我所認識的物理學

1、我所認識的物理學 財管1204班 小組組長:李瑩瑩 組員：王倩；鄭明明1一、物理學簡介定義1、物理學是研究物質(zhì)運動最一般規(guī)律和物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的學科。作為自然科學的帶頭學科，物理學研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物質(zhì)最基本的運動形式和規(guī)律，因此成為其他各自然科學學科的研究基礎(chǔ)。它的理論結(jié)構(gòu)充分地運用數(shù)學作為自己的工作語言，以實驗作為檢驗理論正確性的唯一標準，它是當今最精密的一門自然科學學科。2、釋文解字：物理，“理”者物體的脈絡(luò)，物質(zhì)通過能行聚合，現(xiàn)色相性勢為物體，故物理學，就是研究物質(zhì)、物體內(nèi)外脈絡(luò)關(guān)系與相互運化作用的門科學。23、物理學與其他自然科學物理學與其他許多自然科學息息相關(guān)，如化學、生

2、物、天文和地質(zhì)等。特別是化學?；瘜W與某些物理學領(lǐng)域的關(guān)系深遠，如量子力學、熱力學和電磁學，而數(shù)學是物理的基本工具，也就是物理依賴著數(shù)學。所以有了數(shù)理化不分家之說。物理學是一種自然科學，主要研究的是物質(zhì)在時空中的運動，和所有相關(guān)概念，包括能量和作用力。更廣義地說，物理學是對于大自然的研究分析，目的是為了要明白宇宙的行為。34、物理學的發(fā)展歷程及應用物理學是最古老的科學之一。在過去兩千年，物理學與哲學，化學等等經(jīng)常被混淆在一起，相提并論。直到十六世紀科學革命之后，才單獨成為一門現(xiàn)代科學。物理學已成為自然科學中最基礎(chǔ)的學科之一。物理理論通常是以數(shù)學的形式表達出來。經(jīng)過大量嚴格的實驗驗證的物理學規(guī)律被

3、稱為物理定律。然而如同其他很多自然科學理論一樣，這些定律不能被證明，其正確性只能靠著反復的實驗來檢驗。物理學的影響深遠，這是因為物理學的突破時常會造成新科技的出現(xiàn)，物理學的新點子很容易會引起其它學術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生共鳴。例如，在電磁學的進展，直接地導致像電視，電腦，家用電器等等新產(chǎn)品，大幅度地提升了整個人類的生活水平；核裂變的成功應用，使得核能發(fā)電不再是夢想。4二、物理學的基本定義物理學是一種自然科學，注重于研究物質(zhì)、能量、空間、時間，尤其是它們各自的性質(zhì)與彼此之間的相互關(guān)系。物理學是關(guān)于大自然規(guī)律的知識；更廣義地說，物理學探索分析大自然所發(fā)生的現(xiàn)象，以了解其規(guī)則。 物理學(Physics)：物理現(xiàn)象

4、、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)相互作用、物質(zhì)運動規(guī)律物理學研究的范圍 物質(zhì)世界的層次和數(shù)量級5*知識小拓展（1）空間尺度：原子、原子核、基本粒子、DNA長度、最小的細胞、太陽山哈勃半徑、星系團、銀河系、恒星的距離、太陽系、超星系團等。人蛇吞尾圖形象地表示了物質(zhì)空間尺寸的層次。微觀粒子Microscopic：質(zhì)子 10-15 m介觀物質(zhì)mesoscopic宏觀物質(zhì)macroscopic宇觀物質(zhì)cosmological 類星體 10 26m6*知識小拓展（2）時間尺度：基本粒子壽命 10-25s宇宙壽命 1018s按空間尺度劃分：量子力學、經(jīng)典物理學、宇宙物理學按速率大小劃分： 相對論物理學、非相對論物理學按客

5、體大小劃分：微觀、介觀、宏觀、宇觀按運動速度劃分： 低速，中速，高速按研究方法劃分：實驗物理學、理論物理學、計算物理學7三、分類簡介牛頓力學(Mechanics)研究物體機械運動的基本規(guī)律及關(guān)于時空相對性的規(guī)律電磁學(Electromagnetism)研究電磁現(xiàn)象，物質(zhì)的電磁運動規(guī)律及電磁輻射等規(guī)律熱力學(Thermodynamics)研究物質(zhì)熱運動的統(tǒng)計規(guī)律及其宏觀表現(xiàn)相對論(Relativity)研究物體的高速運動效應以及相關(guān)的動力學規(guī)律量子力學(Quantum mechanics)研究微觀物質(zhì)運動現(xiàn)象以及基本運動規(guī)律此外，還有：粒子物理學、原子核物理學、原子與分子物理學、固體物理學、凝聚

6、態(tài)物理學、激光物理學、等離子體物理學、地球物理學、生物物理學、天體物理學等等。8四、研究領(lǐng)域物理學研究的領(lǐng)域可分為下列四大方面：1.凝聚態(tài)物理研究物質(zhì)宏觀性質(zhì)，這些物相內(nèi)包含極大數(shù)目的組元，且組員間相互作用極強。最熟悉的凝聚態(tài)相是固體和液體，它們由原子間的鍵和電磁力所形成。更多的凝聚態(tài)相包括超流和波色-愛因斯坦凝聚態(tài)（在十分低溫時，某些原子系統(tǒng)內(nèi)發(fā)現(xiàn)）；某些材料中導電電子呈現(xiàn)的超導相；原子點陣中出現(xiàn)的鐵磁和反鐵磁相。凝聚態(tài)物理一直是最大的的研究領(lǐng)域。歷史上，它由固體物理生長出來。1967年由菲立普安德森最早提出，采用此名。92.原子，分子和光學物理研究原子尺寸或幾個原子結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)，物質(zhì)-物質(zhì)和

7、光-物質(zhì)的相互作用。這三個領(lǐng)域是密切相關(guān)的。因為它們使用類似的方法和有關(guān)的能量標度。它們都包括經(jīng)典和量子的處理方法；從微觀的角度處理問題。原子物理處理原子的殼層，集中在原子和離子的量子控制；冷卻和誘捕；低溫碰撞動力學；準確測量基本常數(shù)；電子在結(jié)構(gòu)動力學方面的集體效應。原子物理受核的影晌。但如核分裂，核合成等核內(nèi)部現(xiàn)象則屬高能物理。 分子物理集中在多原子結(jié)構(gòu)以及它們，內(nèi)外部和物質(zhì)及光的相互作用，這里的光學物理只研究光學的基本性質(zhì)及光與物質(zhì)在在微觀領(lǐng)域的相互作用。3.高能/粒子物理粒子物理研究物質(zhì)和能量的基本組元及它們間的相互作用；也可稱為高能物理。因為許多基本粒子在自然界不存在，只在粒子加速器中

8、與其它粒子高能碰撞下才出現(xiàn)。據(jù)基本粒子的相互作用標準模型描述，有12種已知物質(zhì)的基本粒子模型（夸克和輕粒子）。它們通過強，弱和電磁基本力相互作用。標準模型還預言一種希格斯-波色粒子存在?，F(xiàn)正尋找中。104.天體物理天體物理和天文學是物理的理論和方法用到研究星體的結(jié)構(gòu)和演變，太陽系的起源，以及宇宙的相關(guān)問題。因為天體物理的范圍寬。它用了物理的許多原理。包括力學，電磁學，統(tǒng)計力學，熱力學和量子力學。1931年卡爾發(fā)現(xiàn)了天體發(fā)出的無線電訊號。開始了無線電天文學。天文學的前沿已被空間探索所擴展。地球大氣的干擾使觀察空間需用紅外，超紫外，伽瑪射線和x-射線。物理宇宙論研究在宇宙的大范圍內(nèi)宇宙的形成和演變

9、。愛因斯坦的相對論在現(xiàn)代宇宙理論中起了中心的作用。20世紀早期哈勃從圖中發(fā)現(xiàn)了宇宙在膨脹，促進了宇宙的穩(wěn)定狀態(tài)論和大爆炸之間的討論。1964年宇宙微波背景的發(fā)現(xiàn)，證明了大爆炸理論可能是正確的。大爆炸模型建立在二個理論框架上：愛因斯坦的廣義相對論和宇宙論原理。宇宙論已建立了ACDM宇宙演變模型；它包括宇宙的膨脹，黑能量和黑物質(zhì)。 從費米伽瑪-射線望運鏡的新數(shù)據(jù)和現(xiàn)有宇宙模型的改進，可期待出現(xiàn)許多可能性和發(fā)現(xiàn)。尤其是今后數(shù)年內(nèi)，圍繞黑物質(zhì)方面可能有許多發(fā)現(xiàn)。11五、物理學史伽利略（1564年-1642年）人類現(xiàn)代物理學的創(chuàng)始人，奠定了人類現(xiàn)代物理科學的發(fā)展基礎(chǔ)。 1900-1926年 建立了量子力

10、學。 1926年 建立了費米狄拉克統(tǒng)計。 1927年 建立了布洛赫波的理論。 1928年 索末菲提出能帶的猜想。 1929年 派爾斯提出禁帶、空穴的概念，同年貝特提出了費米面的概念。12 1947年貝爾實驗室的巴丁、布拉頓和肖克萊發(fā)明了晶體管，標志著信息時代的開始。 1957年 皮帕得測量了第一個費米面超晶格材料納米材料光子。 1958年杰克.基爾比發(fā)明了集成電路。 20世紀70年代出現(xiàn)了大規(guī)模集成電路。物理與物理技術(shù)的關(guān)系： 熱機的發(fā)明和使用，提供了第一種模式：技術(shù) 物理 技術(shù) 電氣化的進程，提供了第二種模式：物理 技術(shù) 物理13*當今物理學當今物理學和科學技術(shù)的關(guān)系兩種模式并存，相互交叉，

11、相互促進“沒有昨日的基礎(chǔ)科學就沒有今日的技術(shù)革命”。例如：核能的利用、激光器的產(chǎn)生、層析成像技術(shù)(CT)、超導電子技術(shù)、粒子散射實驗、X 射線的發(fā)現(xiàn)、受激輻射理論、低溫超導微觀理論、電子計算機的誕生。幾乎所有的重大新(高)技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)立，事先都在物理學中經(jīng)過長期的醞釀。物理學的方法和科學態(tài)度：提出命題 理論解釋 理論預言 實驗驗證 修改理論。14現(xiàn)代物理學是一門理論和實驗高度結(jié)合的精確科學，它的產(chǎn)生過程如下：物理命題一般是從新的觀測事實或?qū)嶒炇聦嵵刑釤挸鰜?，或從已有原理中推演出來；首先嘗試用已知理論對命題作解釋、邏輯推理和數(shù)學演算。如現(xiàn)有理論不能完美解釋，需修改原有模型或提出全新的理論模型；新

12、理論模型必須提出預言，并且預言能夠為實驗所證實；一切物理理論最終都要以觀測或?qū)嶒炇聦崬闇蕜t，當一個理論與實驗事實不符時，它就面臨著被修改或被推翻。15*小小思考一下 怎樣學習物理學？著名物理學家費曼說：科學是一種方法，它教導人們：一些事物是怎樣被了解的，什么事情是已知的，了解到了什么程度，如何對待疑問和不確定性，證據(jù)服從什么法則；如何思考事物，做出判斷，如何區(qū)別真?zhèn)魏捅砻娆F(xiàn)象？著名物理學家愛因斯坦說：發(fā)展獨立思考和獨立判斷的一般能力，應當始終放在首位，而不應當把專業(yè)知識放在首位.如果一個人掌握了他的學科的基礎(chǔ)理論，并且學會了獨立思考和工作，他必定會找到自己的道路，而且比起那種主要以獲得細節(jié)知識

13、為其培訓內(nèi)容的人來，他一定會更好地適應進步和變化 。16學習的觀點：從整體上邏輯地，協(xié)調(diào)地學習物理學，了解物理學中各個分支之間的相互聯(lián)系。物理學的本質(zhì)：物理學并不研究自然界現(xiàn)象的機制（或者根本不能研究），我們只能在某些現(xiàn)象中感受自然界的規(guī)則，并試圖以這些規(guī)則來解釋自然界所發(fā)生任何的事情。我們有限的智力總試圖在理解自然，并試圖改變自然，這是物理學，甚至是所有學科所共同追求的目標。以物理學為基礎(chǔ)的相關(guān)科學：化學，天文學，自然地理學等。17六、學科性質(zhì)1、基本性質(zhì)物理學是人們對無生命自然界中物質(zhì)的轉(zhuǎn)變的知識做出規(guī)律性的總結(jié)。這種運動和轉(zhuǎn)變應有兩種。一是早期人們通過感官視覺的延伸，二是近代人們通過發(fā)明

14、創(chuàng)造供觀察測量用的科學儀器，實驗得出的結(jié)果，間接認識物質(zhì)內(nèi)部組成建立在的基礎(chǔ)上。物理學從研究角度及觀點不同，可分為微觀與宏觀兩部分，宏觀是不分析微粒群中的單個作用效果而直接考慮整體效果，是最早期就已經(jīng)出現(xiàn)的，微觀物理學隨著科技的發(fā)展理論逐漸完善。其次，物理又是一種智能18誠如諾貝爾物理學獎得主、德國科學家玻恩所言：“如其說是因為我發(fā)表的工作里包含了一個自然現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，倒不如說是因為那里包含了一個關(guān)于自然現(xiàn)象的科學思想方法基礎(chǔ)。”物理學之所以被人們公認為一門重要的科學，不僅僅在于它對客觀世界的規(guī)律作出了深刻的揭示，還因為它在發(fā)展、成長的過程中，形成了一整套獨特而卓有成效的思想方法體系。正因為如此

15、，使得物理學當之無愧地成了人類智能的結(jié)晶，文明的瑰寶。大量事實表明，物理思想與方法不僅對物理學本身有價值，而且對整個自然科學，乃至社會科學的發(fā)展都有著重要的貢獻。有人統(tǒng)計過，自20世紀中葉以來，在諾貝爾化學獎、生物及醫(yī)學獎，甚至經(jīng)濟學獎的獲獎?wù)咧校幸话胍陨系娜司哂形锢韺W的背景；這意味著他們從物理學中汲取了智能，轉(zhuǎn)而在非物理領(lǐng)域里獲得了成功。反過來，卻從未發(fā)現(xiàn)有非物理專業(yè)出身的科學家問鼎諾貝爾物理學獎的事例。這就是物理智能的力量。難怪國外有專家十分尖銳地指出：沒有物理修養(yǎng)的民族是愚蠢的民族！總之物理學是概括規(guī)律性的總結(jié)，是概括經(jīng)驗科學性的理論認識192、六大性質(zhì)(1)真理性：物理學的理論和實驗

16、揭示了自然界的奧秘，反映出物質(zhì)運動的客觀規(guī)律。(2)和諧統(tǒng)一性：神秘的太空中天體的運動，在開普勒三定律的描繪下，顯出多么的和諧有序。物理學上的幾次大統(tǒng)一，也顯示出美的感覺。牛頓用三大定律和萬有引力定律把天上和地上所有宏觀物體統(tǒng)一了。麥克斯韋電磁理論的建立，又使電和磁實現(xiàn)了統(tǒng)一。愛因斯坦質(zhì)能方程又把質(zhì)量和能量建立了統(tǒng)一。光的波粒二象性理論把粒子性、波動性實現(xiàn)了統(tǒng)一。愛因斯坦的相對論又把時間、空間統(tǒng)一了。(3)簡潔性：物理規(guī)律的數(shù)學語言，體現(xiàn)了物理的簡潔明快性。如：牛頓第二定律，愛因斯坦的質(zhì)能方程，法拉第電磁感應定律(4)精巧性：物理實驗具有精巧性，設(shè)計方法的巧妙，使得物理現(xiàn)象更加明顯20(5)對

17、稱性：對稱一般指物體形狀的對稱性，深層次的對稱表現(xiàn)為事物發(fā)展變化或客觀規(guī)律的對稱性。如：物理學中各種晶體的空間點陣結(jié)構(gòu)具有高度的對稱性。豎直上拋運動、簡諧運動、波動鏡像對稱、磁電對稱、作用力與反作用力對稱、正粒子和反粒子、正物質(zhì)和反物質(zhì)、正電和負電等。(6)預測性：正確的物理理論，不僅能解釋當時已發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象，更能預測當時無法探測到的物理現(xiàn)象。例如麥克斯韋電磁理論預測電磁波存在，盧瑟福預言中子的存在，菲涅爾的衍射理論預言圓盤衍射中央有泊松亮斑，狄拉克預言電子的存在。21七、物理變化1.物理變化：物質(zhì)隨時間而發(fā)生變化的變化；化學變化：舊化學鍵破裂，新化學鍵形成2.物理變化現(xiàn)象：很廣的，只要物質(zhì)

18、在時間上發(fā)生變化都是；化學變化：發(fā)光，發(fā)熱，生成沉淀，生成氣體是中學階段常規(guī)的現(xiàn)象，但有些反應是肉眼看不到的，如二氧化碳和水反應。223.物理變化包括化學變化：化學變化就看有沒有新舊化學鍵的破裂與形成。物理性質(zhì)是物質(zhì)化學鍵沒有被破壞和形成而表現(xiàn)出來的性質(zhì)：化學性質(zhì)是通過破壞物質(zhì)化學鍵而表現(xiàn)出來的性質(zhì)（就是物質(zhì)要通過化學反應才說他有這個化學性質(zhì)）。23八、研究方法對于物理學理論和實驗來說，物理量的定義和測量的假設(shè)選擇，理論的數(shù)學展開，理論與實驗的比較是與實驗定律一致，是物理學理論的唯一目標。人們能通過這樣的結(jié)合解決問題，就是預言指導科學實踐，這不是大唯物主義思想，其實是物理學理論的目的和結(jié)構(gòu)24九、思想理論物理與形而上學的關(guān)系在不斷反思形而上學而產(chǎn)生的非經(jīng)驗主義的客觀原理的