物理學和力學1力學

1、力學第一章物理學和力學第一章物理學和力學 沒有今日的基礎科學，就沒有明日的科技應用。.可以想象，我們現(xiàn)在的基礎科學將怎樣地影響21世紀的科技文明。李政道 力學是物理學的有機組成部分。物理是百花園，力學是其中一叢花。在科學中物理學是最基本的和無所不包的，并對全部科學發(fā)展產(chǎn)生深刻的影響。 Feynman1力學第一章物理學和力學1.1發(fā)展著的物理學物理（physics）源于希臘文自然稱為自然哲學 。公元前420年：德莫克利特(Democritus)提出原子論，一切物質(zhì)均由無限多個不可分割、看不見的原子所組成(只分水、火、土、氣四種)。 公元前300年：浮力、杠桿、輪軸、天文學。（代表人物：阿基米德）

2、 羅馬滅亡后：人類在物理學，乃至整個科學進入一個停滯期，基督教的神學主宰一切，科學黑暗期。 2文藝復興時：科學才從神學禁錮中解放出來。 1543年：哥白尼（波蘭人，1473年1543年）對神學提出質(zhì)疑，發(fā)表天體運行論，說明天體運行是以太陽為中心。 1609年1618年：開普勒歸納出行星運動三定律。 1632年：伽利略發(fā)表兩學派的對話，推翻地球中心說。 十九世紀：經(jīng)典物理學發(fā)展已很完整。 3力學第一章物理學和力學經(jīng)典物理學 力學：1687年牛頓集力學理論之大成。熱學： 早期：鉆木取火。秦李冰父子利用巖石加熱再驟冷會裂開的技術開鑿都江堰。 十七世紀：伽利略制造氣體溫度計。 1662年：玻意耳發(fā)現(xiàn)定

3、溫時，定量氣體的壓力與體積成反比。 焦耳 開爾文玻爾茲曼吉布斯4光學：公元前約一世紀光反射。17世紀光折射。1611年開普勒發(fā)現(xiàn)全反射。1615年斯奈爾（荷蘭人）發(fā)現(xiàn)折射定律。1675年牛頓做光的色散實驗。1678年惠更斯（荷蘭人）首創(chuàng)波動學說。1801年楊格（英國人）發(fā)現(xiàn)光的干涉。1889年赫茲（德國人）發(fā)射電磁波。 幾何光學波動光學物理光學、應用光學、量子光學現(xiàn)代物理學5力學第一章物理學和力學電源自希臘文琥珀（elektron）。 17世紀：吉爾伯特（英國人）發(fā)現(xiàn)地磁。 18世紀：靜電、靜磁、庫侖定律。 1800年：伏打電池。 1820年：奧斯特發(fā)現(xiàn)電流產(chǎn)生磁。安培發(fā)現(xiàn)電流和磁場關系。 1

4、826年：歐姆發(fā)現(xiàn)歐姆定律。 1830年：亨利(美國人)發(fā)現(xiàn)變動的電流和感應電壓之關系。 1831年：法拉第(英國人) 發(fā)現(xiàn)電磁感應定律。 1864年：麥克斯韋提出麥克斯韋方程式(Maxwell quation)。 電磁學：6力學第一章物理學和力學近代物理學(兩大基石:量子力學及相對論) 二十世紀以后發(fā)展的物理稱為近代物理。 1900年普朗克(德國人)提出量子論，經(jīng)20多年發(fā)展成量子力學。 1905年愛因斯坦提出狹義相對論。 近代物理以研究對象作為分類依據(jù)基本粒子物理(elementary particle physics)原子核物理(nuclear physics)原子分子物理(atomic

5、 and molecular physics)凝聚態(tài)物理(condensed matter physics)表面物理(surface physics)等離子體物理(plasma physics) 7力學第一章物理學和力學物理學的發(fā)展對人類生活的影響 經(jīng)典物理學的影響力學：筷子、釘錘、板手、天平利用杠桿、輪軸、滑輪、螺旋等簡易機械。 鐘表利用擺振蕩的等時性。飛機利用流體力學。 光學：鏡子、車燈利用光反射。放大鏡、照相機利用光折射。望遠鏡、顯微鏡、投影機、攝影機、電影放映機綜合應用。 8熱學：用火烤熟食物、用火來驅(qū)逐野獸。冰箱、冷暖氣機、蒸汽機、內(nèi)燃機利用熱能與功相互轉換。溫度計利用熱脹冷縮。 電

6、磁學：發(fā)電廠利用電磁感應。洗衣機、電扇利用電能驅(qū)動馬達。電燈、電飯鍋、電熨斗利用電能轉換成熱能或光能。收音機、電視、無線電話、微波爐利用電磁波原理。 9力學第一章物理學和力學鐳射(Light Amplification by Stimulated Emission of Radation，簡稱LASER 激光) 利用原子能態(tài)躍遷核能發(fā)電利用原子核物理晶體管利用半導體物理超導體高溫、低溫超導對電腦、通信 、航天科技、宇宙探索的影響深遠。近代物理學的影響應用物理、理論物理、凝聚態(tài)、非線性物理等等10力學第一章物理學和力學1.2物理學科的美學特點“三性”簡潔性:1)物理模型: 質(zhì)點 ,剛體，間諧波等

7、2)光電效應: 截止頻率,逸出功,飽和電流,截止電壓,延遲時間,-愛因斯坦公式: mv2/2=h-A11力學第一章物理學和力學1)數(shù)學的抽象:1+1=22)普朗克黑體公式的誕生3)開普勒總結天體運動的普遍規(guī)律4)愛因斯坦-“統(tǒng)一場”理論普遍性：12力學第一章物理學和力學 所有力學規(guī)律的等價(伽利略)-所有物理規(guī)律的等價(愛氏)-非慣性系(引力場) :所有物理規(guī)律的等價-廣義相對論電磁場-微觀:強弱相互作用-統(tǒng)一場論狹義相對論慣性系愛因斯坦對“普遍性”的追求:13力學第一章物理學和力學對稱性：物理規(guī)律在某些變換下具有不變性。1)力學規(guī)律具有伽利略不變性；2)電磁理論及整個物理理論；3)愛氏的相對

8、論；14力學第一章物理學和力學1) 面對著名的邁克爾遜莫雷實驗結果：既然可以討論究竟有沒有絕對空間(以太)，那么也就可以討論究竟有沒有絕對時間；有沒有絕對的空間對時間的變化率絕對速度。2) 既然對于兩慣性系，所有力學規(guī)律都是等價的，那么對于兩慣系是否所有物理規(guī)律也是等價的？3) 對于兩個慣性系，所有力學規(guī)律經(jīng)伽利略變換是對稱的，那末同樣對于兩慣性系，所有物理規(guī)律要經(jīng)過什么樣的變換才也是對稱的呢？ 關于相對論，愛因斯坦是如何進行對稱性思維的呢？15力學第一章物理學和力學“If such a symmetry is indeed found, the question could still be

9、 raised whether there could not exist corresponding elementary particles exhibiting opposite symmetry ,such that in the broader sense there will still be overall right left symmetry.”“如果發(fā)現(xiàn)了這種不對稱，那么我們又要問，是否相應地還存在著另一種表象相反不對稱的基本粒子行為，從而在更廣泛的意義上，仍然保持著總的左右對稱?！?-李政道，楊振寧16力學第一章物理學和力學“三感”穩(wěn)定感(家園感):1）從笛卡兒的守恒觀-

10、牛頓的守恒定律-宇宙的有限-電荷，質(zhì)能的恒定-。使人深感物質(zhì)世界的實在、可知和穩(wěn)定。2）當愛因斯坦用絕對光速取代牛頓的絕對時空時，人們最終還是接受了,因為人們覺得這只不過是以一個絕對的“最快”替代了原來心目中的絕對“最大”。而“皈(歸)依” 尚存， “絕對”依舊。17力學第一章物理學和力學延伸感:1）伽利略的斜面思想實驗；2）牛頓的萬有引力；3）任一熱循環(huán)分解成無數(shù)個卡諾循環(huán): 熵4）無數(shù)子波合成-惠更斯原理奇妙的光速18力學第一章物理學和力學節(jié)奏(層次)感:1）“死亡意味著什么?” 愛因斯坦脫口而出：“意味著再也聽不見莫扎特的音樂了”。2）把握大自然的脈搏，振動與波是物質(zhì)世界的基本存在方式。

11、3）玻爾的氫原子鐠線圖(層次)，的人物關系樹圖。4）電子在一維勢井里運動，在幾率大處有節(jié)奏地停頓。 尤如跳三步舞。19力學第一章物理學和力學李薩如圖形玻爾的氫原子譜線圖20力學第一章物理學和力學1.3時間和長度的計量1.4單位制和量綱1.5數(shù)量級的估計1.6參考系坐標系與時間坐標軸自學21力學第一章物理學和力學1.7力學-學習物理學的開始什么是力學？物體的空間位形隨時間的變化，包括靜止、移動、轉動、振動、變形、流動、波動、擴散等。力學 研究物質(zhì)機械運動規(guī)律的科學。22力學第一章物理學和力學力學的研究方法工程問題力學模型數(shù)學模型分析計算符合實際 ？ 結束是否力學知識工程經(jīng)驗力學知識力學知識數(shù)學工

12、具23力學第一章物理學和力學力學模型質(zhì)點當所研究的物體運動范圍遠遠超過其本身的幾何尺寸時，物體的形狀和大小對運動的影響很小，這時可以將其抽象為只有質(zhì)量而無體積的質(zhì)點。質(zhì)點系包括質(zhì)點、剛體、彈塑性體和流體等。剛體是質(zhì)點間距離始終保持不變的質(zhì)點系。剛體是抽象的力學模型。真實物體受力以后都會變形，當物體的變形和運動尺度相比小的多時，則可簡化為剛體。24力學第一章物理學和力學研究飛機的運動軌跡時，飛機可視為質(zhì)點25力學第一章物理學和力學研究衛(wèi)星運動軌道時,衛(wèi)星可視為質(zhì)點；但研究衛(wèi)星姿態(tài)控制時，則不能視為質(zhì)點。26力學第一章物理學和力學力學學科學科分類一般力學 重點研究一般質(zhì)點系和剛體系固體力學 重點研

13、究固體流體力學 重點研究流體(液體和氣體) 屬于一般力學的有理論力學(狹義的)、分析力學、外彈道學、振動理論、剛體動力學、陀螺力學、運動穩(wěn)定性等；屬于固體力學的有材料力學、結構力學、彈性力學、塑性力學、斷裂力學等；流體力學是由早期的水力學和水動力學這兩個風格迥異的分支匯合而成，現(xiàn)在則有空氣動力學、氣體動力學、多相流體力學、滲流力學、非牛頓流體力學等分支。各分支學科間的交叉結果又產(chǎn)生粘彈性理論、流變學、氣動彈性力學等。 學科的性質(zhì) 力學是一門基礎學科 力學又是一門技術學科 力學是橫跨理工的橋梁！27力學第一章物理學和力學力學的應用 航天工程（神州五號）28力學第一章物理學和力學力學的應用 航天工程航天清華一號小衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)號航天飛機29力學第一章物理學和力學力學的應用 航空工程30力學第一章物理學和力學力學的應用機械工程超導懸浮31力學第一章物理學和力學力學的應用土木工程上海南浦大橋32力學第一章物理學和力學力學的應用土木工程高層建筑與大型橋梁 浦 東 開 發(fā) 區(qū)“雙子星”(“911”事