(jī)性 前沿：粒子物理，混沌學(xué)，高溫超導(dǎo)，光子學(xué)，被譽(yù)為第二次工業(yè)革命的整個(gè)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)：愛因斯坦受激輻射理論（1917）第一臺(tái)激光器誕生（1960）現(xiàn)代光學(xué)量子力學(xué)費(fèi)米

4、狄拉克統(tǒng)計(jì)固體能帶理論（20年代）晶體管誕生(1947)集成電路(1962)大規(guī)模集成電路（70年代后期）微結(jié)構(gòu)物理三、物理學(xué)與科學(xué)技術(shù)的關(guān)系 物理學(xué)所研究的是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)最基本最普遍的形式，因而物理學(xué)是自然科學(xué)中最基礎(chǔ)的學(xué)科。物理學(xué)的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展以及它所建立的概念、規(guī)律曾推動(dòng)了技術(shù)革命的到來和發(fā)展。世界三次大的技術(shù)革命可以說是物理學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上開花結(jié)果的。*第一次工業(yè)革命（1718世紀(jì)）：建立在牛頓力學(xué)和熱力學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上，其標(biāo)志是以蒸汽機(jī)為代表的一系列機(jī)械的產(chǎn)生和應(yīng)用,機(jī)器代替人的勞動(dòng),人類的勞動(dòng)生產(chǎn)力第一次獲得解放。例：紡織、磨米面、挖煤等。 *第二次工業(yè)革命（19世紀(jì)）：建立在電磁理論發(fā)展的

5、基礎(chǔ)上，其標(biāo)志是發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、電訊設(shè)備的出現(xiàn)和應(yīng)用,進(jìn)入應(yīng)用電能的時(shí)代。例：電報(bào)、電話。*第三次工業(yè)革命（20世紀(jì)）：建立在相對(duì)論和量子力學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上，其標(biāo)志是以信息技術(shù)為代表的一系列新學(xué)科、新材料、新能源、新技術(shù)的興起和發(fā)展。例：半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)、彩色電視、核能發(fā)電等。三次工業(yè)革命物理學(xué)是眾多工程技術(shù)發(fā)展的基石物理學(xué)的發(fā)展對(duì)工程技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)作用物理學(xué)的發(fā)展促進(jìn)形成科學(xué)技術(shù)的前沿新領(lǐng)域例如:1.相對(duì)論關(guān)于質(zhì)能關(guān)系的確立，原子核結(jié)合能的研究和裂變現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，開辟了原子核能利用的新領(lǐng)域。2.高溫超導(dǎo)電性的研究展現(xiàn)了一個(gè)應(yīng)用廣泛，潛力巨大的嶄新的技術(shù)領(lǐng)域，將對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、軍事技術(shù)、醫(yī)療衛(wèi)生和各種高

6、新產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。3.激光器的發(fā)明，光導(dǎo)纖維的制成在有線通訊技術(shù)領(lǐng)域引起一場(chǎng)重大的革新。4.空間遙感技術(shù)也是在物理學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上形成的新領(lǐng)域.利用衛(wèi)星拍攝的照片，在大地測(cè)量、礦藏勘探、天氣預(yù)報(bào)，掌握生態(tài)環(huán)境的變遷和減少自然災(zāi)害發(fā)揮重要作用。物理學(xué)的發(fā)展為科學(xué)技術(shù)提供了新的研究手段例如: 1.核磁共振現(xiàn)象開發(fā)出核磁共振成像技術(shù)，可以逐層清晰地細(xì)察人體內(nèi)部，診斷疾病，且無擾動(dòng)、無侵害、無電離輻射，是人體診斷技術(shù)的重大革命 。2.利用量子隧道效應(yīng)制成的掃描隧道顯微鏡可觀察到物體表面原子尺度的細(xì)微結(jié)構(gòu)，為表面物理和分子生物學(xué)的研究提供了有力的手段。3.集成光學(xué)的研究成果為制造運(yùn)算速度快，抗干擾能力更

7、強(qiáng)的新一代計(jì)算機(jī)提供了基礎(chǔ)。物理學(xué)的發(fā)展也為技術(shù)開發(fā)提供了新思路 物理學(xué)的每一項(xiàng)新發(fā)展總能觀察到新的現(xiàn)象，找到新的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)新的構(gòu)想，揭示新的本質(zhì)屬性，從而也就提供了技術(shù)開發(fā)的新的可能性.例如: 放射性元素衰變指數(shù)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和放射性元素半衰期的測(cè)定之后，盧瑟福立刻意識(shí)到可用放射性元素的衰變來測(cè)量時(shí)間，從而形成了今天的同位素年代.已廣泛應(yīng)用于考古學(xué)中測(cè)定文物的年代，地質(zhì)學(xué)中測(cè)定地層年齡以及天體物理學(xué)中天體的年齡等等. 四. 物理學(xué)的研究方法提出命題應(yīng)用修改理論實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)理論預(yù)言 物理學(xué)是一門理論和實(shí)驗(yàn)高度結(jié)合的精確科學(xué)。物理的直覺和想象力及洞察力也常常產(chǎn)生重大突破和發(fā)現(xiàn)其研究方法可概括為：觀測(cè)、實(shí)

8、驗(yàn)推測(cè)答案 對(duì)稱性分析 守恒量的利用 簡(jiǎn)化模型的選取 概念和方法的類比 從方法論上講，物理學(xué)的研究方法可分為： 演繹法： 歸納法： 基本定律推理、演算新理論歸納實(shí)驗(yàn)、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， 定性和半定量分析 量綱分析 能量分析 比如：（1791-1867)，英國(guó)著名物理學(xué)家、化學(xué)家。在化學(xué)、電化學(xué)、電磁學(xué)等領(lǐng)域都做出過杰出貢獻(xiàn)。他家境貧寒，未受過系統(tǒng)的正規(guī)教育，但卻在眾多領(lǐng)域中作出驚人成就。 1813年3月，24歲的法拉第擔(dān)任了皇家學(xué)院助理實(shí)驗(yàn)員。最出色的工作是電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和場(chǎng)的概念的提出。1821年在讀過奧斯特關(guān)于電流磁效應(yīng)的論文后，為這一新的學(xué)科領(lǐng)

9、域深深吸引。重大成果發(fā)現(xiàn)通電流的導(dǎo)線能繞磁鐵旋轉(zhuǎn)，電與磁是一對(duì)和諧的對(duì)稱現(xiàn)象。既然電能生磁，他堅(jiān)信磁亦能生電。經(jīng)過10年探索，歷經(jīng)多次失敗后，1831年8月26日終于獲得成功。，他稱之為“伏打電感應(yīng)”。邁克爾法拉第 19世紀(jì)偉大的英國(guó)物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家。1831年11月13日生于蘇格蘭的愛丁堡，。 主要貢獻(xiàn)是創(chuàng)立了經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)。他發(fā)展了M.法拉第關(guān)于電、磁相互作用必須通過中間媒質(zhì)的思想，并把這種中間媒質(zhì)稱為以太(后來研究表明，不存在所謂的以太，這種中間媒質(zhì)實(shí)際上是電磁場(chǎng))，并在此基礎(chǔ)上提出了位移電流的概念。麥克斯韋研究了法拉第的電磁場(chǎng)設(shè)想，于1864年發(fā)表了電磁場(chǎng)動(dòng)力學(xué)理論，提出包括偏微分方程的

10、麥克斯韋方程組，概括了當(dāng)時(shí)已知的關(guān)于電磁現(xiàn)象的一切實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而創(chuàng)立了經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)。他根據(jù)這一理論得出結(jié)論：存在著電磁波；電磁波在真空中傳播的速度等于光速；光的本質(zhì)是電磁波；電磁波會(huì)產(chǎn)生壓力等。 麥克斯韋詹姆斯克拉克麥克斯韋五工科學(xué)生必須學(xué)好物理學(xué)物理學(xué)是學(xué)習(xí)一切工程技術(shù)知識(shí)的基礎(chǔ)課。物理學(xué)研究所形成的物質(zhì)觀、自然觀、時(shí)空觀、宇宙觀是科技人員必須具備的基本觀點(diǎn)。物理學(xué)研究所形成的種種方法，是科學(xué)研究最有效的方法。物理學(xué)研究中注重理性、崇尚實(shí)踐的精神尤為突出，是創(chuàng)新人才必須具備的品格。六普通物理學(xué)的數(shù)學(xué)工具高等數(shù)學(xué) 注意與中學(xué)物理的區(qū)別： 標(biāo)量 矢量；恒量為主 變量為主；定性分析 定量計(jì)算。 1

11、、課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)。2、認(rèn)真聽講、不說話。獨(dú)立完成作業(yè)。3、不允許遲到、早退。4、成績(jī)：平時(shí)30（包括作業(yè)20%、自學(xué)、能力訓(xùn)練(加分10%）、期中考試10%），期末70。5、作業(yè)形式：紙質(zhì)作業(yè)(網(wǎng)上作業(yè))。 作業(yè)成績(jī)：優(yōu)（100分）、良（90分）、中（80分）、閱（60分）。6、 課前學(xué)習(xí)委員報(bào)告出席人數(shù)。課代表負(fù)責(zé)平時(shí)的成績(jī)管理。7、課前的復(fù)習(xí)以提問的形式，計(jì)入成績(jī)。8、 作業(yè)不會(huì)做的同學(xué)，不要盲目的抄作業(yè)。下一次課課前，老師會(huì)講解作業(yè)，聽懂了以后，再去做作業(yè)。9、授課計(jì)劃。授課方式：講課（自學(xué)）、練習(xí)、作業(yè)、章小結(jié)。七學(xué)習(xí)要求八、能力訓(xùn)練：自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立分析問題、解決問題 1、物理課堂教學(xué)網(wǎng)頁(yè)：大綱、考綱、教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)課件、考題、作業(yè)、解答、新問題2、物理科技前沿講座：科技