物理學和力學力學

物理學和力學力學1第一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學§1.1發(fā)展著的物理學物理（physics）源于希臘文「自然」稱為自然哲學

。

公元前420年：德莫克利特(Democritus)提出「原子論」，一切物質均由無限多個不可分割、看不見的原子所組成(只分水、火、土、氣四種)。

公元前300年：浮力、杠桿、輪軸、天文學。（代表人物：阿基米德）

羅馬滅亡后：人類在物理學，乃至整個科學進入一個停滯期，基督教的神學主宰一切，科學黑暗期。

2第二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三文藝復興時：科學才從神學禁錮中解放出來。

1543年：哥白尼（波蘭人，1473年－1543年）對神學提出質疑，發(fā)表《天體運行論》，說明天體運行是以太陽為中心。

1609年－1618年：開普勒歸納出行星運動三定律。

1632年：伽利略發(fā)表《兩學派的對話》，推翻地球中心說。

十九世紀：經(jīng)典物理學發(fā)展已很完整。3第三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學經(jīng)典物理學力學：1687年－牛頓集力學理論之大成。熱學：早期：鉆木取火。

秦李冰父子利用巖石加熱再驟冷會裂開的技術開鑿都江堰。十七世紀：伽利略制造氣體溫度計。1662年：玻意耳發(fā)現(xiàn)定溫時，定量氣體的壓力與體積成反比。焦耳——開爾文——玻爾茲曼——吉布斯4第四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三光學：公元前約一世紀－光反射。

17世紀－光折射。1611年－開普勒發(fā)現(xiàn)全反射。1615年－斯奈爾（荷蘭人）發(fā)現(xiàn)折射定律。1675年－牛頓做光的色散實驗。1678年－惠更斯（荷蘭人）首創(chuàng)波動學說。1801年－楊格（英國人）發(fā)現(xiàn)光的干涉。1889年－赫茲（德國人）發(fā)射電磁波。幾何光學——波動光學——物理光學、應用光學、量子光學——》現(xiàn)代物理學5第五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學「電」源自希臘文「琥珀」（elektron）。17世紀：吉爾伯特（英國人）發(fā)現(xiàn)地磁。18世紀：靜電、靜磁、庫侖定律。1800年：伏打電池。1820年：奧斯特發(fā)現(xiàn)電流產生磁。

安培發(fā)現(xiàn)電流和磁場關系。1826年：歐姆發(fā)現(xiàn)歐姆定律。1830年：亨利(美國人)發(fā)現(xiàn)變動的電流和感應電壓之關系。1831年：法拉第(英國人)發(fā)現(xiàn)電磁感應定律。1864年：麥克斯韋提出麥克斯韋方程式(Maxwellquation)。電磁學：6第六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學近代物理學(兩大基石:量子力學及相對論)「二十世紀」以后發(fā)展的物理稱為近代物理。1900年普朗克(德國人)提出量子論，經(jīng)20多年發(fā)展成量子力學。1905年愛因斯坦提出狹義相對論。近代物理以研究對象作為分類依據(jù)

基本粒子物理(elementaryparticlephysics)

原子核物理(nuclearphysics)

原子分子物理(atomicandmolecularphysics)

凝聚態(tài)物理(condensedmatterphysics)

表面物理(surfacephysics)

等離子體物理(plasmaphysics)7第七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學物理學的發(fā)展對人類生活的影響經(jīng)典物理學的影響

力學：筷子、釘錘、板手、天平－利用杠桿、輪軸、滑輪、螺旋等簡易機械。鐘表－利用擺振蕩的等時性。

飛機－利用流體力學。

光學：鏡子、車燈－利用光反射。

放大鏡、照相機－利用光折射。

望遠鏡、顯微鏡、投影機、攝影機、電影放映機－綜合應用。

8第八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三

熱學：用火烤熟食物、用火來驅逐野獸。

冰箱、冷暖氣機、蒸汽機、內燃機－利用熱能與功相互轉換。

溫度計－利用熱脹冷縮。

電磁學：發(fā)電廠－利用電磁感應。

洗衣機、電扇－利用電能驅動馬達。

電燈、電飯鍋、電熨斗－利用電能轉換成熱能或光能。

收音機、電視、無線電話、微波爐－利用電磁波原理。9第九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學鐳射(LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadation，簡稱LASER激光)－利用原子能態(tài)躍遷

核能發(fā)電－利用原子核物理

晶體管－利用半導體物理

超導體－高溫、低溫超導對電腦、通信、航天科技、宇宙探索的影響深遠。近代物理學的影響應用物理、理論物理、凝聚態(tài)、非線性物理等等10第十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學§1.2物理學科的美學特點“三性”簡潔性:1)物理模型:質點,剛體，間諧波等2)光電效應:截止頻率,逸出功,飽和電流,截止電壓,延遲時間,-----愛因斯坦公式:mv2/2=h-A11第十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學1)數(shù)學的抽象:1+1=22)普朗克黑體公式的誕生3)開普勒總結天體運動的普遍規(guī)律4)愛因斯坦-----“統(tǒng)一場”理論普遍性：12第十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學

所有力學規(guī)律的等價(伽利略)---所有物理規(guī)律的等價(愛氏)------非慣性系(引力場):所有物理規(guī)律的等價---------廣義相對論電磁場-----------------------------------------------------微觀:強弱相互作用----------------------------------------統(tǒng)一場論狹義相對論慣性系愛因斯坦對“普遍性”的追求:13第十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學對稱性：物理規(guī)律在某些變換下具有不變性。1)力學規(guī)律具有伽利略不變性；2)電磁理論及整個物理理論；3)愛氏的相對論；14第十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學1)面對著名的邁克爾遜－莫雷實驗結果：既然可以討論究竟有沒有絕對空間(以太)，那么也就可以討論究竟有沒有絕對時間；有沒有絕對的空間對時間的變化率――絕對速度。2)既然對于兩慣性系，所有力學規(guī)律都是等價的，那么對于兩慣系是否所有物理規(guī)律也是等價的？3)對于兩個慣性系，所有力學規(guī)律經(jīng)伽利略變換是對稱的，那末同樣對于兩慣性系，所有物理規(guī)律要經(jīng)過什么樣的變換才也是對稱的呢？關于相對論，愛因斯坦是如何進行對稱性思維的呢？15第十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學“Ifsuchasymmetryisindeedfound,thequestioncouldstillberaisedwhethertherecouldnotexistcorrespondingelementaryparticlesexhibitingoppositesymmetry,suchthatinthebroadersensetherewillstillbeoverallright–leftsymmetry.”“如果發(fā)現(xiàn)了這種不對稱，那么我們又要問，是否相應地還存在著另一種表象相反不對稱的基本粒子行為，從而在更廣泛的意義上，仍然保持著總的左右對稱?！?-------李政道，楊振寧16第十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學“三感”穩(wěn)定感(家園感):1）從笛卡兒的守恒觀-----牛頓的守恒定律-----宇宙的有限-----電荷，質能的恒定-----。使人深感物質世界的實在、可知和穩(wěn)定。2）當愛因斯坦用絕對光速取代牛頓的絕對時空時，人們最終還是接受了,因為人們覺得這只不過是以一個絕對的“最快”替代了原來心目中的絕對“最大”。而“皈(歸)依”尚存，“絕對”依舊。17第十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學延伸感:1）伽利略的斜面思想實驗；2）牛頓的萬有引力；3）任一熱循環(huán)分解成無數(shù)個卡諾循環(huán):熵4）無數(shù)子波合成-----惠更斯原理奇妙的光速18第十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學節(jié)奏(層次)感:1）“死亡意味著什么?”愛因斯坦脫口而出：“意味著再也聽不見莫扎特的音樂了”。2）<物理學>把握大自然的脈搏，振動與波是物質世界的基本存在方式。3）玻爾的氫原子鐠線圖(層次)，<紅樓夢>的人物關系樹圖。4）電子在一維勢井里運動，在幾率大處有節(jié)奏地停頓。尤如跳三步舞。19第十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學李薩如圖形玻爾的氫原子譜線圖20第二十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學§1.3時間和長度的計量§1.4單位制和量綱§1.5數(shù)量級的估計§1.6參考系·坐標系與時間坐標軸自學21第二十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學§1.7力學----學習物理學的開始什么是力學？物體的空間位形隨時間的變化，包括靜止、移動、轉動、振動、變形、流動、波動、擴散等。力學—研究物質機械運動規(guī)律的科學。22第二十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學力學的研究方法工程問題力學模型數(shù)學模型分析計算符合實際

？結束是否力學知識工程經(jīng)驗力學知識力學知識數(shù)學工具23第二十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學力學模型質點

當所研究的物體運動范圍遠遠超過其本身的幾何尺寸時，物體的形狀和大小對運動的影響很小，這時可以將其抽象為只有質量而無體積的質點。 質點系

包括質點、剛體、彈塑性體和流體等。剛體是質點間距離始終保持不變的質點系。剛體是抽象的力學模型。真實物體受力以后都會變形，當物體的變形和運動尺度相比小的多時，則可簡化為剛體。24第二十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學研究飛機的運動軌跡時，飛機可視為質點25第二十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學研究衛(wèi)星運動軌道時,衛(wèi)星可視為質點；但研究衛(wèi)星姿態(tài)控制時，則不能視為質點。26第二十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學力學學科學科分類一般力學重點研究一般質點系和剛體系固體力學

重點研究固體流體力學

重點研究流體(液體和氣體)屬于一般力學的有理論力學(狹義的)、分析力學、外彈道學、振動理論、剛體動力學、陀螺力學、運動穩(wěn)定性等；屬于固體力學的有材料力學、結構力學、彈性力學、塑性力學、斷裂力學等；流體力學是由早期的水力學和水動力學這兩個風格迥異的分支匯合而成，現(xiàn)在則有空氣動力學、氣體動力學、多相流體力學、滲流力學、非牛頓流體力學等分支。各分支學科間的交叉結果又產生粘彈性理論、流變學、氣動彈性力學等。

學科的性質力學是一門基礎學科力學又是一門技術學科

力學是橫跨理工的橋梁！27第二十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學力學的應用航天工程（神州五號）28第二十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學力學的應用航天工程航天清華一號小衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)號航天飛機29第二十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學力學的應用航空工程30第三十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學力學的應用機械工程超導懸浮31第三十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學力學的應用土木工程上海南浦大橋32第三十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學力學的應用土木工程高層建筑與大型橋梁浦東開發(fā)區(qū)“雙子星”(“911”事件中被毀)33第三十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學力學的應用水利工程美國胡佛大壩34第三十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學力學的應用核反應堆工程35第三十五頁，共四十一頁，編