鄭州大學(xué)大學(xué)物理緒論

UniversityPhysics鄭州大學(xué)基礎(chǔ)物理教學(xué)中心潘志峰電話/p>

QQ：176102768一.什么是物理學(xué)(WhyandHowto?)

物理學(xué)是研究物質(zhì)世界最基本形態(tài)的科學(xué)

物理學(xué)研究的范圍

——

物質(zhì)世界的層次和數(shù)量級物理學(xué)(Physics)物質(zhì)結(jié)構(gòu)物質(zhì)相互作用物質(zhì)運(yùn)動規(guī)律微觀粒子Microscopic介觀物質(zhì)mesoscopic宏觀物質(zhì)macroscopic宇觀物質(zhì)cosmological緒論E-15E-12E-09E-06E-031mE+03E+06E+09E+12E+15E+18E+21E+24E+27最小的細(xì)胞原子原子核基本粒子DNA長度星系團(tuán)銀河系最近恒星的距離太陽系太陽山哈勃半徑超星系團(tuán)人蛇吞尾圖，形象地表示了物質(zhì)空間尺寸的層次物理現(xiàn)象

按空間尺度劃分：量子力學(xué)經(jīng)典物理學(xué)宇宙物理學(xué)

按速率大小劃分：非相對論物理學(xué)相對論物理學(xué)

按客體大小劃分：微觀系統(tǒng)宏觀系統(tǒng)

按運(yùn)動速度劃分：低速現(xiàn)象高速現(xiàn)象

實(shí)驗(yàn)物理理論物理計(jì)算物理今日物理學(xué)

物理學(xué)的發(fā)展●牛頓力學(xué)(Mechanics)

研究物體機(jī)械運(yùn)動的基本規(guī)律及關(guān)于時(shí)空相對性的規(guī)律●

熱力學(xué)(Thermodynamics)

研究物質(zhì)熱運(yùn)動的統(tǒng)計(jì)規(guī)律及其宏觀表現(xiàn)●電磁學(xué)(Electromagnetism)

研究電磁現(xiàn)象、物質(zhì)的電磁運(yùn)動規(guī)律及電磁輻射等規(guī)律●

相對論(Relativity)

研究物體的高速運(yùn)動效應(yīng)以及相關(guān)的動力學(xué)規(guī)律●

量子力學(xué)(Quantummechanics)

研究微觀物質(zhì)運(yùn)動現(xiàn)象以及基本運(yùn)動規(guī)律二.物理學(xué)的五大基本理論物理學(xué)是一門最基本的科學(xué);是最古老、但發(fā)展最快的科學(xué);它提供最多、最基本的科學(xué)研究手段。

物理學(xué)是一切自然科學(xué)的基礎(chǔ)

物理學(xué)派生出來的分支及交叉學(xué)科物理學(xué)構(gòu)成了化學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)、地球物理學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)，物理學(xué)的基本概念和技術(shù)被應(yīng)用到所有自然科學(xué)之中。

物理學(xué)與數(shù)學(xué)之間有著深刻的內(nèi)在聯(lián)系粒子物理學(xué)原子核物理學(xué)原子分子物理學(xué)固體物理學(xué)凝聚態(tài)物理學(xué)激光物理學(xué)等離子體物理學(xué)地球物理學(xué)生物物理學(xué)天體物理學(xué)宇宙射線物理學(xué)三.物理學(xué)是構(gòu)成自然科學(xué)的理論基礎(chǔ)四.物理學(xué)與技術(shù)20世紀(jì)，物理學(xué)被公認(rèn)為科學(xué)技術(shù)發(fā)展中最重要的帶頭學(xué)科●熱機(jī)的發(fā)明和使用，提供了第一種模式：●

電氣化的進(jìn)程，提供了第二種模式：核能的利用激光器的產(chǎn)生層析成像技術(shù)(CT)超導(dǎo)電子技術(shù)技術(shù)——

物理——

技術(shù)物理——

技術(shù)——

物理粒子散射實(shí)驗(yàn)X射線的發(fā)現(xiàn)受激輻射理論低溫超導(dǎo)微觀理論電子計(jì)算機(jī)的誕生●1947年貝爾實(shí)驗(yàn)室的巴丁、布拉頓和肖克來發(fā)明了晶體管，標(biāo)志著信息時(shí)代的開始●1962年發(fā)明了集成電路●70年代后期出現(xiàn)了大規(guī)模集成電路●

192526年建立了量子力學(xué)●

1926年建立了費(fèi)米狄拉克統(tǒng)計(jì)●1927年建立了布洛赫波的理論●1928年索末菲提出能帶的猜想●1929年派爾斯提出禁帶、空穴的概念同年貝特提出了費(fèi)米面的概念●1957年皮帕得測量了第一個(gè)費(fèi)米面……?超晶格材料納米材料光子晶體晶體管的發(fā)明大規(guī)模集成電路電子計(jì)算機(jī)信息技術(shù)與工程●幾乎所有的重大新(高)技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)立，事先都在物理學(xué)中經(jīng)過長期的醞釀。●

當(dāng)今物理學(xué)和科學(xué)技術(shù)的關(guān)系兩種模式并存，相互交叉，相互促進(jìn)“沒有昨日的基礎(chǔ)科學(xué)就沒有今日的技術(shù)革命”。

——李政道量子力學(xué)能帶理論人工設(shè)計(jì)材料五.物理學(xué)的方法和科學(xué)態(tài)度提出命題推測答案理論預(yù)言實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證修改理論現(xiàn)代物理學(xué)是一門理論和實(shí)驗(yàn)高度結(jié)合的精確科學(xué)

從新的觀測事實(shí)或?qū)嶒?yàn)事實(shí)中提煉出來，或從已有原理中推演出來

建立模型；用已知原理對現(xiàn)象作定性解釋，進(jìn)行邏輯推理和數(shù)學(xué)演算

新的理論必須提出能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)所證偽的預(yù)言

一切物理理論最終都要以觀測或?qū)嶒?yàn)事實(shí)為準(zhǔn)則

當(dāng)一個(gè)理論與實(shí)驗(yàn)事實(shí)不符時(shí)，它就面臨著被修改或被推翻

六.怎樣學(xué)習(xí)物理學(xué)物理學(xué)學(xué)習(xí)理念之一愛因斯坦：“興趣是最好的老師?！?/p>

既要理解物理學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)性，又要注意它的時(shí)代性和前沿性；既要深入探知物理規(guī)律的內(nèi)涵和意義，又要適當(dāng)聯(lián)系它在高新技術(shù)中的應(yīng)用。感受物理學(xué)新穎、深刻、有用，從而提高學(xué)習(xí)物理的興趣。物理學(xué)習(xí)理念之二海森堡：“科學(xué)扎根于討論?！庇懻撌强茖W(xué)賴以生長、繁榮的土壤。討論可以使學(xué)習(xí)深入，討論能夠激發(fā)創(chuàng)新的火花。物理學(xué)習(xí)理念之三李政道：“物理學(xué)的精髓在于創(chuàng)新?！蔽锢韺W(xué)是在不斷探索、不斷發(fā)現(xiàn)、不斷創(chuàng)新中發(fā)展起來的，沒有創(chuàng)新就沒有今天的物理學(xué)。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)會了獨(dú)立思考和工作，他必定會找到自己的道路，而且比起那種主要以獲得細(xì)節(jié)知識為其培訓(xùn)內(nèi)容的人來，他一定會更好地適應(yīng)進(jìn)步和變化。七.教材與參考書●《大學(xué)物理學(xué)》

張三慧主編清華大學(xué)出版社●《大學(xué)物理學(xué)習(xí)指導(dǎo)》張孝林主編科學(xué)出版社●《費(fèi)曼物理學(xué)講義》教材：《物理學(xué)》馬文蔚主編

高等教育出版社

●參考書：請?jiān)试S我說明我講這門課的主要目的。我的目的不是教你們?nèi)绾螒?yīng)付考試，甚至不是讓你們掌握這些知識，以便更好地為今后你們面臨的工作或軍事工作服務(wù)。我最希望的是，你們能夠像真正的物理學(xué)家一樣，欣賞到這個(gè)世界的美妙。物理學(xué)家們看待這個(gè)世界的方式，我相信，是這個(gè)現(xiàn)代化時(shí)代真正文化內(nèi)涵的主要部分。也許你們學(xué)會的不僅僅是如何欣賞這種文化，甚至也愿意參加到這個(gè)人類思想誕生以來最偉大的探索中來。

R.P.Feynman

(1918-1988)美國物理學(xué)家，諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者本學(xué)期教學(xué)內(nèi)容:力學(xué)+電學(xué)

課前預(yù)習(xí)：培養(yǎng)自學(xué)能力，（看第一遍書）聽課：弄懂有疑問的部分，（記筆記）

看書

：

進(jìn)一步弄懂課堂講授內(nèi)容，（看第二遍書）

輔導(dǎo)答疑：解決問題，加深對教材的理解。

總復(fù)習(xí)：

通讀全書，將所學(xué)內(nèi)容串為一體。(看第三遍書）做作業(yè)：

養(yǎng)成踏踏實(shí)實(shí)、一絲不茍良好習(xí)慣。1.掌握正確的學(xué)習(xí)方法

2、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

3、打好數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

要想學(xué)好物理，必須有良好的數(shù)學(xué)知識作為基礎(chǔ)。尤其要注意以下幾個(gè)方面：坐標(biāo)系的建立和使用；導(dǎo)數(shù)和積分的意義；標(biāo)量積；矢量積。

4.紀(jì)律要求

不得無故曠課，不遲到、早退。

5.總評成績:

期終考試，結(jié)合平時(shí)表現(xiàn)。第1章質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動學(xué)主要內(nèi)容：1.質(zhì)點(diǎn)位置的確定方法2.質(zhì)點(diǎn)的位移、速度和加速度3.圓周運(yùn)動的角量描述角量與線量的關(guān)系4.不同參考系中的速度和加速度變換定理簡介§1.1質(zhì)點(diǎn)位置的確定方法一.質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動學(xué)的基本概念質(zhì)點(diǎn)：有質(zhì)量而無形狀和大小的幾何點(diǎn)。突出了質(zhì)量和位置質(zhì)點(diǎn)系:若干質(zhì)點(diǎn)的集合。xyzO參照物參考系：參照物+坐標(biāo)系(1)運(yùn)動學(xué)中參考系可任選。參照物：用來描述物體運(yùn)動而選作參考的物體或物體系。P(2)參照物選定后，坐標(biāo)系可任選。(3)常用坐標(biāo)系直角坐標(biāo)系（x,y,z

）

球坐標(biāo)系（r,θ,

）柱坐標(biāo)系（,,z）

自然坐標(biāo)系

(s)二.確定質(zhì)點(diǎn)位置的常用方法1.直角坐標(biāo)法P(x,y,z)2.位矢法表示。位矢的大小為：位矢的方向用方向余弦表示，則有：參考物質(zhì)點(diǎn)某時(shí)刻位置P(x,y,z)

由位矢

??3.自然坐標(biāo)法已知質(zhì)點(diǎn)相對參考系的運(yùn)動軌跡時(shí)，常用自然法。4.運(yùn)動學(xué)方程(函數(shù))直角坐標(biāo)下自然坐標(biāo)下已知運(yùn)動學(xué)方程，可求質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡、速度和加速度意義:一質(zhì)點(diǎn)作勻速圓周運(yùn)動，半徑為

r，角速度為

。以圓心O為原點(diǎn)。建立直角坐標(biāo)系Oxy

，O點(diǎn)為起始時(shí)刻，設(shè)t時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)位于P（x,y），用直角坐標(biāo)表示的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動學(xué)方程為位矢表示為自然坐標(biāo)表示為例解求用直角坐標(biāo)、位矢、自然坐標(biāo)表示的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動學(xué)方程。求解hx坐標(biāo)表示為例如圖所示，以速度v

用繩跨一定滑輪拉湖面上的船，已知繩初長

l0，岸高

h取坐標(biāo)系如圖依題意有質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動學(xué)的基本問題之一，是確定質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動學(xué)方程。為正確寫出質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動學(xué)方程，先要選定參考系、坐標(biāo)系，明確起始條件等，找出質(zhì)點(diǎn)坐標(biāo)隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系。O船的運(yùn)動方程說明§1.2質(zhì)點(diǎn)的位移、速度和加速度一.位移位移矢量反映了物體運(yùn)動中位置(距離與方位

)的變化。討論(1)位移是矢量（有大小，有方向）位移不同于路程(2)位移與參照系位置的變化無關(guān)(3)與Δr

的區(qū)別OPP’OO分清二.速度(描述物體運(yùn)動狀態(tài)的物理量

)1.平均速度O2.瞬時(shí)速度ABB'討論(1)速度的矢量性、瞬時(shí)性和相對性。

(2)注意速度與速率的區(qū)別三.加速度1.平均加速度2.瞬時(shí)加速度討論(1)加速度反映速度的變化（大小和方向）情況。ABO(2)加速度的方向總是指向軌跡曲線凹的一面。ABO結(jié)論：§1.3

用直角坐標(biāo)表示位移、速度和加速度一.位移x

yzO時(shí)刻

t，質(zhì)點(diǎn)位于P，位矢為時(shí)刻

t+t

，質(zhì)點(diǎn)位于

Q，位矢為時(shí)間

t

內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的位移為建如圖所示坐標(biāo)，則二.速度1.平均速度2.瞬時(shí)速度速度的大小為速度的方向用方向余弦表示為三.加速度大小為方向用方向余弦表示為四.運(yùn)動學(xué)的二類問題1.第一類問題已知運(yùn)動學(xué)方程，求(1)

t=1s

到

t=2s

質(zhì)點(diǎn)的位移(3)軌跡方程(2)

t=2s

時(shí)已知一質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動方程求例解(1)(2)(3)當(dāng)

t=2s

時(shí)由運(yùn)動方程得軌跡方程為解已知求和運(yùn)動方程代入初始條件代入初始條件2.第二類問題已知加速度和初始條件，求例,

t=0

時(shí)，由已知有§1.4用自然坐標(biāo)表示平面曲線運(yùn)動中的速度和加速度一.速度速度矢量在切線上的投影?二.加速度第一項(xiàng)：方向?yàn)橐饬x：第二項(xiàng)：反映速度大小變化的快慢大小為叫切向加速度叫法向加速度當(dāng)

時(shí)因而法向加速度：

大小為方向?yàn)榉从乘俣确较蜃兓目炻饬x：加速度曲率半徑一汽車在半徑R=200m

的圓弧形公路上行駛，其運(yùn)動學(xué)方程為s=20t-0.2t2(SI)

.根據(jù)速度和加速度在自然坐標(biāo)系中的表示形式，有例汽車在

t=1s時(shí)的速度和加速度大小。求解討論在一