大学物理引言

大学物理引言

《大学物理》\n一.为什么要学习“大学物理”？物理学:研究物质世界的基本结构、基本相互作用和最普遍的运动规律。是一切自然科学和工程技术的基础。学习目的：1.获得生活、学习、工作所需的知识和技能。2.开启智慧，获得科学思想、科学精神、科学态度和科学方法的熏陶和培养。\n物理学与工程技术的关系:*第一次工业革命（17～18世纪）：建立在牛顿力学和热力学发展的基础上，其标志是以蒸汽机为代表的一系列机械的产生和应用。*第二次工业革命（19世纪）：建立在电磁理论发展的基础上，其标志是发电机、电动机、电讯设备的出现和应用。*第三次工业革命（20世纪）：建立在相对论和量子力学发展的基础上，其标志是以信息技术为代表的一系列新学科、新材料、新能源、新技术的兴起和发展。\n电子和信息技术的物理基础1925年量子力学建立1926年Fermi-Dirac统计法提出1929年能带理论提出并得到证实，从理论上解释了导体、半导体、绝缘体的性质和区别；Fermi面概念及其可测量的提出1947年发明晶体管（肖克莱、巴丁、布拉顿获1956年诺贝尔物理奖）1957年建立Fermi面编目1962年制成集成电路（IC）1965年摩尔定律：芯片容量每18－24个月翻番。70年代末大规模和超大规模集成电路（VLIC）\n核技术的物理基础1896年Becquerel发现铀的天然放射性1905年Einstein创立狭义相对论，得1911年Rutherford提出原子的有核模型1925年量子力学建立1932年建立原子核的质子——中子模型1933年发现人工放射性1945年实现核裂变——原子弹1952年实现核聚变——氢弹1954年建立第一座核电站（安全、清洁、经济的能源）\n比较原理发现（年）工业产品（年）经历时间（年）电动机1821188665真空管1882191533无线电1887192235X光1895191318雷达193519005原子反应堆193919423半导体194819513激光195819602从基本原理转变为技术的速度加快\n直接从各分支物理实验室移植到工业上的新技术纳米（）技术皮秒（）技术超导技术…...IBM公司构成的铂片表面的“一氧化碳人”身高5纳米。物理学提供科学原理指导技术路线的选择和技术方案的改进培养技术人员的科学品格和创新能力，使其眼光远，层次高，后劲足\n二.学什么？知识、方法、科学观念“物”——物质世界“理”——普遍规律1.学习物理知识要注意整体性、发展性和迁移性。整体性注意掌握知识的结构和联系形成物质世界的整体物理图象避免：只见树木，不见森林。只得到一堆支离破碎的公式。\n经典物理力学（实物粒子）电磁学（场）热力学统计物理（多粒子体系）相对论力学量子力学量子统计物理相对论量子力学相对论量子场论？物理学的基本框架分支学科：激光物理，半导体物理，原子物理，核物理…交叉学科：生物物理，量子化学，地球物理，海洋物理…\n物理学的基本框架速率大小或距离1020m10－5m0.01cc狭义相对论广义相对论量子理论狭义相对论量子理论牛顿物理学禁区禁区来自《物理学：基本概念及其与方方面面的联系》\n发展性不断从新的角度审视和理解物理概念和规律，关注其内涵的丰富，应用的扩展，相互关系的变化。[例]质量初中：大学：高中：－惯性质量－引力质量\n注意提高应用物理知识理解、解决实际问题的能力。迁移性发展独立思考和独立判断的一般能力，应该始终放在首位，而不应当把获得专业知识放在首位。如果一个人掌握了他的学科的基础理论，并且学会了独立地思考和工作，他必定会找到他自己的道路，而且比起那种主要以获得细节知识为其培养内容的人来说，他一定会更好地适应进步与变化。——阿尔伯特.爱因斯坦德裔（美）爱因斯坦(1879-1955)\n物理书都充满了复杂的数学公式。可是思想及理念，而非公式，才是每一物理理论的开端。－－爱因斯坦《物理学的进化》要根据物理学的特点进行学习三、怎么学？物理学的基本思想方法：用模型来描述自然，用数学来表达模型，用实验来检验模型。\n我们可以把组成这个“世界”的这些运动事物的复杂组合，想象成天神们下的一盘巨大的象棋，而我们是这局棋的观众。我们不知道奕棋的规则，允许我们做的就是观看这场棋赛。当然，如果看的时间够长，我们终归能看出几条规则来。这些奕棋规则就是我们所说的基础物理学。……如果你会下棋就一定知道，学会所有的规则是容易的，而要选择最佳的走法或理解人家为什么这样走则往往很困难。在自然界中也是如此，只是程度更厉害……除了我们还不知道全部规则之外，用已知的规则我们确实能解释的事物也是非常有限的，因为所有的情况都极其复杂，我们不能用这些规则领会这盘棋的走法，更不用说预言下一步将发生什么情况了。因此，我们只能满足于奕棋规则这个比较基本的问题。－－－费曼R.P.Feynman（1918－1988）\n物质世界\n一.物质世界的空间尺度——宇宙的42个台阶宇宙学、粒子物理的奇妙衔接\n哈勃半径：星系团：银河系：地球轨道半径：太阳半径：地球半径：月球半径：大分子：小分子：原子：原子核：基本粒子：\n二.物质世界的时间尺度共计跨越了42个数量级宇宙年龄：150亿年生命的诞生：约40亿年人类：300万年（1014s）中间玻色子寿命：10－24s地球年龄:大爆炸\n宇宙年龄：星系年龄：地球年龄：出现生命：富氧大气：人类：地球公转：月球公转：地球自转：中子寿命：中间玻色子寿命：50亿年150亿年46亿年40亿年3百万年8亿年\n三.物质世界的质量尺度目前所测宇宙：银河系：太阳：地球：月球：细菌：红血球：流感病毒：氧分子：中子、质子：电子：\n宇宙中物体的质量量级——跨跃了约80个数量级\n实物分子原子原子核质子夸克电子（轻子）规范粒子场中子四.物质存在的基本形式——实物和场轻子夸克实物规范粒子场\n杨振宁、李政道由于发现宇称不守恒，获1957年诺贝尔物理学奖获诺贝尔物理奖的华裔物理学家\n获诺贝尔物理奖的华裔物理学家丁肇中：由于发现J粒子，获1976年诺贝尔物理学奖。朱棣文：由于激光冷却和捕获原子的研究获1997年诺贝尔物理学奖。崔琦：由于在分数量子霍尔效应量子现象的研究获1998年诺贝尔物理学奖。\n预备知识二、微积分初步一、矢量的基本知识\n物理量按数学性质分类：标量算术量：质量（只有正值）代数量：电荷，电流强度矢量：力，场强，磁感应强度\na、几何表示有指向的线段大小矢量相等：大小相同，方向相同1、矢量的表示：b、解析表示单位矢量：长度为一个单位的矢量\n平行四边形法则三角形法则2、矢量的运算法则(1)加法\n(2)数乘(3)矢量的分解\n(4)矢量的标积（点积、内积）标积满足交换律：分配律：例如：功\n特别注意：\n(5)矢量的矢积（叉积、外积）方向大小为平行四边形面积\n矢积的性质：矢量与标量不能相等！例如力矩\n5、矢量的导数\n导数积分一阶导数和定积分的几何意义？\n练习