為什么要學(xué)物理學(xué)剖析

高校物理(工科)

上主講老師:宋根宗2013.03～2013.071緒論為什么要學(xué)習(xí)物理學(xué)?怎樣學(xué)習(xí)高校物理?2為什么要學(xué)習(xí)物理學(xué)?一、物理學(xué)與物質(zhì)世界二、物理學(xué)與自然科學(xué)三、物理學(xué)與應(yīng)用技術(shù)3什么是物理學(xué)？物理學(xué)探討的內(nèi)容物理學(xué)是探討物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、物質(zhì)間的基本相互作用和物質(zhì)運動所遵循的普遍規(guī)律的科學(xué)。物理學(xué)是自然科學(xué)的一門重要基礎(chǔ)學(xué)科；物理學(xué)是人類物質(zhì)文明發(fā)展的基礎(chǔ)和動力；物理學(xué)是一種哲學(xué)觀和方法論。物理學(xué)是探討物質(zhì)最基本、最普遍的運動形式和規(guī)律以及物質(zhì)的最基本結(jié)構(gòu)的科學(xué)！4物理學(xué)探討的對象特殊廣泛：宇觀宏觀微觀1.相識世界相識宇宙空間尺度(相差1045－1046)1026m(約150億光年)(宇宙)——10-20m(夸克)——10-27s(硬射線周期)速率范圍：0(靜止)——3108m/s(光速)時間尺度(相差1045)1018s150億年(宇宙年齡)世界是物質(zhì)的，物質(zhì)是運動的，運動是永恒的。一、物理學(xué)與物質(zhì)世界52.當(dāng)今物理學(xué)的兩個前沿領(lǐng)域人們從自己向小尺度追問—以探究物質(zhì)的組成。目前物理學(xué)界公認組成物質(zhì)的最小單元是夸克(quark),即認為quark沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu),但近來有消息稱：quark也可一分為二。粒子物理學(xué)(探討微觀粒子的組成、結(jié)構(gòu)、相互轉(zhuǎn)換、相互作用和運動規(guī)律的理論——高能物理學(xué))建立標(biāo)準(zhǔn)模型—認定基本粒子—揭示物質(zhì)的組成。高能物理試驗(試驗手段)—北京正負電子對撞機，合肥同步輻射加速器，蘭州重離子加速器歐洲大型強子對撞機6天體物理學(xué)(宇觀理論)標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型分析宇宙的起源大爆炸宇宙學(xué)從遙遠的過去宇宙產(chǎn)生于大爆炸絕熱膨脹至今我們生活在這樣的世界中人們從自己向大尺度追問以探究宇宙的奇異人類宇宙觀的發(fā)展：亞里斯多德“地心說”哥白尼“日心說”開普勒“行星運動三定律”“永恒的宇宙”是演化的是有起源的愛因斯坦廣義相對論哈勃紅移7現(xiàn)代宇宙學(xué)：宇宙由1250億個星系組成，每個星系由數(shù)千億個恒星組成，浩瀚的宇宙起源于大約150億年前的一次大爆炸，從那時起至今整個宇宙處于不斷的膨脹之中，今后宇宙是恒久膨脹下去，還是膨脹到確定時候再收縮？或者是其他的命運？還有待于接著探討。8辯證唯物論的基本觀點：世界是物質(zhì)的，物質(zhì)是運動的，運動是永恒的。3.建立正確的宇宙觀和時空觀時間和空間是相對的、相互關(guān)聯(lián)的，“同時”是相對的，而且時間和空間與物質(zhì)的存在有關(guān)，離開物質(zhì)談時間是沒有意義的。牛頓確定時空觀：時間和空間是確定的、勻整的、相互獨立的。愛因斯坦相對論時空觀：有了正確的宇宙觀、世界觀和時空觀——人生觀9二、物理學(xué)與自然科學(xué)建樓房為什么要打地基？假如地基打得不好,就會發(fā)生……物理學(xué)是理工科各專業(yè)的重要基礎(chǔ)課1.物理學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)現(xiàn)在很多高校的人文、社科、經(jīng)濟、管理等專業(yè)也開設(shè)物理學(xué)課程10物理學(xué)力學(xué)熱學(xué)電磁學(xué)光學(xué)原子物理學(xué)…核物理固體物理統(tǒng)計物理電動力學(xué)理論物理…相對論量子場論粒子物理天體物理量子力學(xué)…流體力學(xué)彈性力學(xué)無線電電子學(xué)金屬物理學(xué)半導(dǎo)體物理電介質(zhì)物理學(xué)超導(dǎo)物理學(xué)等離子體物理天文學(xué)物理化學(xué)生物物理固體發(fā)光液晶及激光…電子技術(shù)電工與電子學(xué)傳感器與測量技術(shù)真空技術(shù)金屬材料及熱處理材料力學(xué)性能電子電路電磁場與微波技術(shù)微機原理電子與現(xiàn)代通信系統(tǒng)…11推動了電子學(xué)信息技術(shù)的發(fā)展——第三次產(chǎn)業(yè)革命使人類進入了“信息化時代”2.物理學(xué)是當(dāng)代工程技術(shù)的基礎(chǔ)物理學(xué)的三次大的突破，導(dǎo)致了三次大的工業(yè)革命：18世紀(jì)熱力學(xué)與統(tǒng)計物理學(xué)的發(fā)展推動了第一次產(chǎn)業(yè)革命,使人類進入了“蒸汽機時代”19世紀(jì)末20世紀(jì)初電磁學(xué)的發(fā)展推動了其次次產(chǎn)業(yè)革命使人類進入了“電氣化時代”20世紀(jì)初~現(xiàn)在相對論與量子物理學(xué)12物理學(xué)的新突破重大新技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)盧瑟福粒子散射試驗(1909)核能利用(40年頭以后)愛因斯坦受激輻射理論(1917)第一臺激光器(1960)信息技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展的硬件部分以物理學(xué)成果為基礎(chǔ)量子力學(xué)費米狄拉克統(tǒng)計固體能帶理論(20年頭)微結(jié)構(gòu)物理(物理)晶體管誕生(1947)集成電路(1962)大規(guī)模集成電路(70年頭后期)133.物理學(xué)發(fā)展史簡介物理學(xué)發(fā)展可分為三個時期：公元前2000年——公元1600年：古代物理學(xué)發(fā)展時期——物理學(xué)萌芽期1600年——1900年：經(jīng)典物理學(xué)建立和完成時期1900年——1930年：現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展時期1930年——現(xiàn)在：粒子物理、天體物理、生物物理等14三、物理學(xué)與應(yīng)用技術(shù)1.快速發(fā)展的汽車工業(yè)汽車的驅(qū)動力、阻力矩問題平穩(wěn)性與汽車的減震問題汽車的制動器與離合器問題汽車的發(fā)動機工作效率問題——力學(xué)——熱學(xué)熱力學(xué)其次定律、卡諾定理、循環(huán)效率152.家用電器電冰箱——制冷機空調(diào)機熱力學(xué)其次定律，卡諾定理，制冷系數(shù)微波爐電磁場位移電流電介質(zhì)極化麥克斯韋方程組變更電偶極矩，使電介質(zhì)反復(fù)極化，使分子熱運動加劇，有熱效應(yīng)，但與焦耳熱完全不同——微波爐163.信息存儲技術(shù)光盤——激光信息處理：極高的信息存儲密度、讀取信息時間短、運用壽命長磁盤（軟盤、硬盤、U盤…）——電磁記錄4.激光技術(shù)的應(yīng)用愛因斯坦受激輻射理論(1917)第一臺激光器(1960)激光技術(shù)的應(yīng)用：光通信、光計算、激光加工(焊接、切割)、激光印刷(激光打印機、激光照排機、激光復(fù)印機、激光制版機)、激光生物應(yīng)用、激光醫(yī)學(xué)應(yīng)用(激光刀、激光治療)、激光測距、激光測速、激光導(dǎo)向、激光雷達、激光制導(dǎo)、激光武器…175.國防航天領(lǐng)域運載火箭和航天飛機：同步軌道衛(wèi)星：保持在地球某一經(jīng)度的地面上空、運行周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同。通信衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星。依據(jù)開普勒第三定律可以計算出衛(wèi)星的高度，再由克服地球引力所做的功和機械能守恒定律可計算動身射速度?；鸺苿釉?，動量定理、動量守恒定律導(dǎo)彈的制導(dǎo)：有線指令制導(dǎo)、電視制導(dǎo)、微波雷達制導(dǎo)、激光制導(dǎo)、紅外制導(dǎo)、毫米波制導(dǎo)。186.醫(yī)療器械與醫(yī)學(xué)診斷技術(shù)目前在醫(yī)學(xué)上主要用于視察：肝臟、膽囊、肝外膽管、腎臟、腎上腺、胰腺、脾臟、前列腺、卵巢等。真實、直觀、快捷、便利、簡潔、無苦痛。B超——B型超聲波診斷儀聲波、超聲波、反射、折射、透射、吸取、衰減、多譜勒效應(yīng)、探測、顯示、成像、記錄；除物理學(xué)外還涉及電子學(xué)、人體組織學(xué)等。三維圖像（立體）從靜態(tài)黑白動態(tài)（快速成像）彩色（彩超）二維圖像19目前在醫(yī)學(xué)上主要用于視察：大腦中病變、中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病五宮疾病的檢查與診斷等。對顱內(nèi)腫瘤、膿腫、外傷血腫、腦損傷、腦梗塞、腦出血及椎管內(nèi)腫瘤、椎間盤脫出等病診斷效果很好。X射線與CT掃描X射線、強度衰減、穿透特性、電離效應(yīng)、光化學(xué)效應(yīng)、熒光效應(yīng)、CT(計算機斷層成像技術(shù))電子束、掃描、接收、造影、成像等。20目前在醫(yī)學(xué)上主要用于：神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如腫瘤、腦梗塞、血管病變、腦外傷、先天畸形等。核磁共振成像裝置核磁共振——是一門利用原子核在磁場中的能量變更來獲得關(guān)于核的信息的技術(shù)。已經(jīng)廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、地質(zhì)等各個領(lǐng)域。在醫(yī)學(xué)上的核磁共振成像已成為最有效診斷技術(shù)。晶體的基本結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體材料、超導(dǎo)材料、納米材料、液晶材料、生物材料8.新材料的探討原子能發(fā)電、太陽能發(fā)電、磁流體發(fā)電、化學(xué)能發(fā)電、能源的再生與保存等7.能源開發(fā)與利用21高校物理課的任務(wù)把高校生領(lǐng)進物理學(xué)的各個領(lǐng)域的大門打開大門并送一枚指南針使之能在物理學(xué)展示的五彩繽紛的世界中吸取養(yǎng)分強壯成長22怎樣學(xué)習(xí)高校物理?一、高校教化與中學(xué)教化二、高校物理與中學(xué)物理三、學(xué)習(xí)物理的正確方法與錯誤方法23一、高校教化與中學(xué)教化中學(xué)教化的目的為高校輸送更多的人升學(xué)率重點率高考成果高校教化的目的為社會輸送合格的人才積累學(xué)問提高實力培育素養(yǎng)應(yīng)試教化，忽視實力的培育理解實力、分析問題解決問題實力、自我管理與約束實力…高校階段最重要的是實力的培育：自學(xué)實力、理解實力、適應(yīng)實力、創(chuàng)新實力、表達實力、自我約束力…24在高校物理中，常常須要解決一些實際問題，或接近于實際的問題，這就要還其原來面目：物理量多是變更的、非勻整的、有方向的。須要用微積分的思想和矢量的概念去分析和解決具體問題。二、高校物理與中學(xué)物理的重要區(qū)分實際物理問題往往是很困難的，在中學(xué)物理中，常將問題簡化成：物理量是不隨時間變更的(常量)、也不隨空間變更(勻整的)量,并不考慮其方向(標(biāo)量)性。高校物理須要對具體問題的物理概念和物理思想有更深刻的理解，而不是簡潔的套用物理公式算題。25三、學(xué)習(xí)物理的正確方法1.細致看書兩遍以上，聽課與看書的時間應(yīng)為1:2。2.把基本概念、基本規(guī)律和原理理解深、理解透。正確理解其物理本質(zhì)，并要留意其適用條件。3.在上述基礎(chǔ)上，通過適當(dāng)作題，加深理解，消化所學(xué)內(nèi)容。每作一題，要有一題的收獲。4.要有意識地用矢量和微積分的思想和方法去分析問題和解決問題。5.把教材內(nèi)容的記憶削減到最低限度，用思索而不是用記憶來學(xué)習(xí)物理學(xué)—“理解萬歲”。學(xué)會做單元總結(jié)。6.獨立思索，多問為什么，相互溝通，常常探討。26再看書上是怎么作的，對比一下，從中受到哪些啟發(fā)；對于自己沒能作出或沒作對的題，要找一下緣由;必要時，回過來再看一看書，加深理解。如何看書上的例題:不要一下從頭看到尾，正確的方法是：先細致審題，弄懂題意,依據(jù)所學(xué)學(xué)問想一想，擬出解題思路；自己動手作一作，最好完整作一遍；27在初中、中學(xué)接受的是一種應(yīng)試教化，熟記教材中的一些片斷、定義、推導(dǎo)、習(xí)題等，并不是理解基本的概念和原理。在高校里仍延用這些錯誤的方法來學(xué)高校物理。1、上課從來不記筆記；2、課后不系統(tǒng)看書；3、每單元學(xué)完之后不作總結(jié)；4、死記硬背定理、定律及公式；5、書沒看懂就作題或