第二章 物理學(xué)課件

第二章物理學(xué)第一節(jié)物理學(xué)的分類及其發(fā)展第二章物理學(xué)一、普通物理學(xué)及其分類（一）物理學(xué)物理學(xué)物理學(xué)研究的內(nèi)容十分廣泛，自然界所發(fā)生的一切物理現(xiàn)象，諸如物體的位置變動(dòng)，聲、熱、光、電、磁等現(xiàn)象，以及物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、聚集狀態(tài)和各種特性，都是物理學(xué)所要研究的。按照所研究的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形態(tài)和具體對(duì)象的不同，物理學(xué)按時(shí)間分類可分為經(jīng)典物理學(xué)和近代物理學(xué)，通常經(jīng)典物理學(xué)也被稱為普通物理學(xué)。普通物理學(xué)的分支普通物理學(xué)一般包括：力學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)、氣體動(dòng)理學(xué)理論（舊稱分子物理學(xué)）、電磁學(xué)、光學(xué)、原子物理等部門。第二章物理學(xué)一、普通物理學(xué)及其分類（二）物理學(xué)的分類

按照研究方法的不同，物理學(xué)可以分為實(shí)驗(yàn)物理和理論物理兩大類。第二章物理學(xué)二、物理學(xué)的發(fā)展16世紀(jì)以后，物理學(xué)采用了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法，在此基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了許多前所未見的事實(shí)，很快建立了一套完整的理論，在科學(xué)史上人們把它稱為經(jīng)典理論物理學(xué)，或叫古典理論物理學(xué)。到19世紀(jì)末20世紀(jì)初，物理學(xué)又發(fā)現(xiàn)了一系列新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，如電子和放射性現(xiàn)象，邁克耳遜——莫雷測(cè)量以太實(shí)驗(yàn)，黑體輻射實(shí)驗(yàn)等。這些事實(shí)沖擊了經(jīng)典物理理論，使物理學(xué)經(jīng)歷了一次比以前更為深刻的變革，由此誕生了近代物理學(xué)?，F(xiàn)在，人類對(duì)物理現(xiàn)象的探索，已經(jīng)在一條更為廣闊更為深入的尺度展開，原子核物理、粒子物理學(xué)、凝聚態(tài)物理學(xué)、統(tǒng)一場(chǎng)論等都是近代物理學(xué)中最活躍的部門。第二章物理學(xué)第二節(jié)經(jīng)典力學(xué)理論第二章物理學(xué)一、質(zhì)點(diǎn)力學(xué)（一）經(jīng)典力學(xué)的萌芽期（二）行星三大定律（三）牛頓與牛頓三條定律（四）萬(wàn)有引力定律（五）經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀第二章物理學(xué)二、剛體力學(xué)（一）幾個(gè)基本概念剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)角量第二章物理學(xué)二、剛體力學(xué)（二）轉(zhuǎn)動(dòng)定律與角動(dòng)量守恒定律定軸轉(zhuǎn)動(dòng)1、轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能與轉(zhuǎn)動(dòng)定律

對(duì)應(yīng)慣性質(zhì)量m的是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I與物體質(zhì)量、質(zhì)量分布（幾何形狀）以及軸線位置有關(guān)。剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能；而與牛頓運(yùn)動(dòng)定律相對(duì)應(yīng)的是剛體轉(zhuǎn)動(dòng)中的轉(zhuǎn)動(dòng)定律，即角加速度β與力矩M成正比，與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I成反比。

第二章物理學(xué)二、剛體力學(xué)（二）轉(zhuǎn)動(dòng)定律與角動(dòng)量守恒定律定軸轉(zhuǎn)動(dòng)2、角動(dòng)量角沖量角動(dòng)量守恒定律

是剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和角速度的乘積，稱為剛體對(duì)該轉(zhuǎn)動(dòng)軸的動(dòng)量矩，或角動(dòng)量；稱為作用于剛體的沖量矩，也叫角沖量；作用于剛體上的沖量矩，等于在相應(yīng)時(shí)間內(nèi)剛體動(dòng)量矩（角動(dòng)量）的增量，即，此關(guān)系稱為動(dòng)量矩定理，或叫角動(dòng)量定理。若合外力矩，由上式可得=恒量。此式說(shuō)明當(dāng)作用于轉(zhuǎn)動(dòng)剛體上的合外力矩為零時(shí)，物體的總動(dòng)量矩不變。該結(jié)論稱為動(dòng)量矩守恒定律（角動(dòng)量守恒定律）。第二章物理學(xué)三、流體力學(xué)1、幾個(gè)基本名詞概念連續(xù)性原理理想流體——不可壓縮、沒有粘滯性的流體流線——在流體流動(dòng)的空間，沿流體質(zhì)元軌跡形成的空間曲線稱為流線流管——由流線圍成的空間管狀區(qū)域，叫流管穩(wěn)定流動(dòng)——在流體流動(dòng)的空間內(nèi)各點(diǎn)的流速可以不同，但任意給定點(diǎn)的流速不隨時(shí)間變化，這樣的流動(dòng)稱為穩(wěn)定流動(dòng)。對(duì)于穩(wěn)定流動(dòng)的理想流體，通過流管各橫截面的流量都相等，即，這就是理想流體的連續(xù)性原理層流——流體流動(dòng)時(shí)各層之間不相混雜的分層流動(dòng)，稱為層流湍流——如果流動(dòng)具有混雜、紊亂的特征時(shí)，叫湍流第二章物理學(xué)三、流體力學(xué)2、牛頓黏性定律內(nèi)容：流體內(nèi)面元兩側(cè)相互作用的黏性力F與面元面積及速率梯度成正比；牛頓黏性定律表達(dá)式：

式中的比例系數(shù)η是描述實(shí)際流體粘滯性方面差異的物理量，稱為粘滯系數(shù)，也叫黏度。

第二章物理學(xué)三、流體力學(xué)3、雷諾數(shù)其定義為；

式中和分別表示流體密度和黏度，表示流體流速，表示流動(dòng)設(shè)計(jì)的特征長(zhǎng)度，一般為球的直徑、圓管直徑或機(jī)翼寬度。

第二章物理學(xué)三、流體力學(xué)4、風(fēng)洞試驗(yàn)若流動(dòng)相似，只要雷諾數(shù)不變，流動(dòng)性質(zhì)就不變，這叫“對(duì)稱性”，即“標(biāo)度對(duì)稱”。這類對(duì)稱性很有實(shí)用價(jià)值。在空氣動(dòng)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)中常令氣流通過裝有測(cè)量設(shè)施的筒形通道，這就是風(fēng)洞。

第二章物理學(xué)三、流體力學(xué)6、伯努利方程（理想流體的伯努利方程

）對(duì)于無(wú)黏性運(yùn)動(dòng)流體，在同一流管任取1、2兩點(diǎn)，則有，因?yàn)槲恢?、2是任意選定的，所以對(duì)同一細(xì)流管內(nèi)各不同截面處有，這兩個(gè)公式等價(jià)，稱為伯努利方程。

第二章物理學(xué)三、流體力學(xué)6、伯努利方程（黏性流體的伯努利方程

）對(duì)于實(shí)際流體的穩(wěn)定流動(dòng)，則應(yīng)計(jì)入黏性力做負(fù)功的能量損失，用表示單位體積流體微團(tuán)沿流管自點(diǎn)1運(yùn)動(dòng)至點(diǎn)2的能量損失，則得到粘滯流體的伯努利方程：此即不可壓縮的黏性流體作穩(wěn)定流動(dòng)的功能關(guān)系。

第二章物理學(xué)第三節(jié)熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)熱的本質(zhì)熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律

克勞修斯（1822—1888）在1850年提出的表述為：熱不可能自發(fā)地、不付代價(jià)地從低溫物體傳到高溫物體（不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化，這是按照熱傳導(dǎo)的方向來(lái)表述的）開爾文（1824—1907）于1851年提出的表述為：不可能從單一熱源取熱，把它全部變?yōu)楣Χ划a(chǎn)生其他任何影響（這是從能量消耗的角度說(shuō)的，它說(shuō)明第二類永動(dòng)機(jī)是不可能實(shí)現(xiàn)的）熱力學(xué)第二定律還有一種表述是：在孤立系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的過程，總是使整個(gè)系統(tǒng)的熵的數(shù)值增加。第二章物理學(xué)第四節(jié)經(jīng)典電磁學(xué)理論經(jīng)典電磁學(xué)理論的發(fā)展過程電、磁、光統(tǒng)一的電磁理論第二章物理學(xué)第五節(jié)近代物理學(xué)第二章物理學(xué)一、19世紀(jì)末物理的總結(jié)（一）“以太之謎”1、尋找“以太”

“以太之謎”是人們?cè)谘芯抗鈧鞑ッ浇闀r(shí)發(fā)現(xiàn)的問題。2、麥克爾遜--莫雷實(shí)驗(yàn)及其結(jié)果1887年，美國(guó)科學(xué)家麥克爾遜和莫雷設(shè)計(jì)并進(jìn)行了一個(gè)非常精致的實(shí)驗(yàn)，是用以尋找“以太”為目的的判定性實(shí)驗(yàn)。第二章物理學(xué)一、19世紀(jì)末物理的總結(jié)（二）“紫外災(zāi)難”紫外災(zāi)難是由人們研究一種熱輻射模型——黑體輻射問題時(shí)所假設(shè)的現(xiàn)象。第二章物理學(xué)二、近代物理學(xué)革命的序幕X射線的發(fā)現(xiàn)放射性的發(fā)現(xiàn)電子的發(fā)現(xiàn)經(jīng)典物理學(xué)的危機(jī)第二章物理學(xué)三、相對(duì)論（一）絕對(duì)時(shí)空觀、“以太”飄移“零結(jié)果”的啟示1、牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀2、“以太”飄移“零結(jié)果”的啟示第二章物理學(xué)三、相對(duì)論（二）狹義相對(duì)論的誕生1、愛因斯坦的兩條基本原理第一條：相對(duì)性原理。即物理規(guī)律在任何慣性參照系中都一樣，不存在一種特殊的慣性系（牛頓定律適用的參照系）；第二條：光速不變?cè)?。即?duì)任何慣性系，真空中的光速C皆相同。第二章物理學(xué)三、相對(duì)論（二）狹義相對(duì)論的誕生2、相對(duì)論的時(shí)空觀

空間和時(shí)間并不是互不相干的，而是存在著本質(zhì)的聯(lián)系；空間和時(shí)間都同物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)變化有關(guān)，并隨物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的速度變化而變化；對(duì)于不同的慣性系，時(shí)間與空間的量度不可能是相同的。第二章物理學(xué)三、相對(duì)論（三）廣義相對(duì)論的建立1、廣義相對(duì)論第一條：廣義相對(duì)性原理，即物理規(guī)律在一切參考系中都成立；第二條：等價(jià)原理，即某一加速運(yùn)動(dòng)的參考系中的慣性力與在一個(gè)小體積范圍內(nèi)的萬(wàn)有引力是等效的。第二章物理學(xué)三、相對(duì)論（三）廣義相對(duì)論的建立2、一些重要結(jié)論（1）水星軌道近日點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：這個(gè)規(guī)律得到天文觀測(cè)的證實(shí)，它用牛頓的萬(wàn)有引力理論解釋不了。（2）光線在穿過強(qiáng)引力場(chǎng)后彎曲，日全食觀測(cè)的結(jié)果證實(shí)了這個(gè)結(jié)論。（3）強(qiáng)引力場(chǎng)中發(fā)射出的光譜線向紅端移動(dòng)，即發(fā)射的頻率變小這一點(diǎn)也被觀測(cè)結(jié)果所證實(shí)。（4）狹義相對(duì)論揭示了空間、時(shí)間、質(zhì)量和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)間的聯(lián)系，廣義相對(duì)論則建立了空間時(shí)間是隨著物質(zhì)分布和運(yùn)動(dòng)速度的變化而變化的理論。第二章物理學(xué)四、量子力學(xué)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論（一）普朗克能量子假說(shuō)（二）愛因斯坦量子論（三）玻爾模型與物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論（四）量子力學(xué)的建立第二章物理學(xué)五、核反應(yīng)研究與基本粒子的不斷發(fā)現(xiàn)（一）核反應(yīng)研究1、核子與核力2、粒子物理學(xué)（高能物理學(xué)）3、粒子物理學(xué)的研究方法4、夸克膠子5、核能研究的簡(jiǎn)要發(fā)展歷程（二）粒子的不斷發(fā)