物理學和力學

物理學和力學第一頁，共二十六頁，2022年，8月28日第一章物理學和力學沒有今日的基礎(chǔ)科學,就沒有明日的科技應(yīng)用,可以想象,我們現(xiàn)在的基礎(chǔ)科學將怎樣地影響21世紀的科技文明.——李政道物理學屬于基礎(chǔ)科學范疇,是一門素質(zhì)課,物理思想和物理方法是一個科學工作者靈感之所在,基礎(chǔ)之所在.力學——學習物理學的開始.第二頁，共二十六頁，2022年，8月28日§1.1發(fā)展著的物理學§1.1.1經(jīng)典物理學與現(xiàn)代物理學經(jīng)典物理學經(jīng)典力學經(jīng)典熱力學,經(jīng)典統(tǒng)計物理學經(jīng)典電磁學現(xiàn)代物理學基礎(chǔ)狹義相對論量子力學廣義相對論第三頁，共二十六頁，2022年，8月28日牛頓開普勒伽利略他們?yōu)榻?jīng)典力學的建立做出貢獻第四頁，共二十六頁，2022年，8月28日玻爾茲曼他們?yōu)榻?jīng)典熱力學統(tǒng)計物理的建立做出貢獻第五頁，共二十六頁，2022年，8月28日他們?yōu)榻?jīng)典電磁理論的建立做出貢獻第六頁，共二十六頁，2022年，8月28日

X射線、電子、放射性的發(fā)現(xiàn)，物理學的研究由宏觀轉(zhuǎn)向微觀.倫琴發(fā)現(xiàn)X射線發(fā)現(xiàn)電子發(fā)現(xiàn)放射性第七頁，共二十六頁，2022年，8月28日愛因斯坦他們奠定了現(xiàn)代物理學基礎(chǔ)第八頁，共二十六頁，2022年，8月28日§1.1.2微觀世界1914年盧瑟福發(fā)現(xiàn)射線,β射線,建立了原子有核模型.電子的發(fā)現(xiàn)，確認了原子是可分的，為探索原子結(jié)構(gòu)以及為探索更深層次的結(jié)構(gòu)開辟了道路.第九頁，共二十六頁，2022年，8月28日物質(zhì)是由輕子和夸克組成.輕子有電子、子、

子、電子中微子、子中微子和子中微子，每一種均有反粒子，共有12種.夸克有6種味，即上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克、底夸克和頂夸克.每種味又分紅、藍和綠3種色.粒子之間有四種基本相互作用：引力相互作用、電磁相互作用、弱相互作用和強相互作用.粒子之間的基本相互作用是通過交換某種粒子來傳遞的，即基本相互作用都是由媒介粒子傳遞的，這類媒介粒子統(tǒng)稱為規(guī)范玻色子.電磁力以光子為媒介，弱力的媒介為Z0和W±粒子，強力的媒介有8種顏色的膠子.第十頁，共二十六頁，2022年，8月28日§1.1.3宇宙的早期演化強子時代輕子時代輻射時代恒星星系形成直至現(xiàn)在0第十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日§1.1.4非線性系統(tǒng)的復雜行為一旦系統(tǒng)出現(xiàn)非線性,便可能呈現(xiàn)復雜行為.這種復雜行為有時會表現(xiàn)為規(guī)則的時空或功能有序,有時也會表現(xiàn)為貌似無序的序.復雜行為不僅能發(fā)生于物理和化學系統(tǒng),也能發(fā)生于生命和社會系統(tǒng).第十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日§1.2物理學科的特點一、物理學的研究方法和步驟修改理論理論預言研究的步驟實驗檢驗應(yīng)用提出命題(觀測、實驗、目的、原理)推測答案(模型、定性、定量、假說)二、物理學思維特點敢于想像善于歸納創(chuàng)設(shè)模型第十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日三、物理學與科學技術(shù)笫一次,開始于18世紀60年代,主要標志是蒸汽機的廣泛應(yīng)用,它是牛頓力學和熱力學發(fā)展的結(jié)果.笫二次,開始于19世紀70年代,主要標志是電力的廣泛應(yīng)用和無線電通訊的實現(xiàn),它是電磁學發(fā)展的結(jié)果.笫三次,開始于20世紀40年代的電腦、電信革命，也叫做“數(shù)字革命”.它是近代物理學發(fā)展的結(jié)果.科學解決理論問題，技術(shù)解決實際問題.發(fā)展模式技術(shù)－物理－技術(shù)物理－技術(shù)－物理第一次技術(shù)革命第二次技術(shù)革命第十四頁，共二十六頁，2022年，8月28日目前國際通用的時間單位是秒（s）.為提高精度，1967年國際計量大會決定采用原子的躍遷輻射作為計時標準,并規(guī)定銫--133原子基態(tài)的兩個超精細能級間躍遷相對應(yīng)的輻射的9192631770個周期的持續(xù)時間作為1s.這樣的原子標準稱為原子時.§1.3.1時間的計量一切周期運動都可用來量度時間.§1.3

時間和長度的測量第十五頁，共二十六頁，2022年，8月28日可用物體來計量長度.如古代測量長度常以人體的某部分作為單位和標準.近代的測量長度單位是在法國的米制單位發(fā)展起來的[規(guī)定通過巴黎的子午線的1/(1×107)為1m(米)].目前在國際單位制中長度的單位是米(m).在1983年國際計量大會規(guī)定:“1m為光在真空中傳播(1/299792458)s時間間隔內(nèi)所經(jīng)路徑的長度”.§1.3.2長度的計量第十六頁，共二十六頁，2022年，8月28日§1.4單位制和量綱物理學中,物理公式總是和一定的“單位制”相聯(lián)系,“單位制”就是各物理量間相互配套的一組單位.§1.4.1基本單位和導出單位基本單位：選定幾個物理量作為基本量,人為地規(guī)定 其單位，稱為基本單位制.導出單位：從基本量導出的量稱為導出量，其單位是基本單位的組合，稱為導出單位.根據(jù)同一規(guī)律寫出的公式，采用的單位不同，公式中出現(xiàn)的因子不同.第十七頁，共二十六頁，2022年，8月28日§1.4.2國際單位制(SI)基本量:長度質(zhì)量時間電流溫度物質(zhì)的量光強度單位:

mkgsAKmolcd導出量:速度加速度力動量…單位:

m/sm/s2Nkg·m/s…輔助單位:

平面角立體角單位：

radsr（球面度）輔助單位可以參與導出單位，如角速率rad/sSI詞頭：因為用很大單位測很小的量或用很小單位測很大的量都不方便，為使單位大小相濟，適應(yīng)不同問題的需要，在SI中規(guī)定了“SI詞頭”.如表1.3.第十八頁，共二十六頁，2022年，8月28日§1.4.3量綱式量綱：表示一個物理量由基本量的冪次組合的式子.基本量選定后,導出量的量綱可由基本量的量綱的組合而得.在國際單位制中,表示力學量A的量綱式為如：L為長度的量綱，M為質(zhì)量的量綱，T為時間的量綱.p、q、r為量綱指數(shù)

1.量綱速度的量綱加速度的量綱力的量綱圓心角的量綱第十九頁，共二十六頁，2022年，8月28日(3)為推導某些復雜公式提供線索.(1)用量綱檢查等式的正誤.因為只有量綱相同的量才能彼此相等，所以等式兩邊的量的量綱必須相同.(2)用量綱分析方程中比例系數(shù)的單位.2.應(yīng)用第二十頁，共二十六頁，2022年，8月28日§1.5數(shù)量級估計§1.5.1有效數(shù)字1.520有四位有效數(shù)字567.23有五位有效數(shù)字1.35cm有三位有效數(shù)字0.0135m有三位有效數(shù)字1.0035有五位有效數(shù)字1.000cm有四位有效數(shù)字注意：有效數(shù)字的位數(shù)與十進制單位的變換無關(guān),即與小數(shù)點的位置無關(guān).用以表示小數(shù)點位置的“0”不是有效數(shù)字,當“0”不表示為小數(shù)點位置時是有效數(shù)字.數(shù)據(jù)最后的“0”不能隨便加上,也不能隨便去掉.某一數(shù)中可靠數(shù)字稱作有效數(shù)字，它的個數(shù)稱作有效數(shù)字的位數(shù).例如：第二十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日§1.5.2數(shù)量級的估計例如：88920取9×104稱“數(shù)量級估計”，實際上又將已估計的9×104以105代之.用10的若干次方表示的數(shù)常稱為“數(shù)量級”.估計某數(shù)的數(shù)量級時,常取整為一位有效數(shù)字乘以10的若干冪次.第二十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日§1.6參考系·坐標系與時間坐標軸

任何物理過程都和時間和空間相聯(lián)系.對機械運動而言,空間規(guī)定了運動物體的大小與位置;時間則規(guī)定了運動過程的長短和順序.在經(jīng)典力學范圍內(nèi),空間與時間是脫離物質(zhì)與運動的獨立存在;空間是延伸到整個宇宙容納物質(zhì)的三維平直框架,時間猶如一座始終均勻轉(zhuǎn)著的鐘.第二十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日§1.6.1參考系和坐標系

被選作物體運動依據(jù)的物體或物體群稱為參考系，與參考系固連的三維空間稱為參考空間.同一物體的運動情況相對不同的參考系是不同的.為了定量表示物體相對參考系的位置,可在參考系上建立適當?shù)淖鴺讼?即用固定在參考空間的一組坐標軸和用來規(guī)定一組坐標的方法.第二十四頁，共二十六頁，2022年，8月28日§1.6.2時間坐標軸

所謂考察物體的運動,也就是考察物體的位置變動與時間的關(guān)系.因而考察物體的運動還必須有時間的坐標軸,坐標原點即計時起點,計時起點不一定就是物體開始運動的時刻.“時刻”對應(yīng)于時間軸上一點,時刻為正或負表明在計時起點以后或以前.質(zhì)點在某一位置必與一定時刻相對應(yīng).時間間隔

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