大学物理总论.ppt

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1、一、物理学研究的对象,绪 论,二、掌握物理学的研究方法,观察、实验、假设、理论,物质世界,四、物理学与其他学科的联系,三、物理学的发展,一、物理学研究的对象,1.世界是物质的,物质是永恒不断地运动着的。运动是物质的固有属性。,“物理”是物理学的简称，物理学（physics）是研究自然界的物质结构、物体间的相互作用和物体运动最一般规律的自然科学。,物理学是研究物质世界最基本形态的科学,物理学(Physics),物理学与物质世界,物质存在的基本形式：实物，场。,一切物质都在不停地运动着。,机械运动,分子热运动,电磁（光）运动,（基本）粒子的运动,2 物质之间存在相互作用,万有引力-宏观物体,电磁力

2、-带电物体之间,强相互作用力-强子之间（质子、中子及各种介子之间）。力程10-15m,弱相互作用力-广泛存在于轻子与轻子之间，轻子与强子之间，强子与强子之间。；力程10-17m.,天体物理,粒子物理,3 时间和空间是物质存在的形式,两个转变:,人们从牛顿的绝对时空观到爱因斯坦的相对论时空观的转变。,范围：,时间：,空间：,从时空的有限、无限哲学思辩到用科学的方法去研究。,宇宙年龄-1018s,微观粒子寿命10-24s;,二、掌握物理学的研究方法,学习物理学与学习其它自然科学一样，都必须遵循人类对客观世界认识的总法则，即实践理论实践的认识法则。,观察、实验、假设、理论,麦克斯韦方程的建立-将电磁

3、、光的运动统一；,相对论的建立-将时间、空间与物质运动统一，电磁与光的运动统一；,量子力学的建立-将粒子性与波动性统一，实物与场统一；,感性认识,理性认识,感性认识,通常以理想模型为依托,例如本世纪以来，由于在近代物理实验中出现了与牛顿力学相矛盾的现象，促成了相对论力学与量子力学的建立就是很好的例子。再如，热力学理论曾指出导体趋于绝对零度时其电阻才趋于零而成为超导体，现在中国和世界上其它国家的一些学者在实验室中发现物质在100K附近已出现超导现象，这就使超导材料的制备和应用有了现实意义。纳米材料的出现等等这一切都离不开物理基础,实践,理论物理 实验物理,三、物理学的发展,牛顿（1642-172

4、7）英国物理学家、数学家和天文学家。剑桥大学三一学院毕业。英国皇家学会会长。作为经典力学基础的牛顿运动定律的建立者以及万有引力定律的发现者。在光学方面，致力于色的现象和光的本性的研究。,经典力学,热学、热力学和经典统计力学,焦耳，J.P.（James Prescott Joule 18181889）焦耳是英国物理学家。1818年12月24日生于索尔福。他父亲是酿酒厂的厂主。焦耳从小体弱不能上学，在家跟父亲学酿酒，并利用空闲时间自学化学、物理。他很喜欢电学和磁学，对实验特别感兴趣。后来成为英国曼彻斯特的一位酿酒师和业余科学家。焦耳可以说是一位靠自学成才的杰出的科学家,经典电磁学、经典电动力学,麦

5、克斯韦主要从事电磁理论、分子物理学、统计物理学、光学、力学、弹性理论方面的研究。尤其是他建立的电磁场理论，将电学、磁学、光学统一起来，是19世纪物理学发展的最光辉的成果，是科学史上最伟大的综合之一。,光 学,光 的 波 粒 二 象 性 问 题！,几何光学 物理光学 量子光学,惠更斯和牛顿 费涅尔、麦克斯韦 爱因斯坦 和杨 德布罗意,爱因斯坦1921年获诺贝尔物理学奖 光量子假说 成功解释了光电效应 康普顿X散射实验进一步验证了光量子假说。,相对论的发展,1900年 普朗克（德国人）1918年获诺贝尔物理学奖 1900年12月14日 量子论的诞生日提出量子假说（能量不是连续的）解释黑体辐射谱分布

6、 被称为量子论之父,量子力学,激 光 器,Theodore Maiman,光电效应,康普顿散射,玻尔 丹麦1922年获诺贝尔物理学奖 原子的结构模型 玻尔将量子推进到原子物理学中，提出了电子角动量的量子化条件和量子跃迁理论，提出互补原理卢瑟福散射实验 夫兰克赫兹（1914年）实验,卢瑟福散射实验是现代核物理学的基石,德布罗意 法国人1929年获诺贝尔物理学奖 1924年德布罗意波声称所有的物质都有类波的属性确定了光具有波粒二象性的基本物理思想波长和动量p联系为：,量子力学的发展,海森堡1935年诺贝尔物理学奖 矩阵力学及表象1927年测不准原理,狄拉克 英国电磁场量子化 1928年 狄拉克方程

7、式 薛定谔 奥地利薛定谔波函数和薛定谔猫1933年和狄拉克共同为诺贝尔物理奖获得者,二十世纪以来随着相对论力学和量子力学的建立，人们对原子和原子核结构的认识日益深入，在此基础上实现了原子能和人工放射性同位素的利用；量子力学的微观理论促进了半导体、核磁共振、激光等技术的发明。,四、物理学与其他学科的联系,二十世纪四十年代开始的电子计算机技术的发明和利用是工业技术发展的第三次突破的标志。电子计算机的不断更新和发展，促使工业生产向自动化进军。机器人的诞生和应用，空间技术和遥控技术的飞速发展极大地提高了人类对物质世界的认识，为物理理论的进一步发展提供更多更广泛的资料。,核 磁 共 振,2003年10月6日，瑞典卡罗林斯卡医学院宣布，2003年诺贝尔生理学或医学奖授予美国化学家-zh-tw:保罗劳特伯;zh-cn:保罗劳特布尔-（Paul C.Lauterbur）和英国物理学家彼得曼斯菲尔德（Peter Mansfield），以表彰他们在医学诊断和研究领域内所使用的核磁共振成像技术领域的突破性成就。,心 电 检 测,光 纤 透 视,激 光 手 术,华南飞秒激光设备,原 子 势 阱,