大學(xué)物理緒論.

1、1 物理學(xué)與物質(zhì)世界物理學(xué)與物質(zhì)世界 什么是物理學(xué)什么是物理學(xué)?物理學(xué)是探討物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的學(xué)科物理學(xué)是探討物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的學(xué)科 是自然科學(xué)的基礎(chǔ)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)一一.物質(zhì)世界物質(zhì)世界研究的對(duì)象十分廣泛研究的對(duì)象十分廣泛 宏觀宏觀 微觀微觀為人們描繪出一副五彩繽紛的圖畫為人們描繪出一副五彩繽紛的圖畫b空間尺度空間尺度( (相差相差1010454510104646) )101026 26 m(m(約約150150億光年億光年)()(宇宙宇宙) )101020 20 m(m(夸克夸克) )b時(shí)間尺度時(shí)間尺度( (相差相差10104545) )10101818s 150s 150億年

2、億年( (宇宙年齡宇宙年齡)-10)-10-27-27s(s(硬硬 射線周期射線周期) )人們從自己向小尺度追問人們從自己向小尺度追問 以探索物質(zhì)的組成以探索物質(zhì)的組成 物理學(xué)上對(duì)應(yīng)物理學(xué)上對(duì)應(yīng) 粒子物理學(xué)粒子物理學(xué)目前物理學(xué)界公認(rèn)組成物質(zhì)的最小單元是夸克目前物理學(xué)界公認(rèn)組成物質(zhì)的最小單元是夸克 即認(rèn)為即認(rèn)為quarkquark沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu) 但近來有消息稱但近來有消息稱 quark quark 也可一分為二也可一分為二 說明認(rèn)識(shí)無止境說明認(rèn)識(shí)無止境 物質(zhì)世界總圖象物質(zhì)世界總圖象 粒子種類粒子種類 自由狀態(tài)存在的自由狀態(tài)存在的: 452 : 452 種種 其中其中 規(guī)范玻色子規(guī)范玻色

3、子 4 4 種種 輕子輕子 12 12 種種 強(qiáng)子強(qiáng)子 436 436 種種基本相互作用基本相互作用 : : 電磁電磁 強(qiáng)強(qiáng) 弱弱 引力引力 粒子物理學(xué)粒子物理學(xué)( (微觀理論微觀理論) ) 標(biāo)準(zhǔn)模型標(biāo)準(zhǔn)模型 認(rèn)定基本粒子認(rèn)定基本粒子 揭示物質(zhì)的組成揭示物質(zhì)的組成 高能物理實(shí)驗(yàn)高能物理實(shí)驗(yàn)( (實(shí)驗(yàn)手段實(shí)驗(yàn)手段) ) 發(fā)展加速器取得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)展加速器取得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 驗(yàn)證微觀理論驗(yàn)證微觀理論 天體物理學(xué)天體物理學(xué)( (宇觀理論宇觀理論) ) 標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型分析宇宙的起源分析宇宙的起源 大爆炸宇宙學(xué)大爆炸宇宙學(xué)二二. .關(guān)于兩個(gè)前沿的基本理論關(guān)于兩個(gè)前沿的基本理論 目前天體物理理論和粒子物

4、理理論已成為目前天體物理理論和粒子物理理論已成為 密不可分的姊妹學(xué)科密不可分的姊妹學(xué)科 標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型給出的宇宙起源與基本粒子標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型給出的宇宙起源與基本粒子 標(biāo)準(zhǔn)模型給出的物質(zhì)組成是一致的標(biāo)準(zhǔn)模型給出的物質(zhì)組成是一致的 從而體現(xiàn)了物理學(xué)的和諧從而體現(xiàn)了物理學(xué)的和諧 完美和對(duì)稱完美和對(duì)稱從遙遠(yuǎn)的過去宇宙產(chǎn)生于大爆炸從遙遠(yuǎn)的過去宇宙產(chǎn)生于大爆炸 絕熱膨脹至今絕熱膨脹至今我們生活在這樣的世界中我們生活在這樣的世界中 人們從自己開始人們從自己開始 通過各種實(shí)驗(yàn)手段通過各種實(shí)驗(yàn)手段( (比如加速器比如加速器) )把物質(zhì)打開把物質(zhì)打開 探索內(nèi)部的由來探索內(nèi)部的由來三三. .物理學(xué)使人們深入認(rèn)識(shí)世界物理

5、學(xué)使人們深入認(rèn)識(shí)世界 物質(zhì)存在的基本形式物質(zhì)存在的基本形式中學(xué)時(shí)已有中學(xué)時(shí)已有 粒子和場(chǎng)粒子和場(chǎng)( (波波) ) 的認(rèn)識(shí)的認(rèn)識(shí)場(chǎng)論給出最新認(rèn)識(shí)場(chǎng)論給出最新認(rèn)識(shí)每種粒子對(duì)應(yīng)一種場(chǎng)每種粒子對(duì)應(yīng)一種場(chǎng)場(chǎng)場(chǎng)有不同能量狀態(tài)有不同能量狀態(tài)場(chǎng)與粒子是統(tǒng)一體的場(chǎng)與粒子是統(tǒng)一體的兩種表現(xiàn)形式兩種表現(xiàn)形式波粒二相性波粒二相性b演繹法演繹法推理推理 演算演算b歸納法歸納法假設(shè)假設(shè) 模型模型b定性和半定量定性和半定量直覺直覺 想象力想象力 洞察力洞察力2 2 物理學(xué)與科學(xué)思維物理學(xué)與科學(xué)思維一一.物理學(xué)的研究方法物理學(xué)的研究方法物理學(xué)家的物理學(xué)家的1/3 1/3 激奮在于激奮在于 建立理論建立理論1/3 1/3 激奮

6、在于激奮在于 證實(shí)理論證實(shí)理論1/3 1/3 激奮在于激奮在于 突破理論突破理論愛因斯坦是典范愛因斯坦是典范 -最令人驚訝的是沒有出現(xiàn)令人驚訝的事最令人驚訝的是沒有出現(xiàn)令人驚訝的事-二二.物理學(xué)家的科學(xué)態(tài)度物理學(xué)家的科學(xué)態(tài)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果與已有理論不符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果與已有理論不符合 預(yù)示著重大突破預(yù)示著重大突破令人令人興奮興奮3 物理學(xué)與科學(xué)技術(shù)物理學(xué)與科學(xué)技術(shù) 物理學(xué)為其他學(xué)科創(chuàng)立技術(shù)和原理物理學(xué)為其他學(xué)科創(chuàng)立技術(shù)和原理 重大新技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)立總是經(jīng)歷重大新技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)立總是經(jīng)歷 長期的物理醞釀長期的物理醞釀如如 微電子技術(shù)的發(fā)展微電子技術(shù)的發(fā)展 物理學(xué)是人類深刻認(rèn)識(shí)自然界的需要物理學(xué)是人類深刻認(rèn)識(shí)自然

7、界的需要 ( (美美國物理學(xué)評(píng)國物理學(xué)評(píng) 述委員會(huì)述委員會(huì))-)-Physical Review Letters b盧瑟福盧瑟福 a a 粒子散射實(shí)驗(yàn)粒子散射實(shí)驗(yàn)(1909)(1909)核能利用核能利用(40(40年代以后年代以后) )b愛因斯坦受激輻射理論愛因斯坦受激輻射理論(1917) (1917) 第一臺(tái)激光器第一臺(tái)激光器(1960)(1960) ( (物理物理) () (技術(shù)技術(shù)) )b信息技術(shù)的發(fā)生和發(fā)展的硬件部分以物理學(xué)成果為基礎(chǔ)信息技術(shù)的發(fā)生和發(fā)展的硬件部分以物理學(xué)成果為基礎(chǔ) ( (技術(shù)技術(shù)) () (物理物理) ) b量子力學(xué)量子力學(xué) 費(fèi)米狄拉克統(tǒng)計(jì)費(fèi)米狄拉克統(tǒng)計(jì) 固體能帶理論

8、固體能帶理論(20(20年代年代)()(物理物理) ) 晶體管誕生晶體管誕生(1947) (1947) 集成電路集成電路(1962) (1962) 大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路 (70(70年代后期年代后期)()(技術(shù)技術(shù)) )微結(jié)構(gòu)物理微結(jié)構(gòu)物理( (物理物理) )4 4 物理學(xué)與高素質(zhì)人才物理學(xué)與高素質(zhì)人才( (工科人才工科人才) )h提高科學(xué)素質(zhì)和能力以適應(yīng)高新技術(shù)提高科學(xué)素質(zhì)和能力以適應(yīng)高新技術(shù)h市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展b現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)工程師類型現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)工程師類型i工程科學(xué)家型工程科學(xué)家型i革新發(fā)明家型革新發(fā)明家型i現(xiàn)場(chǎng)工程專家型現(xiàn)場(chǎng)工程專家型i管理規(guī)劃專家型管理規(guī)劃專家型5物理

9、學(xué)的思想和觀點(diǎn)物理學(xué)的思想和觀點(diǎn) 如如 建理想化模型建理想化模型5從物理本質(zhì)上提出和研究本專業(yè)問題從物理本質(zhì)上提出和研究本專業(yè)問題5創(chuàng)新能力創(chuàng)新能力t在工程技術(shù)中引入物理學(xué)的新成果在工程技術(shù)中引入物理學(xué)的新成果物理素質(zhì)的表現(xiàn)物理素質(zhì)的表現(xiàn) 如：掃描隧道顯微鏡如：掃描隧道顯微鏡 (STM)(STM)的發(fā)明的發(fā)明 說明：深厚的科學(xué)素質(zhì)的重要性說明：深厚的科學(xué)素質(zhì)的重要性 70 70年代年代 羅伯特羅伯特. .楊楊 制成場(chǎng)發(fā)射顯微鏡制成場(chǎng)發(fā)射顯微鏡19811981年年 賓尼和羅雷爾賓尼和羅雷爾 應(yīng)用隧道效應(yīng)應(yīng)用隧道效應(yīng) 改進(jìn)了場(chǎng)發(fā)射顯微鏡改進(jìn)了場(chǎng)發(fā)射顯微鏡 S T M S T M得益于深厚的科學(xué)素養(yǎng)

10、得益于深厚的科學(xué)素養(yǎng)19861986年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)鐵原子鐵原子2007年度年度諾貝爾物理獎(jiǎng)諾貝爾物理獎(jiǎng)授授予法國科學(xué)家艾爾伯予法國科學(xué)家艾爾伯-費(fèi)爾和德國科學(xué)家皮費(fèi)爾和德國科學(xué)家皮特特-克魯伯格，以表彰克魯伯格，以表彰他們他們1988年發(fā)現(xiàn)巨磁年發(fā)現(xiàn)巨磁電阻效應(yīng)的貢獻(xiàn)。電阻效應(yīng)的貢獻(xiàn)。開創(chuàng)自旋電子學(xué)領(lǐng)域！開創(chuàng)自旋電子學(xué)領(lǐng)域！自旋電子學(xué)自旋電子學(xué)2010年諾貝爾年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予英國曼徹斯特大學(xué)科學(xué)家安德烈海姆和康斯坦丁諾沃肖洛夫，以表彰他們?cè)谑┎牧涎芯糠矫娴母锩猿删汀?到目前為止，有10位華裔諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，按獲獎(jiǎng)時(shí)間順序?yàn)椋喝A裔諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，按獲獎(jiǎng)時(shí)間順序?yàn)椋?李

11、政道：李政道：1926年生于上海，美籍華人，中學(xué)時(shí)代在大陸，年生于上海，美籍華人，中學(xué)時(shí)代在大陸，1957年獲諾貝爾年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，時(shí)年物理學(xué)獎(jiǎng)，時(shí)年31歲；歲； 楊振寧：楊振寧：1922年生于安徽，美籍華人，中學(xué)時(shí)代在大陸，年生于安徽，美籍華人，中學(xué)時(shí)代在大陸，1957年獲諾貝爾年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，時(shí)年物理學(xué)獎(jiǎng)，時(shí)年35歲；歲； 丁肇中：丁肇中：1936年生于美國，美籍華人，中學(xué)時(shí)代在臺(tái)灣，年生于美國，美籍華人，中學(xué)時(shí)代在臺(tái)灣，1976年獲諾貝爾年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，時(shí)年物理學(xué)獎(jiǎng)，時(shí)年40歲；歲； 李遠(yuǎn)哲：李遠(yuǎn)哲：1936年生于臺(tái)灣，中國臺(tái)灣，中學(xué)時(shí)代在臺(tái)灣，年生于臺(tái)灣，中國臺(tái)灣，中學(xué)時(shí)代

12、在臺(tái)灣，1986年獲諾貝爾年獲諾貝爾獲化學(xué)獎(jiǎng)，時(shí)年獲化學(xué)獎(jiǎng)，時(shí)年50歲；歲； 朱棣文：朱棣文：1948年生于美國，美籍華人，年生于美國，美籍華人，1997年獲諾貝爾獲物理學(xué)獎(jiǎng)，時(shí)年年獲諾貝爾獲物理學(xué)獎(jiǎng)，時(shí)年49歲；歲； 崔崔 琦：琦：1939年生于河南，美籍華人，中學(xué)時(shí)代在大陸，年生于河南，美籍華人，中學(xué)時(shí)代在大陸，1998年獲諾貝爾年獲諾貝爾獲物理學(xué)獎(jiǎng)，時(shí)年獲物理學(xué)獎(jiǎng)，時(shí)年59歲；歲； 達(dá)達(dá) 賴：賴：1935年生于青海，中國國籍，中學(xué)時(shí)代在大陸，年生于青海，中國國籍，中學(xué)時(shí)代在大陸，1989年獲諾貝爾年獲諾貝爾和平獎(jiǎng)，時(shí)年和平獎(jiǎng)，時(shí)年54歲；歲； 高行?。焊咝薪。?940年生于江西，年生于江

13、西，46歲離開大陸，獲獎(jiǎng)的同年加入法國籍，歲離開大陸，獲獎(jiǎng)的同年加入法國籍，2000年獲諾貝爾文學(xué)獎(jiǎng)，時(shí)年諾貝爾文學(xué)獎(jiǎng)，時(shí)年60歲。歲。 錢永健錢永健:年出生于美國紐約年出生于美國紐約,美籍華人，美籍華人，2011年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng).其中2人未得到中國政府承認(rèn)。大學(xué)物理課的任務(wù)大學(xué)物理課的任務(wù)把大學(xué)生領(lǐng)進(jìn)物理學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域的大門把大學(xué)生領(lǐng)進(jìn)物理學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域的大門打開大門打開大門 并送一枚指南針并送一枚指南針 使之能在物理學(xué)展示的五彩繽紛的世界中使之能在物理學(xué)展示的五彩繽紛的世界中汲取營養(yǎng)汲取營養(yǎng) 茁壯成長茁壯成長h“大學(xué)物理大學(xué)物理”上下冊(cè)，羅圓圓主編上下冊(cè)，羅圓圓主編h“大學(xué)物理學(xué)大學(xué)物理學(xué)”一套四冊(cè)，張三慧主編一套四冊(cè)，張三慧主編h“普通物理學(xué)普通物理學(xué)”一套三冊(cè)，程守洙，江之永主一套三冊(cè)，程守洙，江之永主編編h“新概念物理教程新概念物理教程”力學(xué)，趙凱華，羅蔚茵力學(xué)，趙凱華，羅蔚茵h“基礎(chǔ)物理學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)”上下冊(cè)，陸果上下冊(cè)，陸果h“伯克利物理學(xué)教程伯克利物理學(xué)教程”一套五冊(cè)一套五冊(cè)h盧德馨物理