第一章物理學(xué)與力學(xué)

第一章物理學(xué)與力學(xué)第一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四第一章物理學(xué)和力學(xué)

沒有今日的基礎(chǔ)科學(xué),就沒有明日的科技應(yīng)用,可以想象,我們現(xiàn)在的基礎(chǔ)科學(xué)將怎樣地影響21世紀(jì)的科技文明.——李政道

物理學(xué)屬于基礎(chǔ)科學(xué)范疇,是一門素質(zhì)課,物理思想和物理方法是一個科學(xué)工作者靈感之所在,基礎(chǔ)之所在.力學(xué)——學(xué)習(xí)物理學(xué)的開始.第二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四§1.1發(fā)展著的物理學(xué)§1.1.1經(jīng)典物理學(xué)與現(xiàn)代物理學(xué)第三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四第四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四第五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四第六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四第七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四第八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四§1.1.2微觀世界第九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四物質(zhì)是由輕子和夸克組成.

輕子有電子、子、

子、電子中微子、子中微子和子中微子，每一種均有反粒子，共有12種.

夸克有6種味，即上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克、底夸克和頂夸克.每種味又分紅、藍(lán)和綠3種色.

粒子之間有四種基本相互作用：引力相互作用、電磁相互作用、弱相互作用和強相互作用.粒子之間的基本相互作用是通過交換某種粒子來傳遞的，即基本相互作用都是由媒介粒子傳遞的，這類媒介粒子統(tǒng)稱為規(guī)范玻色子.

電磁力以光子為媒介，弱力的媒介為Z0和W±粒子，強力的媒介有8種顏色的膠子.第十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四§1.1.3宇宙的早期演化第十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四§1.1.4非線性系統(tǒng)的復(fù)雜行為

一旦系統(tǒng)出現(xiàn)非線性,便可能呈現(xiàn)復(fù)雜行為.這種復(fù)雜行為有時會表現(xiàn)為規(guī)則的時空或功能有序,有時也會表現(xiàn)為貌似無序的序.復(fù)雜行為不僅能發(fā)生于物理和化學(xué)系統(tǒng),也能發(fā)生于生命和社會系統(tǒng).第十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四§1.2物理學(xué)科的特點一、物理學(xué)的研究方法和步驟第十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四三、物理學(xué)與科學(xué)技術(shù)笫一次,開始于18世紀(jì)60年代,主要標(biāo)志是蒸汽機的廣泛應(yīng)用,它是牛頓力學(xué)和熱力學(xué)發(fā)展的結(jié)果.笫二次,開始于19世紀(jì)70年代,主要標(biāo)志是電力的廣泛應(yīng)用和無線電通訊的實現(xiàn),它是電磁學(xué)發(fā)展的結(jié)果.笫三次,開始于20世紀(jì)40年代的電腦、電信革命，也叫做“數(shù)字革命”.它是近代物理學(xué)發(fā)展的結(jié)果.科學(xué)解決理論問題，技術(shù)解決實際問題.發(fā)展模式技術(shù)－物理－技術(shù)物理－技術(shù)－物理第一次技術(shù)革命第二次技術(shù)革命第十四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四目前國際通用的時間單位是秒（s）.為提高精度，1967年國際計量大會決定采用原子的躍遷輻射作為計時標(biāo)準(zhǔn),并規(guī)定銫--133原子基態(tài)的兩個超精細(xì)能級間躍遷相對應(yīng)的輻射的9192631770個周期的持續(xù)時間作為1s.這樣的原子標(biāo)準(zhǔn)稱為原子時.§1.3.1時間的計量

一切周期運動都可用來量度時間.§1.3

時間和長度的測量第十五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四可用物體來計量長度.如古代測量長度常以人體的某部分作為單位和標(biāo)準(zhǔn).近代的測量長度單位是在法國的米制單位發(fā)展起來的[規(guī)定通過巴黎的子午線的1/(1×107)為1m(米)].目前在國際單位制中長度的單位是米(m).在1983年國際計量大會規(guī)定:“1m為光在真空中傳播(1/299792458)s時間間隔內(nèi)所經(jīng)路徑的長度”.§1.3.2長度的計量第十六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四§1.4單位制和量綱

物理學(xué)中,物理公式總是和一定的“單位制”相聯(lián)系,“單位制”就是各物理量間相互配套的一組單位.§1.4.1基本單位和導(dǎo)出單位第十七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四§1.4.2國際單位制(SI)第十八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四§1.4.3量綱式量綱：表示一個物理量由基本量的冪次組合的式子.基本量選定后,導(dǎo)出量的量綱可由基本量的量綱的組合而得.

1.量綱第十九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四(3)為推導(dǎo)某些復(fù)雜公式提供線索.(1)用量綱檢查等式的正誤.因為只有量綱相同的量才能彼此相等，所以等式兩邊的量的量綱必須相同.(2)用量綱分析方程中比例系數(shù)的單位.2.應(yīng)用第二十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四§1.5數(shù)量級估計§1.5.1有效數(shù)字1.520有四位有效數(shù)字567.23有五位有效數(shù)字1.35cm有三位有效數(shù)字0.0135m有三位有效數(shù)字1.0035有五位有效數(shù)字1.000cm有四位有效數(shù)字注意：有效數(shù)字的位數(shù)與十進(jìn)制單位的變換無關(guān),即與小數(shù)點的位置無關(guān).用以表示小數(shù)點位置的“0”不是有效數(shù)字,當(dāng)“0”不表示為小數(shù)點位置時是有效數(shù)字.數(shù)據(jù)最后的“0”不能隨便加上,也不能隨便去掉.

某一數(shù)中可靠數(shù)字稱作有效數(shù)字，它的個數(shù)稱作有效數(shù)字的位數(shù).例如：第二十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四§1.5.2數(shù)量級的估計

例如：88920取9×104稱“數(shù)量級估計”，實際上又將已估計的9×104以105代之.用10的若干次方表示的數(shù)常稱為“數(shù)量級”.

估計某數(shù)的數(shù)量級時,常取整為一位有效數(shù)字乘以10的若干冪次.第二十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四§1.6參考系·坐標(biāo)系與時間坐標(biāo)軸

任何物理過程都和時間和空間相聯(lián)系.對機械運動而言,空間規(guī)定了運動物體的大小與位置;時間則規(guī)定了運動過程的長短和順序.在經(jīng)典力學(xué)范圍內(nèi),空間與時間是脫離物質(zhì)與運動的獨立存在;空間是延伸到整個宇宙容納物質(zhì)的三維平直框架,時間猶如一座始終均勻轉(zhuǎn)著的鐘.第二十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四§1.6.1參考系和坐標(biāo)系

被選作物體運動依據(jù)的物體或物體群稱為參考系，與參考系固連的三維空間稱為參考空間.同一物體的運動情況相對不同的參考系是不同的.

為了定量表示物體相對參考系的位置,可在參考系上建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系.即用固定在參考空間的一組坐標(biāo)軸和用來規(guī)定一組坐標(biāo)的方法.第二十四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期四§1.6.2時間坐標(biāo)軸

所謂考察物體的運動,也就是考察物體的位置變動與時間的關(guān)系.因而考察物體的運動還必須有時間的坐標(biāo)軸,坐標(biāo)原點即計時起點,計時起點不一定就是物體開始運動的時刻.“時刻”對應(yīng)于時間軸上一點,時刻為正或負(fù)表明在計時起點以后或以前.質(zhì)點在某一位置必與一定時刻相對應(yīng).時間間隔

指自某一初始時刻至終止時刻所經(jīng)歷的時間,它對應(yīng)于時間軸上一區(qū)間.質(zhì)點位置變動總在一定時間間隔內(nèi)發(fā)生。