0-1大學(xué)物理-緒論課件

課程要求要求記筆記（特別是補(bǔ)充內(nèi)容）課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)、獨(dú)立完成作業(yè)（整潔）成績(jī)：(考勤+平時(shí)+作業(yè))+實(shí)驗(yàn)+考試克服畏難情緒，多想多問(wèn)，培養(yǎng)自學(xué)能力辦公室：1#實(shí)訓(xùn)樓B303左室靠門(mén)課程要求要求記筆記（特別是補(bǔ)充內(nèi)容）1NCIT大學(xué)物理NCIT大學(xué)物理2*明確為什么學(xué)？學(xué)什么？怎樣學(xué)？課程介紹*了解物質(zhì)世界的整體圖象。物質(zhì)世界緒論*獲得學(xué)習(xí)“大學(xué)物理”的自覺(jué)意識(shí)和較高的起點(diǎn)。

目的：*明確為什么學(xué)？學(xué)什么？怎樣學(xué)？課程介紹*了解物質(zhì)世界的3

請(qǐng)?jiān)试S我說(shuō)明我講這門(mén)課的主要目的。我的目的不是教你們?nèi)绾螒?yīng)付考試，甚至不是讓你們掌握這些知識(shí)，以便更好地為今后你們面臨的工業(yè)或軍事工作服務(wù)。我最希望的是，你們能夠像真正的物理學(xué)家一樣，欣賞到這個(gè)世界的美妙。物理學(xué)家們看待這個(gè)世界的方式，我相信，是這個(gè)現(xiàn)代化時(shí)代真正文化內(nèi)涵的主要部分。也許你們學(xué)會(huì)的不僅僅是如何欣賞這種文化，甚至也愿意參加到這個(gè)人類思想誕生以來(lái)最偉大的探索中來(lái)。

－－－理查德.費(fèi)曼R.P.Feynman（1918－1988）美國(guó)物理學(xué)家，諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者課程介紹請(qǐng)?jiān)试S我說(shuō)明我講這門(mén)課的主要目的。我的目的不是教你4一.為什么要學(xué)習(xí)“大學(xué)物理”？物理學(xué):研究物質(zhì)世界的基本結(jié)構(gòu)、基本相互作用和最普遍的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。是一切自然科學(xué)和工程技術(shù)的基礎(chǔ)。

物理書(shū)都充滿了復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式?？墒撬枷爰袄砟?，而非公式，才是每一物理理論的開(kāi)端。

－－愛(ài)因斯坦

《物理學(xué)的進(jìn)化》一.為什么要學(xué)習(xí)“大學(xué)物理”？物理學(xué):物理書(shū)都5雷電人體帶電后頭發(fā)豎起、散開(kāi)在物質(zhì)世界中，有多姿的物理現(xiàn)象，在實(shí)驗(yàn)里有精彩的實(shí)驗(yàn)。看一看物理知識(shí)是多么廣博，多么有用，又多么有趣。NCIT火箭發(fā)射

物理無(wú)處不在

人人離不開(kāi)物理

雷電人體帶電后頭發(fā)在物質(zhì)世界中，61.獲得生活、學(xué)習(xí)、工作所需的知識(shí)和技能。2.開(kāi)啟智慧，獲得科學(xué)思想、科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法的熏陶和培養(yǎng)。載體不僅僅是為后續(xù)課服務(wù)不僅僅是為專業(yè)服務(wù)立足于提高自身科學(xué)素質(zhì)，有益于終身學(xué)習(xí)和發(fā)展學(xué)習(xí)目的：定位：1.獲得生活、學(xué)習(xí)、工作所需的知識(shí)和技能。載體不僅僅是為后續(xù)7為什么要提高工科學(xué)生的科學(xué)（物理）素質(zhì)？根本原因：物理學(xué)與工程技術(shù)的關(guān)系*第一次工業(yè)革命（17～18世紀(jì)）：建立在牛頓力學(xué)和熱力學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上，其標(biāo)志是以蒸汽機(jī)為代表的一系列機(jī)械的產(chǎn)生和應(yīng)用。

*第二次工業(yè)革命（19世紀(jì)）：建立在電磁理論發(fā)展的基礎(chǔ)上，其標(biāo)志是發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、電訊設(shè)備的出現(xiàn)和應(yīng)用。*第三次工業(yè)革命（20世紀(jì)）：建立在相對(duì)論和量子力學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上，其標(biāo)志是以信息技術(shù)為代表的一系列新學(xué)科、新材料、新能源、新技術(shù)的興起和發(fā)展。為什么要提高工科學(xué)生的科學(xué)（物理）素質(zhì)？根本原因：物理學(xué)與工8物理學(xué)與技術(shù)關(guān)系的兩種模式*技術(shù)物理技術(shù)（典型例子：熱學(xué)）*物理技術(shù)物理（典型例子：電磁學(xué)）在現(xiàn)代社會(huì)中主要以第二種方式進(jìn)行。[例]計(jì)算機(jī)技術(shù)、激光技術(shù)、核技術(shù)、空間技術(shù)……其基礎(chǔ)正是過(guò)去大半個(gè)世紀(jì)的現(xiàn)代物理學(xué)的研究成果。時(shí)間典型事件及意義1593年伽利略利用空氣熱脹冷縮的性質(zhì)，制成了溫度計(jì)的雛形

1695年法國(guó)人巴本第一個(gè)發(fā)明蒸汽機(jī)，但操作不便，不安全。1705年鈕科門(mén)和科里制造了新蒸汽機(jī)1744年~1780年溫度、熱量、熱容量、潛熱等一系列概念形成1769年英國(guó)技工瓦特加了冷凝器使蒸汽機(jī)運(yùn)作變連續(xù)，導(dǎo)致了歐洲的工業(yè)革命時(shí)間典型事件及意義代表人物公元前七世紀(jì)發(fā)現(xiàn)磁石管子(中國(guó))

thale(泰勒斯

希臘)公元前二世紀(jì)靜電吸引西漢初年1600年《地磁論》論述磁并導(dǎo)入“電的”electricWilliamGilbert(吉爾伯特)

英國(guó)女王的御臣1747年電荷守恒定律

（正,負(fù)電的引入）BenjamimFranktin

(富蘭克林

美國(guó))1785年庫(kù)侖定律

電磁學(xué)進(jìn)入科學(xué)行列CharlesAugustedeCoulom

(庫(kù)侖

法國(guó))1820年電流的磁效應(yīng)

（電產(chǎn)生磁）

安培分子電流說(shuō)

畢奧-薩伐爾定律HansChanstanOersted

(奧斯特

丹麥)

AndreMarieAmpere

(安培

法國(guó))

Jean-BaptuteBiot,FelixSavart

(畢奧，薩伐爾)1826年歐姆定律GeorgSimonohm(歐姆)1831年電磁感應(yīng)現(xiàn)象

（磁產(chǎn)生電）MichaelFaraday

(法拉第

英國(guó))1865年麥克斯韋方程組

建立了電磁學(xué)理論，

預(yù)言了電磁波Maxwell(麥克斯韋)1888年實(shí)驗(yàn)證實(shí)電磁波存在HeinrichHertz

(赫茲

德國(guó))物理學(xué)與技術(shù)關(guān)系的兩種模式*技術(shù)物理9電子和信息技術(shù)的物理基礎(chǔ)1925年量子力學(xué)建立1926年Fermi-Dirac統(tǒng)計(jì)法提出1929年能帶理論提出并得到證實(shí)，從理論上解釋了導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體的性質(zhì)和區(qū)別；

Fermi面概念及其可測(cè)量的提出1947年發(fā)明晶體管

（肖克萊、巴丁、布拉頓獲1956年諾貝爾物理獎(jiǎng)）1957年建立Fermi面編目1962年制成集成電路（IC）

1965年摩爾定律：芯片容量每18－24個(gè)月翻番。70年代末大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路（VLIC）電子和信息技術(shù)的物理基礎(chǔ)1925年量子力學(xué)建立10直接從各分支物理實(shí)驗(yàn)室移植到工業(yè)上的新技術(shù)納米（）技術(shù)皮秒（）技術(shù)超導(dǎo)技術(shù)…...IBM公司構(gòu)成的鉑片表面的“一氧化碳人”身高5納米。物理學(xué)提供科學(xué)原理指導(dǎo)技術(shù)路線的選擇和技術(shù)方案的改進(jìn)培養(yǎng)技術(shù)人員的科學(xué)品格和創(chuàng)新能力，使其眼光遠(yuǎn)，層次高，后勁足全世界工科大學(xué)無(wú)一例外將物理作為重要基礎(chǔ)課直接從各分支物理實(shí)驗(yàn)室移植到工業(yè)上的新技術(shù)納米（11

物理學(xué)的研究成果和研究方法直接影響和推動(dòng)著其它學(xué)科的發(fā)展。

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)圖兩個(gè)物理學(xué)家一個(gè)生物學(xué)家一個(gè)化學(xué)家1962年獲諾貝爾獎(jiǎng)NCIT1953年，克里克、威爾金斯發(fā)表論文，DNA結(jié)構(gòu)首次誕生。物理學(xué)的研究成果和研究方法直接影響和推動(dòng)著其12

高新技術(shù)如空間技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、微電子技術(shù)、激光技術(shù)等的發(fā)展都與物理學(xué)密不可分。NCIT高新技術(shù)如空間技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、微電子技術(shù)、激光技術(shù)等13NCIT

掃描隧道顯微鏡(STM)

被激光囚禁的伽原子云

1982年，國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司蘇黎世實(shí)驗(yàn)室的葛.賓尼博士和海.羅雷爾博士及其同事們共同研制成功了世界第一臺(tái)新型的表面分析儀器——STM。（應(yīng)用隧道效應(yīng)的顯微鏡）NCIT掃描隧道顯微鏡(STM)被激光囚禁的伽原14單原子拼成的漢字NCIT

STM——操縱原子不是夢(mèng)

它使人類第一次能夠?qū)崟r(shí)地觀察單個(gè)原子物質(zhì)表面的排列狀態(tài)和與表面電子行為有關(guān)的物理、化學(xué)性質(zhì)，被國(guó)際公認(rèn)為80年代世界十大科技成就之一。1986年，賓尼博士和羅雷爾與發(fā)明電子顯微鏡的魯斯卡獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。單原子拼成的漢字NCITSTM——操縱原子不是夢(mèng)15

在溫度4K、超高真空的條件下，在清潔的單晶Cu表面蒸鍍一層Fe原子然后用掃描隧道顯微鏡針尖操作，讓48個(gè)Fe原子圍成一個(gè)半徑為713nm的圓圈——“量子圍欄”。NCIT

掃描隧道顯微鏡(STM)在溫度4K、超高真空的條件下，在清潔的單晶16二.學(xué)什么？知識(shí)、方法、科學(xué)觀念“物”——物質(zhì)世界“理”——普遍規(guī)律1.學(xué)習(xí)物理知識(shí)要注意整體性、發(fā)展性和遷移性。整體性注意掌握知識(shí)的結(jié)構(gòu)和聯(lián)系形成物質(zhì)世界的整體物理圖象避免：只見(jiàn)樹(shù)木，不見(jiàn)森林。只得到一堆支離破碎的公式。二.學(xué)什么？知識(shí)、方法、科學(xué)觀念“物”——物質(zhì)世界“理”17場(chǎng)物質(zhì)的形態(tài)：實(shí)物運(yùn)動(dòng)的形式：機(jī)械運(yùn)動(dòng)分子熱運(yùn)動(dòng)電磁運(yùn)動(dòng)量子運(yùn)動(dòng)這些是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)最基本、最普遍的運(yùn)動(dòng)形式NCIT物質(zhì)世界場(chǎng)物質(zhì)的形態(tài)：實(shí)物運(yùn)動(dòng)的形式：機(jī)械運(yùn)動(dòng)分子熱運(yùn)動(dòng)電磁18物理學(xué)是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的科學(xué)

物理學(xué)有許多分支學(xué)科，如力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、量子力學(xué)、凝聚態(tài)物理學(xué)、粒子物理學(xué)(高能物理)等等。物理學(xué)的研究范圍是非常廣闊的。銀河系現(xiàn)代的標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型告訴我們，宇宙是在一百多億年前的一次大爆炸中誕生的。以s（秒）為單位，宇宙的年齡約為1018s的數(shù)量級(jí)。1.從時(shí)間尺度來(lái)看NCIT物理學(xué)是研究物理學(xué)有許多分支學(xué)科，如力學(xué)、19NCITNCIT20共計(jì)跨越了45個(gè)數(shù)量級(jí)宇宙年齡：

150億年生命的誕生：約40億年人類：300萬(wàn)年（1014s）中間玻色子壽命：10－24s地球年齡:大爆炸時(shí)間跨45個(gè)數(shù)量級(jí)

硬射線的周期是10–27S。共計(jì)跨越了45個(gè)數(shù)量級(jí)宇宙年齡：150億年生命的誕生：21

2.從空間尺度來(lái)看跨越了42~43個(gè)數(shù)量級(jí)粒子物理學(xué)的研究對(duì)象，數(shù)量級(jí)約為10-15

m。目前最活躍的交叉學(xué)科生物物理學(xué)研究的生物大分子，數(shù)量級(jí)為10-7～10-4m。當(dāng)前人類所認(rèn)識(shí)的宇宙，最遠(yuǎn)的觀察極限數(shù)量級(jí)為1026~1027m。宇觀宏觀微觀NCIT2.從空間尺度來(lái)看跨越了42~43個(gè)數(shù)量級(jí)粒子物理22注意提高應(yīng)用物理知識(shí)理解、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。遷移性

發(fā)展獨(dú)立思考和獨(dú)立判斷的一般能力，應(yīng)該始終放在首位，而不應(yīng)當(dāng)把獲得專業(yè)知識(shí)放在首位。如果一個(gè)人掌握了他的學(xué)科的基礎(chǔ)理論，并且學(xué)會(huì)了獨(dú)立地思考和工作，他必定會(huì)找到他自己的道路，而且比起那種主要以獲得細(xì)節(jié)知識(shí)為其培養(yǎng)內(nèi)容的人來(lái)說(shuō)，他一定會(huì)更好地適應(yīng)進(jìn)步與變化。

——阿爾伯特.愛(ài)因斯坦

德裔（美）愛(ài)因斯坦(1879-1955)注意提高應(yīng)用物理知識(shí)理解、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。遷移性231、萌芽時(shí)期：物理學(xué)的發(fā)展墨翟沈括哥白尼德謨克利特（約前460～前370）古希臘哲學(xué)家，原子唯物論的創(chuàng)立者之一。他認(rèn)為，萬(wàn)物的本原是原子和虛空。原子是不可再分的物質(zhì)微粒，虛空是原子運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)所。

《

墨經(jīng)》《夢(mèng)溪筆談》《天體運(yùn)行論》1、萌芽時(shí)期：物理學(xué)的發(fā)展墨翟沈括哥白尼242、經(jīng)典物理學(xué)：經(jīng)典力學(xué)開(kāi)普勒，伽利略，牛頓1606-1619年開(kāi)普勒總結(jié)出行星運(yùn)動(dòng)三大定律1632年伽利略《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對(duì)話》1638年伽利略《兩門(mén)新科學(xué)》1687年牛頓《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》2、經(jīng)典物理學(xué)：經(jīng)典力學(xué)開(kāi)普勒，伽利略，牛頓1606-16125

熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理熱力學(xué)基礎(chǔ)

統(tǒng)計(jì)物理焦耳，邁爾，開(kāi)爾文

，克勞修斯波耳茲曼吉布斯電磁學(xué)

庫(kù)侖，法拉第，麥克斯韋，赫茲1873年

麥克斯韋《電學(xué)磁學(xué)論》

熱力學(xué)熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物焦耳，邁爾，波耳茲曼263、現(xiàn)代物理學(xué)：⑴

現(xiàn)代物理學(xué)基礎(chǔ)：舊量子論普朗克狹義相對(duì)論愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論愛(ài)因斯坦1900年普朗克舊量子論誕生

1905年愛(ài)因斯坦《狹義相對(duì)論》《光量子假設(shè)》

《論運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)力學(xué)》

《物體的慣性同它所含的能量有關(guān)嗎》

1916年愛(ài)因斯坦《廣義相對(duì)論》3、現(xiàn)代物理學(xué)：⑴現(xiàn)代物理學(xué)基礎(chǔ)：舊量子論普朗克狹義相對(duì)論27量子力學(xué)薛定諤海森堡薛定諤波爾德布羅意海森堡1925年薛定諤《波動(dòng)力學(xué)》

海森堡《矩陣力學(xué)》量子力學(xué)薛定諤海森堡薛定諤波爾德布羅意海森堡1925年28⑵現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展：粒子物理學(xué)原子核物理學(xué)原子與分子物理學(xué)凝聚態(tài)物理學(xué)等離子體物理天體物理學(xué)生物物理等等物理學(xué)的研究正向很小、很大、很復(fù)雜這三個(gè)方向發(fā)展

⑵現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展：粒子物理學(xué)原子核物理學(xué)原子與分子物理學(xué)29

物理學(xué)的兩個(gè)前沿：粒子物理學(xué)和天體物理學(xué)

NCIT人們從自己向小尺度追問(wèn)以探索物質(zhì)的組成物理學(xué)上對(duì)應(yīng)粒子物理學(xué)（高能物理學(xué)）研究比原子核更深層次的微觀世界中物質(zhì)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)以及在很高能量（GeV,109eV）下這些物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象和產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因與規(guī)律。物理學(xué)的兩個(gè)前沿：NCIT人們從自己向小尺度追問(wèn)30

研究質(zhì)子、中子、電子和光子等微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的物理學(xué)是粒子物理。中國(guó)北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)，用來(lái)探索微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究質(zhì)子、中子、電子和光子等微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律31北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（BEPC）的正電子源1988年建成，1992年成果：將子質(zhì)量測(cè)量精度提高10倍2003年：發(fā)現(xiàn)新粒子2004年：國(guó)家投入6.4億元改造，搭建通向諾貝爾獎(jiǎng)平臺(tái)夸克包括下、上、奇異、粲、底、頂６種。輕子也有６種，即電子、電子中微子、μ子（繆子）、μ子中微子、τ子（陶子）和τ子中微子。北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（BEPC）的正電子源1988年建成，夸克32

但近來(lái)有消息稱：quark

也可一分為二目前物理學(xué)界公認(rèn)組成物質(zhì)的最小單元是夸克（quark

），即認(rèn)為quark沒(méi)有內(nèi)部結(jié)構(gòu)。認(rèn)識(shí)無(wú)止境說(shuō)明

六十-七十年代建立夸克理論。將夸克分為“六味”,即：上夸克u；下夸克d；奇異夸克s；粲夸克c；底夸克b；頂夸克t。除了有味,夸克還有三種“顏色”，共18種夸克。但近來(lái)有消息稱：quark也可一分為二目前物理學(xué)界公認(rèn)組33人們從自己向大尺度追問(wèn)以探索宇宙的奧秘宇宙學(xué)是以量子論、相對(duì)論、原子核物理學(xué)和粒子物理學(xué)等為理論武器，以大口徑光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和射電、紅外、紫外、X射線等技術(shù)以及空間探測(cè)器等為手段，研究宇宙的歷史、現(xiàn)狀和未來(lái)。物理學(xué)上對(duì)應(yīng)宇宙學(xué)人們從自己向大尺度追問(wèn)以探索宇宙的奧秘宇宙學(xué)是以量子論、相34

五、物理學(xué)的研究方法實(shí)驗(yàn)——理論——實(shí)驗(yàn)——新的理論1、通過(guò)觀察、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)模擬得到事實(shí)和數(shù)據(jù)2、用已知的可用的原理分析事實(shí)和數(shù)據(jù)3、形成假說(shuō)和理論解釋事實(shí)4、預(yù)言新的事實(shí)和結(jié)果觀察、實(shí)驗(yàn)、模擬、演繹、歸納、分析、綜合、類比、理想化、假說(shuō)……五、物理學(xué)的研究方法實(shí)驗(yàn)——理論——實(shí)驗(yàn)——新的35六、物理學(xué)與物理學(xué)人才錢(qián)偉長(zhǎng)“9.18”后，科學(xué)救國(guó)熱潮，大量學(xué)生要求學(xué)物理。物理系主任吳有訓(xùn)：一年級(jí)數(shù)學(xué)、物理、微積分考70可到物理系試讀。錢(qián)偉長(zhǎng)連續(xù)7周考試不及格。清華入學(xué)成績(jī)：中文、歷史各100數(shù)、理（5）、化、英四門(mén)共25NCIT六、物理學(xué)與物理學(xué)人才錢(qián)偉長(zhǎng)“9.18”36吳有訓(xùn)告訴錢(qián)偉長(zhǎng)：1、不能背，要學(xué)懂2、把不懂的記下來(lái)，每天看看弄懂多少。NCIT不懂的問(wèn)題有三類：1、沒(méi)人懂2、現(xiàn)在不懂，將來(lái)會(huì)懂3、不需要懂只要有恒心、有信心一就定能學(xué)好吳有訓(xùn)告訴錢(qián)偉長(zhǎng)：NCIT不懂的問(wèn)題有三類37課程要求要求記筆記（特別是補(bǔ)充內(nèi)容）課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)、獨(dú)立完成作業(yè)（整潔）成績(jī)：(考勤+平時(shí)+作業(yè))+實(shí)驗(yàn)+考試克服畏難情緒，多想多問(wèn)，培養(yǎng)自學(xué)能力辦公室：1#實(shí)訓(xùn)樓B303左室靠門(mén)課程要求要求記筆記（特別是補(bǔ)充內(nèi)容）38NCIT大學(xué)物理NCIT大學(xué)物理39*明確為什么學(xué)？學(xué)什么？怎樣學(xué)？課程介紹*了解物質(zhì)世界的整體圖象。物質(zhì)世界緒論*獲得學(xué)習(xí)“大學(xué)物理”的自覺(jué)意識(shí)和較高的起點(diǎn)。

目的：*明確為什么學(xué)？學(xué)什么？怎樣學(xué)？課程介紹*了解物質(zhì)世界的40

請(qǐng)?jiān)试S我說(shuō)明我講這門(mén)課的主要目的。我的目的不是教你們?nèi)绾螒?yīng)付考試，甚至不是讓你們掌握這些知識(shí)，以便更好地為今后你們面臨的工業(yè)或軍事工作服務(wù)。我最希望的是，你們能夠像真正的物理學(xué)家一樣，欣賞到這個(gè)世界的美妙。物理學(xué)家們看待這個(gè)世界的方式，我相信，是這個(gè)現(xiàn)代化時(shí)代真正文化內(nèi)涵的主要部分。也許你們學(xué)會(huì)的不僅僅是如何欣賞這種文化，甚至也愿意參加到這個(gè)人類思想誕生以來(lái)最偉大的探索中來(lái)。

－－－理查德.費(fèi)曼R.P.Feynman（1918－1988）美國(guó)物理學(xué)家，諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者課程介紹請(qǐng)?jiān)试S我說(shuō)明我講這門(mén)課的主要目的。我的目的不是教你41一.為什么要學(xué)習(xí)“大學(xué)物理”？物理學(xué):研究物質(zhì)世界的基本結(jié)構(gòu)、基本相互作用和最普遍的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。是一切自然科學(xué)和工程技術(shù)的基礎(chǔ)。

物理書(shū)都充滿了復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式?？墒撬枷爰袄砟?，而非公式，才是每一物理理論的開(kāi)端。

－－愛(ài)因斯坦

《物理學(xué)的進(jìn)化》一.為什么要學(xué)習(xí)“大學(xué)物理”？物理學(xué):物理書(shū)都42雷電人體帶電后頭發(fā)豎起、散開(kāi)在物質(zhì)世界中，有多姿的物理現(xiàn)象，在實(shí)驗(yàn)里有精彩的實(shí)驗(yàn)。看一看物理知識(shí)是多么廣博，多么有用，又多么有趣。NCIT火箭發(fā)射

物理無(wú)處不在

人人離不開(kāi)物理

雷電人體帶電后頭發(fā)在物質(zhì)世界中，431.獲得生活、學(xué)習(xí)、工作所需的知識(shí)和技能。2.開(kāi)啟智慧，獲得科學(xué)思想、科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法的熏陶和培養(yǎng)。載體不僅僅是為后續(xù)課服務(wù)不僅僅是為專業(yè)服務(wù)立足于提高自身科學(xué)素質(zhì)，有益于終身學(xué)習(xí)和發(fā)展學(xué)習(xí)目的：定位：1.獲得生活、學(xué)習(xí)、工作所需的知識(shí)和技能。載體不僅僅是為后續(xù)44為什么要提高工科學(xué)生的科學(xué)（物理）素質(zhì)？根本原因：物理學(xué)與工程技術(shù)的關(guān)系*第一次工業(yè)革命（17～18世紀(jì)）：建立在牛頓力學(xué)和熱力學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上，其標(biāo)志是以蒸汽機(jī)為代表的一系列機(jī)械的產(chǎn)生和應(yīng)用。

*第二次工業(yè)革命（19世紀(jì)）：建立在電磁理論發(fā)展的基礎(chǔ)上，其標(biāo)志是發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、電訊設(shè)備的出現(xiàn)和應(yīng)用。*第三次工業(yè)革命（20世紀(jì)）：建立在相對(duì)論和量子力學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上，其標(biāo)志是以信息技術(shù)為代表的一系列新學(xué)科、新材料、新能源、新技術(shù)的興起和發(fā)展。為什么要提高工科學(xué)生的科學(xué)（物理）素質(zhì)？根本原因：物理學(xué)與工45物理學(xué)與技術(shù)關(guān)系的兩種模式*技術(shù)物理技術(shù)（典型例子：熱學(xué)）*物理技術(shù)物理（典型例子：電磁學(xué)）在現(xiàn)代社會(huì)中主要以第二種方式進(jìn)行。[例]計(jì)算機(jī)技術(shù)、激光技術(shù)、核技術(shù)、空間技術(shù)……其基礎(chǔ)正是過(guò)去大半個(gè)世紀(jì)的現(xiàn)代物理學(xué)的研究成果。時(shí)間典型事件及意義1593年伽利略利用空氣熱脹冷縮的性質(zhì)，制成了溫度計(jì)的雛形

1695年法國(guó)人巴本第一個(gè)發(fā)明蒸汽機(jī)，但操作不便，不安全。1705年鈕科門(mén)和科里制造了新蒸汽機(jī)1744年~1780年溫度、熱量、熱容量、潛熱等一系列概念形成1769年英國(guó)技工瓦特加了冷凝器使蒸汽機(jī)運(yùn)作變連續(xù)，導(dǎo)致了歐洲的工業(yè)革命時(shí)間典型事件及意義代表人物公元前七世紀(jì)發(fā)現(xiàn)磁石管子(中國(guó))

thale(泰勒斯

希臘)公元前二世紀(jì)靜電吸引西漢初年1600年《地磁論》論述磁并導(dǎo)入“電的”electricWilliamGilbert(吉爾伯特)

英國(guó)女王的御臣1747年電荷守恒定律

（正,負(fù)電的引入）BenjamimFranktin

(富蘭克林

美國(guó))1785年庫(kù)侖定律

電磁學(xué)進(jìn)入科學(xué)行列CharlesAugustedeCoulom

(庫(kù)侖

法國(guó))1820年電流的磁效應(yīng)

（電產(chǎn)生磁）

安培分子電流說(shuō)

畢奧-薩伐爾定律HansChanstanOersted

(奧斯特

丹麥)

AndreMarieAmpere

(安培

法國(guó))

Jean-BaptuteBiot,FelixSavart

(畢奧，薩伐爾)1826年歐姆定律GeorgSimonohm(歐姆)1831年電磁感應(yīng)現(xiàn)象

（磁產(chǎn)生電）MichaelFaraday

(法拉第

英國(guó))1865年麥克斯韋方程組

建立了電磁學(xué)理論，

預(yù)言了電磁波Maxwell(麥克斯韋)1888年實(shí)驗(yàn)證實(shí)電磁波存在HeinrichHertz

(赫茲

德國(guó))物理學(xué)與技術(shù)關(guān)系的兩種模式*技術(shù)物理46電子和信息技術(shù)的物理基礎(chǔ)1925年量子力學(xué)建立1926年Fermi-Dirac統(tǒng)計(jì)法提出1929年能帶理論提出并得到證實(shí)，從理論上解釋了導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體的性質(zhì)和區(qū)別；

Fermi面概念及其可測(cè)量的提出1947年發(fā)明晶體管

（肖克萊、巴丁、布拉頓獲1956年諾貝爾物理獎(jiǎng)）1957年建立Fermi面編目1962年制成集成電路（IC）

1965年摩爾定律：芯片容量每18－24個(gè)月翻番。70年代末大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路（VLIC）電子和信息技術(shù)的物理基礎(chǔ)1925年量子力學(xué)建立47直接從各分支物理實(shí)驗(yàn)室移植到工業(yè)上的新技術(shù)納米（）技術(shù)皮秒（）技術(shù)超導(dǎo)技術(shù)…...IBM公司構(gòu)成的鉑片表面的“一氧化碳人”身高5納米。物理學(xué)提供科學(xué)原理指導(dǎo)技術(shù)路線的選擇和技術(shù)方案的改進(jìn)培養(yǎng)技術(shù)人員的科學(xué)品格和創(chuàng)新能力，使其眼光遠(yuǎn)，層次高，后勁足全世界工科大學(xué)無(wú)一例外將物理作為重要基礎(chǔ)課直接從各分支物理實(shí)驗(yàn)室移植到工業(yè)上的新技術(shù)納米（48

物理學(xué)的研究成果和研究方法直接影響和推動(dòng)著其它學(xué)科的發(fā)展。

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)圖兩個(gè)物理學(xué)家一個(gè)生物學(xué)家一個(gè)化學(xué)家1962年獲諾貝爾獎(jiǎng)NCIT1953年，克里克、威爾金斯發(fā)表論文，DNA結(jié)構(gòu)首次誕生。物理學(xué)的研究成果和研究方法直接影響和推動(dòng)著其49

高新技術(shù)如空間技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、微電子技術(shù)、激光技術(shù)等的發(fā)展都與物理學(xué)密不可分。NCIT高新技術(shù)如空間技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、微電子技術(shù)、激光技術(shù)等50NCIT

掃描隧道顯微鏡(STM)

被激光囚禁的伽原子云

1982年，國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司蘇黎世實(shí)驗(yàn)室的葛.賓尼博士和海.羅雷爾博士及其同事們共同研制成功了世界第一臺(tái)新型的表面分析儀器——STM。（應(yīng)用隧道效應(yīng)的顯微鏡）NCIT掃描隧道顯微鏡(STM)被激光囚禁的伽原51單原子拼成的漢字NCIT

STM——操縱原子不是夢(mèng)

它使人類第一次能夠?qū)崟r(shí)地觀察單個(gè)原子物質(zhì)表面的排列狀態(tài)和與表面電子行為有關(guān)的物理、化學(xué)性質(zhì)，被國(guó)際公認(rèn)為80年代世界十大科技成就之一。1986年，賓尼博士和羅雷爾與發(fā)明電子顯微鏡的魯斯卡獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。單原子拼成的漢字NCITSTM——操縱原子不是夢(mèng)52

在溫度4K、超高真空的條件下，在清潔的單晶Cu表面蒸鍍一層Fe原子然后用掃描隧道顯微鏡針尖操作，讓48個(gè)Fe原子圍成一個(gè)半徑為713nm的圓圈——“量子圍欄”。NCIT

掃描隧道顯微鏡(STM)在溫度4K、超高真空的條件下，在清潔的單晶53二.學(xué)什么？知識(shí)、方法、科學(xué)觀念“物”——物質(zhì)世界“理”——普遍規(guī)律1.學(xué)習(xí)物理知識(shí)要注意整體性、發(fā)展性和遷移性。整體性注意掌握知識(shí)的結(jié)構(gòu)和聯(lián)系形成物質(zhì)世界的整體物理圖象避免：只見(jiàn)樹(shù)木，不見(jiàn)森林。只得到一堆支離破碎的公式。二.學(xué)什么？知識(shí)、方法、科學(xué)觀念“物”——物質(zhì)世界“理”54場(chǎng)物質(zhì)的形態(tài)：實(shí)物運(yùn)動(dòng)的形式：機(jī)械運(yùn)動(dòng)分子熱運(yùn)動(dòng)電磁運(yùn)動(dòng)量子運(yùn)動(dòng)這些是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)最基本、最普遍的運(yùn)動(dòng)形式NCIT物質(zhì)世界場(chǎng)物質(zhì)的形態(tài)：實(shí)物運(yùn)動(dòng)的形式：機(jī)械運(yùn)動(dòng)分子熱運(yùn)動(dòng)電磁55物理學(xué)是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的科學(xué)

物理學(xué)有許多分支學(xué)科，如力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、量子力學(xué)、凝聚態(tài)物理學(xué)、粒子物理學(xué)(高能物理)等等。物理學(xué)的研究范圍是非常廣闊的。銀河系現(xiàn)代的標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型告訴我們，宇宙是在一百多億年前的一次大爆炸中誕生的。以s（秒）為單位，宇宙的年齡約為1018s的數(shù)量級(jí)。1.從時(shí)間尺度來(lái)看NCIT物理學(xué)是研究物理學(xué)有許多分支學(xué)科，如力學(xué)、56NCITNCIT57共計(jì)跨越了45個(gè)數(shù)量級(jí)宇宙年齡：

150億年生命的誕生：約40億年人類：300萬(wàn)年（1014s）中間玻色子壽命：10－24s地球年齡:大爆炸時(shí)間跨45個(gè)數(shù)量級(jí)

硬射線的周期是10–27S。共計(jì)跨越了45個(gè)數(shù)量級(jí)宇宙年齡：150億年生命的誕生：58

2.從空間尺度來(lái)看跨越了42~43個(gè)數(shù)量級(jí)粒子物理學(xué)的研究對(duì)象，數(shù)量級(jí)約為10-15

m。目前最活躍的交叉學(xué)科生物物理學(xué)研究的生物大分子，數(shù)量級(jí)為10-7～10-4m。當(dāng)前人類所認(rèn)識(shí)的宇宙，最遠(yuǎn)的觀察極限數(shù)量級(jí)為1026~1027m。宇觀宏觀微觀NCIT2.從空間尺度來(lái)看跨越了42~43個(gè)數(shù)量級(jí)粒子物理59注意提高應(yīng)用物理知識(shí)理解、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。遷移性

發(fā)展獨(dú)立思考和獨(dú)立判斷的一般能力，應(yīng)該始終放在首位，而不應(yīng)當(dāng)把獲得專業(yè)知識(shí)放在首位。如果一個(gè)人掌握了他的學(xué)科的基礎(chǔ)理論，并且學(xué)會(huì)了獨(dú)立地思考和工作，他必定會(huì)找到他自己的道路，而且比起那種主要以獲得細(xì)節(jié)知識(shí)為其培養(yǎng)內(nèi)容的人來(lái)說(shuō)，他一定會(huì)更好地適應(yīng)進(jìn)步與變化。

——阿爾伯特.愛(ài)因斯坦

德裔（美）愛(ài)因斯坦(1879-1955)注意提高應(yīng)用物理知識(shí)理解、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。遷移性601、萌芽時(shí)期：物理學(xué)的發(fā)展墨翟沈括哥白尼德謨克利特（約前460～前370）古希臘哲學(xué)家，原子唯物論的創(chuàng)立者之一。他認(rèn)為，萬(wàn)物的本原是原子和虛空。原子是不可再分的物質(zhì)微粒，虛空是原子運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)所。

《

墨經(jīng)》《夢(mèng)溪筆談》《天體運(yùn)行論》1、萌芽時(shí)期：物理學(xué)的發(fā)展墨翟沈括哥白尼612、經(jīng)典物理學(xué)：經(jīng)典力學(xué)開(kāi)普勒，伽利略，牛頓1606-1619年開(kāi)普勒總結(jié)出行星運(yùn)動(dòng)三大定律1632年伽利略《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對(duì)話》1638年伽利略《兩門(mén)新科學(xué)》1687年牛頓《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》2、經(jīng)典物理學(xué)：經(jīng)典力學(xué)開(kāi)普勒，伽利略，牛頓1606-16162

熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理熱力學(xué)基礎(chǔ)

統(tǒng)計(jì)物理焦耳，邁爾，開(kāi)爾文

，克勞修斯波耳茲曼吉布斯電磁學(xué)

庫(kù)侖，法拉第，麥克斯韋，赫茲1873年

麥克斯韋《電學(xué)磁學(xué)論》

熱力學(xué)熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物焦耳，邁爾，波耳茲曼633、現(xiàn)代物理學(xué)：⑴

現(xiàn)代物理學(xué)基礎(chǔ)：舊量子論普朗克狹義相對(duì)論愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論愛(ài)因斯坦1900年普朗克舊量子論誕生

1905年愛(ài)因斯坦《狹義相對(duì)論》《光量子假設(shè)》

《論運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)力學(xué)》

《物體的慣性同它所含的能量有關(guān)嗎》

1916年愛(ài)因斯坦《廣義相對(duì)論》3、現(xiàn)代物理學(xué)：⑴現(xiàn)代物理學(xué)基礎(chǔ)：舊量子論普朗克狹義相對(duì)論64量子力學(xué)薛定諤海森堡薛定諤波爾德布羅意海森堡1925年薛定諤《波動(dòng)力學(xué)》

海森堡《矩陣力學(xué)》量子力學(xué)薛定諤海森堡薛定諤波爾德布羅意海森堡1925年65⑵現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展：粒子物理學(xué)原子核物理學(xué)原子與分子物理學(xué)凝聚態(tài)物理學(xué)等離子體物理天