物理學(xué)與物理學(xué)人才培養(yǎng)

關(guān)于物理學(xué)與物理學(xué)人才培養(yǎng)第1頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五物理學(xué)和物理科學(xué)人才的培養(yǎng)1.什么是物理學(xué)2.從物理學(xué)的發(fā)展看物理學(xué)的思想方法3.物理學(xué)是一個(gè)整體4.自然科學(xué)和現(xiàn)代高新技術(shù)的基礎(chǔ)5.物理科學(xué)人才的需要和培養(yǎng)第2頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1.什么是物理學(xué)

物理學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)。

物理學(xué)研究宇宙間物質(zhì)存在的基本形式，物質(zhì)的性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)、相互作用、相互轉(zhuǎn)化以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基本規(guī)律。

物理學(xué)是探討物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的前沿學(xué)科。物理學(xué)是研究“物”的，它研究的是物質(zhì)，也就是研究宇宙間客觀存在的物質(zhì)。物理學(xué)不是對(duì)客觀存在的物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單地進(jìn)行記載和現(xiàn)象描寫。而是研究“物”的“理”，也就是研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的道理，研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的普遍的基本規(guī)律。第3頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

正因?yàn)槿绱耍钥梢愿爬椋?/p>

物理學(xué)研究宇宙間物質(zhì)存在的基本形式，物質(zhì)的性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)、相互作用、相互轉(zhuǎn)化以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基本規(guī)律。

物理學(xué)是探討物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的前沿學(xué)科。

可以說(shuō)：物理學(xué)的研究對(duì)象是普遍的。物理學(xué)所研究的規(guī)律是基本的。第4頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五自遠(yuǎn)古以來(lái)，由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要確定季節(jié)，人們就進(jìn)行天文觀察，在古代就形成天文學(xué)。

化學(xué)緣起于古代煉金術(shù)，獨(dú)立地發(fā)展。

物理學(xué)、天文學(xué)、化學(xué)是最早發(fā)展的自然科學(xué)。它們之間存在著密切的聯(lián)系。物理學(xué)所發(fā)現(xiàn)的基本規(guī)律在天文現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象中起著日益深刻的作用。

地學(xué)和生命科學(xué)都是自然科學(xué)的重要方面，有重要的社會(huì)作用。但是像地球這樣有生物的行星在宇宙中卻是少見的，所以地學(xué)和生命科學(xué)不屬于物理學(xué)的范圍。

物理學(xué)所發(fā)現(xiàn)的基本規(guī)律在地球現(xiàn)象和生命現(xiàn)象中，也起著重要作用。第5頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.從物理學(xué)的發(fā)展看物理學(xué)的思想方法

20

世紀(jì)已經(jīng)過(guò)去，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入了21世紀(jì)。在20世紀(jì)初期的30

年，物理學(xué)經(jīng)歷了一場(chǎng)偉大的革命。這場(chǎng)革命推動(dòng)的整個(gè)自然科學(xué)和應(yīng)用技術(shù)的偉大變革，這些變革和這些變革對(duì)人類社會(huì)的巨大影響，將作為20

世紀(jì)的一個(gè)重要標(biāo)志而載入史冊(cè)。物理學(xué)的這段令人神往的革命發(fā)展，大大深化了人們對(duì)物質(zhì)世界的結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)的規(guī)律性的認(rèn)識(shí)，提供了新興的高新科學(xué)技術(shù)部門的產(chǎn)生和發(fā)展的基礎(chǔ)。第6頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

作為自然科學(xué)的基礎(chǔ)，作為研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律的物理學(xué)，總是生機(jī)勃勃，不斷地開辟自己前進(jìn)的道路的。

1803年道爾頓提出了近代的原子論，認(rèn)為世界間萬(wàn)物都是由幾十種不同種類元素的原子組成的。到了19世紀(jì)60年代，人類認(rèn)識(shí)的物質(zhì)元素?cái)?shù)目增加到60多種，還認(rèn)識(shí)到不同元素的性質(zhì)是有內(nèi)在聯(lián)系的，邁耶（美籍德國(guó)人，原子核殼層模型理論獲1963年諾貝爾獎(jiǎng)，是繼居里夫人之后第二個(gè)獲諾獎(jiǎng)的女士）和門捷列夫的周期律描述了各種元素之間的這種內(nèi)在聯(lián)系。

現(xiàn)在人類認(rèn)識(shí)的物質(zhì)元素的數(shù)目已經(jīng)增加到114種，其中94種是自然界原來(lái)就有所存在的，20種完全是人造的。這114種元素組成了1千幾百萬(wàn)種化合物。第7頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

19世紀(jì)末，物理學(xué)家們發(fā)現(xiàn)（1897年10月）了電子（1906年物理學(xué)獎(jiǎng)），a

粒子（1899年發(fā)現(xiàn)，1906年確定為氦核，1908年化學(xué)獎(jiǎng)），放射性（1896年3月發(fā)現(xiàn)，1903年物理學(xué)獎(jiǎng)），X射線（1895年11月，1901年物理學(xué)獎(jiǎng)），…。人類對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)進(jìn)入了微觀世界。

20世紀(jì)初，發(fā)現(xiàn)原子是可以改變的，原子不是物質(zhì)構(gòu)成的最小單元，原子還有內(nèi)部結(jié)構(gòu)。盧瑟福建立了原子結(jié)構(gòu)的有核模型。

探討熱輻射規(guī)律以及原子結(jié)構(gòu)模型和經(jīng)典物理學(xué)之間的矛盾，導(dǎo)致了量子論的建立、量子力學(xué)的誕生，產(chǎn)生了現(xiàn)代原子、分子物理，凝聚態(tài)物理，原子核物理，粒子物理，…?，F(xiàn)在，物理學(xué)又正在進(jìn)入一個(gè)新的層次。探索物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)粒子及其運(yùn)動(dòng)、相互作用、相互轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究近40年多來(lái)取得十分輝煌的成就。第8頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

20世紀(jì)60年代到70年代，粒子物理學(xué)在認(rèn)識(shí)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律方面取得了重大的、系統(tǒng)的進(jìn)展，建立了粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型。標(biāo)準(zhǔn)模型概括了兩方面的內(nèi)容：

1。物質(zhì)世界是由62種粒子構(gòu)成

(1)規(guī)范玻色子相互作用的媒介粒子，共13種。

(2)費(fèi)米子自旋為1/2的粒子。費(fèi)米子又分為輕子和夸克兩類，粒子和反粒子共48種。

(3)Higgs粒子自旋為零的粒子，不帶電，共1種。第9頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五這62種粒子中，實(shí)驗(yàn)上現(xiàn)在還沒得到存在的直接證據(jù)的2種粒子是Higgs粒子和引力子。其中引力子：作用太弱，不能直接觀測(cè)。

唯一的應(yīng)該能找到但還沒有找到的粒子

Higgs粒子。

2.粒子之間的基本相互作用有4種

(1)色相互作用媒介粒子為膠子g.

(2)電弱相互作用媒介粒子為

,W+,W,Z。能量低于250GeV時(shí)分解為性質(zhì)和行為很不相同的兩種相互作用：

電磁相互作用媒介粒子為。

弱相互作用媒介粒子為W+,W,Z。

(3)引力相互作用媒介粒子為引力子。第10頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五理論上認(rèn)為還存在有一種相互作用。

(4)Higgs粒子湯川相互作用媒介粒子為Higgs粒子。

只有

Higgs粒子湯川相互作用還沒有直接觀察到。粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型完整地總結(jié)概括了現(xiàn)在已經(jīng)知道的物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和相互作用的各種基本規(guī)律，并且得到多方面實(shí)驗(yàn)的大量驗(yàn)證。粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型的建立以及它在各方面的成功，標(biāo)志著物理學(xué)在探討物質(zhì)微觀的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律方面正在進(jìn)入物質(zhì)世界的一個(gè)更深的層次。

毫無(wú)疑問這是物理學(xué)發(fā)展歷史上一個(gè)具有劃時(shí)代意義的大事。第11頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五但是，在歡呼它取得的多方面的勝利時(shí)，也要看到同時(shí)它也提出了一系列帶本質(zhì)性的沒有解決的問題。可以說(shuō)，進(jìn)入這個(gè)新層次將帶來(lái)的最本質(zhì)的新的物理，還沒有到來(lái)。

19世紀(jì)末的物理學(xué)家盡管看到了“遮蓋在熱和光的動(dòng)力理論上的19世紀(jì)烏云”，但也沒有能猜測(cè)到物理學(xué)將進(jìn)入比原子更深層次的探索，會(huì)在什么時(shí)候和在哪點(diǎn)上帶來(lái)新的物理，沒有能預(yù)見在30年內(nèi)相對(duì)論和量子力學(xué)的建立、近代物理的建立和發(fā)展。第12頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

21世紀(jì)初的人們可以在總結(jié)20世紀(jì)中近代物理學(xué)的飛速發(fā)展的基礎(chǔ)上對(duì)21世紀(jì)初近代物理的某些發(fā)展動(dòng)向進(jìn)行某些預(yù)測(cè)。

21世紀(jì)初的人們也不能奢望能夠在近代物理學(xué)的飛速發(fā)展的面前對(duì)21世紀(jì)初幾十年內(nèi)物理學(xué)的發(fā)展前景作出全面、具體、肯定的預(yù)測(cè)。第13頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

20世紀(jì)初期物理學(xué)的革命，表現(xiàn)出人類理性思維的偉大勝利。狹義相對(duì)論，特別是廣義相對(duì)論，震撼著物理學(xué)工作者的心靈。愛因斯坦也在他那無(wú)與倫比的思考導(dǎo)致的宇宙模型面前感到困惑了。近四十多年來(lái)一大批物理學(xué)家和天文學(xué)家辛勤的努力和非凡的勇氣，把這個(gè)難以想象的革命性的關(guān)于宇宙的結(jié)構(gòu)和演化的概念和圖象建立起來(lái)了，大爆炸宇宙論得到科學(xué)界多數(shù)人的認(rèn)同，被稱為宇宙學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型。第14頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

在大致一百五十多億年前，宇宙從一個(gè)具有無(wú)限大的密度和具有無(wú)限大的時(shí)空曲率的點(diǎn)開始了。

宇宙迅速膨脹，密度和溫度迅速降低，到10–44

秒時(shí)，重力相互作用和其它相互作用分離開來(lái)；

到

10–36

秒時(shí)，強(qiáng)相互作用和電弱相互作用分離；大體上可以說(shuō)10-10

秒以前物質(zhì)存在形式以夸克物質(zhì)形態(tài)為主，即以密集的夸克膠子等離子體的形式存在。第15頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

直到10–10

秒時(shí)，宇宙的平均溫度大約為1015

度，弱相互作用才與電磁相互作用分離，世界變成了有四種基本相互作用的世界。

體積再膨脹，溫度再降低后，到10-6

秒時(shí)，夸克、反夸克又結(jié)合成各種介子和重子，形成強(qiáng)子物質(zhì)。這時(shí)溫度大約在1013K

左右。大爆炸后的一秒鐘時(shí)宇宙的平均溫度大約為1010K。

溫度繼續(xù)降低，到大約3分鐘時(shí)開始，質(zhì)子和中子結(jié)合成較重的原子核，首先是形成氦核。這時(shí)宇宙的平均溫度大約為109K。第16頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

直到三十多萬(wàn)年后，開始出現(xiàn)原子、分子，這時(shí)宇宙的溫度降到大約6000度。

從大的范圍來(lái)說(shuō)，開始形成星體，出現(xiàn)星云系。這樣一個(gè)綜合了夸克尺度物理和宇觀尺度物理的宇宙演化模型的建立，是人類物質(zhì)認(rèn)識(shí)史上一個(gè)最具有革命性的、劃時(shí)代的偉大事件。這個(gè)宇宙學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型和近年來(lái)天體物理學(xué)取得的輝煌的成就，在物理學(xué)的面前提出了十分嚴(yán)峻的具有本質(zhì)的挑戰(zhàn)。第17頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

如何理解宇宙這樣有限而無(wú)界的時(shí)空和它的奇點(diǎn)？

什么是在宇宙這樣演化中的物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律？

為什么宇宙結(jié)構(gòu)和演化中有那么多的“巧合”？

為什么宇宙中存在的暗物質(zhì)總量至少比明亮物質(zhì)的總量大一個(gè)數(shù)量級(jí)？

暗物質(zhì)粒子究竟是什么粒子？

為什么宇宙對(duì)正反物質(zhì)是不對(duì)稱的？宇宙對(duì)正反物質(zhì)不對(duì)稱的來(lái)源是什么？這些問題都是有待研究的。第18頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.物理學(xué)是一個(gè)整體

20世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展顯示：物質(zhì)世界是有層次的，反映物質(zhì)世界的物理學(xué)規(guī)律也是有層次的。

每一層次的物理都植根于更深層次的物理學(xué)，同時(shí)每一層次的物理規(guī)律又不能還原為更深層次物理規(guī)律的簡(jiǎn)單積累和疊加。

每個(gè)層次的物理都是在真實(shí)的意義上不可窮盡的。

人類在探索自然奧秘的過(guò)程中，一個(gè)重要的問題是探索物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的基本規(guī)律；另一個(gè)重要的基本問題是探索物質(zhì)大范圍結(jié)構(gòu)的基本規(guī)律；再一個(gè)重要的基本問題是探索宏觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律。第19頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

20世紀(jì)以來(lái)，物理學(xué)在探索物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的基本規(guī)律方面不斷取得進(jìn)展，從20世紀(jì)初到30年代，探索物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的前沿學(xué)科是原子物理學(xué)；30年代到40年代是原子核物理學(xué)；50年代以來(lái)是粒子物理學(xué)，建立了粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型。

20世紀(jì)以來(lái)，物理學(xué)在探索物質(zhì)大范圍結(jié)構(gòu)的基本規(guī)律方面不斷取得進(jìn)展，從天體物理學(xué)到宇宙學(xué)，建立了宇宙學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型。

20世紀(jì)以來(lái)，物理學(xué)在探索宏觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律方面不斷取得進(jìn)展，發(fā)展出理論物理、凝聚態(tài)物理、光物理、激光物理、非線性光學(xué)、低溫物理、磁性物理、金屬物理、半導(dǎo)體物理、材料物理、表面物理、介觀物理、電真空物理、電子物理、無(wú)線電物理、固體微電子學(xué)、等離子體物理、聲學(xué)、固態(tài)物理、液態(tài)物理、高壓物理、非線性物理、分形物理、計(jì)算物理……等分支學(xué)科。第20頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五近幾十年來(lái)，物理學(xué)的各分支學(xué)科有著突飛猛進(jìn)的迅速發(fā)展，對(duì)物理現(xiàn)象和物理學(xué)規(guī)律的探索研究不斷取得新的進(jìn)展，豐富了人們對(duì)物質(zhì)世界物理運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的認(rèn)識(shí)和掌握，促進(jìn)了許多和物理學(xué)緊密相關(guān)的交叉學(xué)科和技術(shù)學(xué)科的發(fā)展。

經(jīng)典力學(xué)、經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)并不因?yàn)榱孔恿W(xué)、量子電動(dòng)力學(xué)的發(fā)展而被排斥出物理學(xué)，近年來(lái)還不停地有它們新的、有深刻意義的進(jìn)展。光物理學(xué)和凝聚態(tài)物理學(xué)半個(gè)世紀(jì)以來(lái)的巨大的、令人應(yīng)接不暇的發(fā)展提供了最能說(shuō)服人的例子。第21頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五在當(dāng)代粒子物理和宇宙學(xué)中最重要的觀念，如相變、對(duì)稱性的自發(fā)破缺、拓?fù)湫匀毕?、紅外發(fā)散…等等，都首先來(lái)自凝聚態(tài)物理學(xué)。而當(dāng)代凝聚態(tài)物理的理論研究又都廣泛地而且本質(zhì)地使用粒子物理學(xué)中發(fā)展的量子場(chǎng)論的語(yǔ)言和技術(shù)。這顯示物質(zhì)世界的豐富性、多樣性決定了物理學(xué)有許多分支學(xué)科，體現(xiàn)物理學(xué)的豐富性、多樣性、和統(tǒng)一性，但各分支是緊密聯(lián)系的。物理學(xué)是一個(gè)整體“只有一個(gè)物理學(xué)”！第22頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五4.自然科學(xué)和現(xiàn)代高新技術(shù)的基礎(chǔ)

在20世紀(jì)，物理學(xué)的基本概念和技術(shù)已被應(yīng)用到所有的自然科學(xué)領(lǐng)域。

物理學(xué)與其它自然科學(xué)學(xué)科之間的邊緣領(lǐng)域，一定意義上是當(dāng)代自然科學(xué)中最富于獲得豐碩成果的機(jī)遇的領(lǐng)域。邊緣領(lǐng)域的發(fā)展，又反過(guò)來(lái)豐富、加深和支持了物理學(xué)本身的發(fā)展。量子力學(xué)和現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用，大大推進(jìn)了現(xiàn)代化學(xué)的發(fā)展。

對(duì)分子結(jié)構(gòu)、性能和反應(yīng)機(jī)理的研究，又豐富了和推動(dòng)了現(xiàn)代物理的進(jìn)步。第23頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五而且，如果沒有現(xiàn)代化學(xué)的支撐，現(xiàn)代物理學(xué)中好些分支學(xué)科都不能產(chǎn)生和發(fā)展。地球科學(xué)、生命科學(xué)與物理學(xué)的邊緣領(lǐng)域的發(fā)展，也將會(huì)是類似的情景。近二三十年復(fù)雜性科學(xué)的發(fā)展。數(shù)學(xué)、物理學(xué)，特別是物理學(xué)與化學(xué)、地球科學(xué)、生命科學(xué)、各種應(yīng)用技術(shù)科學(xué)的邊緣領(lǐng)域研究的發(fā)展，都使人們相信，在復(fù)雜性(多維度，多組元，非線性，非平衡和開放的)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、性能和演化中，有一些具有普遍性的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)模式。

相信一門有重要的基礎(chǔ)科學(xué)意義的學(xué)科，復(fù)雜性物理正在形成。第24頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

復(fù)雜性物理已經(jīng)顯出可能對(duì)物理學(xué)中一些最基礎(chǔ)的問題，如必然性和隨機(jī)性，無(wú)序化的傾向和有序結(jié)構(gòu)的生成，不同層次的結(jié)構(gòu)的自相似性等，作出有深刻物理意義的回答。

復(fù)雜性物理也將是人類認(rèn)識(shí)史上又一個(gè)重大的事件，它將會(huì)對(duì)化學(xué)，地球科學(xué)，生命科學(xué)，認(rèn)知科學(xué)和各種應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響。

20世紀(jì)以來(lái)，隨著近代物理學(xué)的迅猛發(fā)展，陸續(xù)發(fā)展了近代原子分子物理學(xué)、原子核物理學(xué)與核技術(shù)、原子核能的利用、激光物理和激光技術(shù)、半導(dǎo)體物理和器件、固體組件、超導(dǎo)電物理與技術(shù)、光電子學(xué)技術(shù)、X光技術(shù)、粒子物理。第25頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五這些分支學(xué)科的發(fā)展又推動(dòng)了計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)和信息與通訊科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，并且形成了各種有關(guān)的新科學(xué)技術(shù)產(chǎn)業(yè)。它們大大推動(dòng)了現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展。隨著科學(xué)的發(fā)展，不同學(xué)科相互滲透，出現(xiàn)了物理學(xué)與這些學(xué)科之間的一系列交叉學(xué)科，如數(shù)學(xué)物理學(xué)、天體物理學(xué)、化學(xué)物理學(xué)、生物物理學(xué)、大氣物理學(xué)、海洋物理學(xué)、地球物理學(xué)等。

物理學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)，物理學(xué)的發(fā)展動(dòng)力深深地植根于人類對(duì)真理的非功利的追求。第26頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

這種對(duì)真理的非功利的追求給人類帶來(lái)了最大的收益。

當(dāng)代技術(shù)進(jìn)步的主要推動(dòng)力來(lái)自純學(xué)科性的基礎(chǔ)研究。

研究室和實(shí)驗(yàn)室中純學(xué)科性的研究轉(zhuǎn)變?yōu)橹匾膽?yīng)用技術(shù)，實(shí)際生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展中遇到的問題轉(zhuǎn)化為有基礎(chǔ)學(xué)科意義的研究課題，兩者關(guān)系愈來(lái)愈密切，相互轉(zhuǎn)化的周期愈來(lái)愈短。

與之相應(yīng)，在現(xiàn)代，杰出的基礎(chǔ)科學(xué)研究人材和優(yōu)秀的應(yīng)用技術(shù)開發(fā)人材在科學(xué)素質(zhì)上的要求變得更加一致了。第27頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

進(jìn)入21世紀(jì)之際，無(wú)論是制造業(yè)還是服務(wù)業(yè)，也無(wú)論是材料、信息、能源、交通、環(huán)境等技術(shù)部門，都在期待著新的技術(shù)變革。

認(rèn)真考察就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這些新的技術(shù)變革都主要基于現(xiàn)代物理學(xué)的進(jìn)展?？梢钥隙ǖ氖牵?1世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展仍是技術(shù)進(jìn)步的主要源泉。物理學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)。物理學(xué)是現(xiàn)代高、新技術(shù)的基礎(chǔ)。第28頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五5.物理學(xué)人才的需要和培養(yǎng)

物理學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)。物理學(xué)是現(xiàn)代高、新技術(shù)的基礎(chǔ)。各個(gè)國(guó)家都在不斷地培養(yǎng)物理學(xué)的專門人才。考察各國(guó)物理學(xué)專門人才的培養(yǎng)情況，特別是培養(yǎng)博士水平的專門人才的情況，可以發(fā)現(xiàn)以下特點(diǎn)。第一、實(shí)際培養(yǎng)的人數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開展物理學(xué)研究和物理學(xué)教育所需要的人數(shù)。第二、社會(huì)需要的物理學(xué)專門人才的數(shù)目大于學(xué)校實(shí)際培養(yǎng)的人數(shù)。第29頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

這兩個(gè)特點(diǎn)不是某一年的暫時(shí)的現(xiàn)象，而是持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期的穩(wěn)定的狀況。物理學(xué)專門人才有很好的物理學(xué)科學(xué)素質(zhì)。

物理學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代高新技術(shù)的基礎(chǔ)。

物理學(xué)研究宇宙間物質(zhì)存在的基本形式，物質(zhì)的性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)、相互作用、相互轉(zhuǎn)化以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基本規(guī)律。

物理學(xué)是探討物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的前沿學(xué)科。物理學(xué)不僅要知道物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)的規(guī)則，而且要知道物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。物理學(xué)不僅要知道“然”，而且要知道“所以然”。第30頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五物理學(xué)的發(fā)展的歷史就是不斷探索、研究未知的物質(zhì)普遍的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的過(guò)程，物理學(xué)的發(fā)展就是探索、研究自然奧秘不斷前進(jìn)的過(guò)程。

什么是物理學(xué)科學(xué)素質(zhì)，它不僅表現(xiàn)在掌握豐富的物理學(xué)知識(shí)，更重要的是反映了探索研究的意識(shí)、能力和水平；塌實(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)、尊重科學(xué)、勇于創(chuàng)新的學(xué)風(fēng)。物理學(xué)科學(xué)素質(zhì)的優(yōu)勢(shì)—— 探索、研究、創(chuàng)新。第31頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五物理學(xué)的科學(xué)素質(zhì)并不僅僅是掌握豐富的物理學(xué)知識(shí)，可以運(yùn)用已知的物理學(xué)知識(shí)來(lái)解釋一些物理現(xiàn)象，運(yùn)用已經(jīng)得到的公式、方法計(jì)算和分析一些物理效應(yīng)，解決實(shí)際遇到的物理學(xué)問題。

物理學(xué)的科學(xué)素質(zhì)還要善于提出問題、探索和研究過(guò)去沒有解決的問題。看一個(gè)物理學(xué)發(fā)展中的事例：

20世紀(jì)初，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到物質(zhì)是由原子構(gòu)成，原子是電中性的，但原子內(nèi)部是有正負(fù)電的分布的。帶負(fù)電的是電子，每一個(gè)電子的質(zhì)量是很輕的，它們彌散在原子內(nèi)部。帶正電的是什么還不清楚，也不清楚它們是不是也像電子那樣呈現(xiàn)為彌散分布。第32頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

1909年蓋革和馬斯登第一次觀測(cè)到a

粒子束透過(guò)金屬薄膜后在各方向上散射分布的情況。

其結(jié)果中居然出現(xiàn)少數(shù)意料不到的大角度散射，觀察到散射角大到150度的a

粒子。

a

粒子是帶正電荷的重粒子。a

粒子束在透過(guò)金屬膜時(shí)發(fā)生散射說(shuō)明盡管金屬是電中性的，但金屬原子內(nèi)還是有電荷分布的。正電荷對(duì)a

粒子排斥，負(fù)電荷對(duì)a

粒子吸引，造成a

粒子被散射?？疾煲粋€(gè)質(zhì)量為m速度為v的粒子A和一個(gè)質(zhì)量為M靜止的粒子B碰撞。第33頁(yè)，共40頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

碰撞后A粒子的運(yùn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)了q

角，速度變?yōu)関’，B粒子沿著和入射方向成f

角的方向以速度V射出。

如果碰撞是正碰，則B粒子沿著和入射方向成f=0

的方向射出。

A粒子射出的運(yùn)動(dòng)方向有可能仍然向前取q=0角，也有可能向后取q=180度的