物理學(xué)和力學(xué)力學(xué)

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

。

公元前420年：德莫克利特(Democritus)提出「原子論」，一切物質(zhì)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(xué)。（代表人物：阿基米德）

羅馬滅亡后：人類在物理學(xué)，乃至整個科學(xué)進(jìn)入一個停滯期，基督教的神學(xué)主宰一切，科學(xué)黑暗期。

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

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

1609年－1618年：開普勒歸納出行星運(yùn)動三定律。

1632年：伽利略發(fā)表《兩學(xué)派的對話》，推翻地球中心說。

十九世紀(jì)：經(jīng)典物理學(xué)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(xué)經(jīng)典物理學(xué)力學(xué)：1687年－牛頓集力學(xué)理論之大成。熱學(xué)：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(shù)開鑿都江堰。十七世紀(jì)：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(xué)：公元前約一世紀(jì)－光反射。

17世紀(jì)－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(shí)驗(yàn)。1678年－惠更斯（荷蘭人）首創(chuàng)波動學(xué)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(xué)——波動光學(xué)——物理光學(xué)、應(yīng)用光學(xué)、量子光學(xué)——》現(xiàn)代物理學(xué)5第五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學(xué)「電」源自希臘文「琥珀」（elektron）。17世紀(jì)：吉爾伯特（英國人）發(fā)現(xiàn)地磁。18世紀(jì)：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(chǎn)生磁。

安培發(fā)現(xiàn)電流和磁場關(guān)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(yīng)電壓之關(guān)系。1831年：法拉第(英國人)發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律。1864年：麥克斯韋提出麥克斯韋方程式(Maxwellquation)。電磁學(xué)：6第六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學(xué)近代物理學(xué)(兩大基石:量子力學(xué)及相對論)「二十世紀(jì)」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(xué)。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(xué)物理學(xué)的發(fā)展對人類生活的影響經(jīng)典物理學(xué)的影響

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

飛機(jī)－利用流體力學(xué)。

光學(xué)：鏡子、車燈－利用光反射。

放大鏡、照相機(jī)－利用光折射。

望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、投影機(jī)、攝影機(jī)、電影放映機(jī)－綜合應(yīng)用。

8第八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三

熱學(xué)：用火烤熟食物、用火來驅(qū)逐野獸。

冰箱、冷暖氣機(jī)、蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)－利用熱能與功相互轉(zhuǎn)換。

溫度計－利用熱脹冷縮。

電磁學(xué)：發(fā)電廠－利用電磁感應(yīng)。

洗衣機(jī)、電扇－利用電能驅(qū)動馬達(dá)。

電燈、電飯鍋、電熨斗－利用電能轉(zhuǎn)換成熱能或光能。

收音機(jī)、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(xué)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(dǎo)體物理

超導(dǎo)體－高溫、低溫超導(dǎo)對電腦、通信、航天科技、宇宙探索的影響深遠(yuǎn)。近代物理學(xué)的影響應(yīng)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(xué)§1.2物理學(xué)科的美學(xué)特點(diǎn)“三性”簡潔性:1)物理模型:質(zhì)點(diǎn),剛體，間諧波等2)光電效應(yīng):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(xué)1)數(shù)學(xué)的抽象:1+1=22)普朗克黑體公式的誕生3)開普勒總結(jié)天體運(yùn)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(xué)

所有力學(xué)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(qiáng)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(xué)對稱性：物理規(guī)律在某些變換下具有不變性。1)力學(xué)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(xué)1)面對著名的邁克爾遜－莫雷實(shí)驗(yàn)結(jié)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(xué)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(xué)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(guān)于相對論，愛因斯坦是如何進(jìn)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(xué)“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(yīng)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(xué)“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(zhì)能的恒定-----。使人深感物質(zhì)世界的實(shí)在、可知和穩(wěn)定。2）當(dāng)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?yàn)槿藗冇X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(xué)延伸感:1）伽利略的斜面思想實(shí)驗(yàn)；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(xué)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(xué)>把握大自然的脈搏，振動與波是物質(zhì)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(guān)系樹圖。4）電子在一維勢井里運(yùn)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(xué)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(xué)§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(biāo)系與時間坐標(biāo)軸自學(xué)21第二十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學(xué)§1.7力學(xué)----學(xué)習(xí)物理學(xué)的開始什么是力學(xué)？物體的空間位形隨時間的變化，包括靜止、移動、轉(zhuǎn)動、振動、變形、流動、波動、擴(kuò)散等。力學(xué)—研究物質(zhì)機(jī)械運(yùn)動規(guī)律的科學(xué)。22第二十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學(xué)力學(xué)的研究方法工程問題力學(xué)模型數(shù)學(xué)模型分析計算符合實(shí)際

？結(jié)束是否力學(xué)知識工程經(jīng)驗(yàn)力學(xué)知識力學(xué)知識數(shù)學(xué)工具23第二十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學(xué)力學(xué)模型質(zhì)點(diǎn)

當(dāng)所研究的物體運(yùn)動范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其本身的幾何尺寸時，物體的形狀和大小對運(yùn)動的影響很小，這時可以將其抽象為只有質(zhì)量而無體積的質(zhì)點(diǎn)。 質(zhì)點(diǎn)系

包括質(zhì)點(diǎn)、剛體、彈塑性體和流體等。剛體是質(zhì)點(diǎn)間距離始終保持不變的質(zhì)點(diǎn)系。剛體是抽象的力學(xué)模型。真實(shí)物體受力以后都會變形，當(dāng)物體的變形和運(yùn)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(xué)研究飛機(jī)的運(yùn)動軌跡時，飛機(jī)可視為質(zhì)點(diǎn)25第二十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學(xué)研究衛(wèi)星運(yùn)動軌道時,衛(wèi)星可視為質(zhì)點(diǎn)；但研究衛(wèi)星姿態(tài)控制時，則不能視為質(zhì)點(diǎn)。26第二十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學(xué)力學(xué)學(xué)科學(xué)科分類一般力學(xué)重點(diǎn)研究一般質(zhì)點(diǎn)系和剛體系固體力學(xué)

重點(diǎn)研究固體流體力學(xué)

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

學(xué)科的性質(zhì)力學(xué)是一門基礎(chǔ)學(xué)科力學(xué)又是一門技術(shù)學(xué)科

力學(xué)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(xué)力學(xué)的應(yīng)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(xué)力學(xué)的應(yīng)用航天工程航天清華一號小衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)號航天飛機(jī)29第二十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學(xué)力學(xué)的應(yīng)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(xué)力學(xué)的應(yīng)用機(jī)械工程超導(dǎo)懸浮31第三十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期三力學(xué)力學(xué)的應(yīng)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(xué)力學(xué)的應(yīng)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(xué)力學(xué)的應(yīng)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(xué)力學(xué)的應(yīng)用核反應(yīng)堆工程35第三十五頁，共四十一頁，編