大學(xué)物理學(xué)緒論課件

歡迎大家進(jìn)入物理世界歡迎大家進(jìn)入物理世界緒論Introduction一、為什么要學(xué)習(xí)物理學(xué)？1.Physics：研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用和物質(zhì)最基本、最普遍的運(yùn)動(dòng)形式及其相互轉(zhuǎn)化規(guī)律的學(xué)科。是自然科學(xué)的許多領(lǐng)域和工程技術(shù)的基礎(chǔ)。Inshort：探討物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)最基本規(guī)律ComefromaGreektermphysismeaningnature內(nèi)容：力學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、相對(duì)論、量子力學(xué)、核物理與粒子物理、天體物理等(按研究領(lǐng)域分類(lèi))緒論Introduction一、為什么要學(xué)習(xí)物理學(xué)？空間尺寸：從亞核粒子到浩瀚的宇宙（微觀、宏觀、宇觀）時(shí)間尺度：從微觀粒子的壽命到宇宙的年齡。

速率范圍：0(靜止)-3

108m/s(光速)空間尺寸：從亞核粒子到浩瀚的宇宙（微觀、宏觀、宇觀）時(shí)間尺度物理學(xué)的研究對(duì)象—宇宙(一)物理學(xué)的研究對(duì)象—宇宙(一)勇氣號(hào)于2003年六月升空勇氣號(hào)于2003年六月升空“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)分別于2004年1月3日和1月24日在火星不同區(qū)域著陸機(jī)遇號(hào)傳回照片“勇氣”號(hào)和“機(jī)遇”號(hào)分別于2004年1月3日和1月24日在火星－－人類(lèi)的第二家園？勇氣號(hào)找到水存在的證據(jù)機(jī)遇號(hào)證實(shí)遠(yuǎn)古海洋火星－－人類(lèi)的第二家園？勇氣號(hào)找到水存在的證據(jù)機(jī)遇號(hào)證實(shí)遠(yuǎn)古“卡西尼”號(hào)土星探測(cè)器進(jìn)入土星軌道效果圖(NASA圖片)美航空航天局(NASA)和歐空局(ESA)合作研究的“卡西尼—惠更斯”土星探測(cè)器經(jīng)過(guò)6年半35.2億公里的飛行，2004年7月1日成功進(jìn)入了土星軌道。并且向地球傳回了幾組照片?！翱ㄎ髂帷碧?hào)土星探測(cè)器進(jìn)入土星軌道效果圖(NASA圖片)美美麗的土星及土星環(huán)X光照片距土星150多萬(wàn)公里以外使用濾鏡拍攝美麗的土星及土星環(huán)X光照片距土星150多萬(wàn)公里以外使用濾Titan－－土星的月亮(衛(wèi)6）Titan－－土星的月亮(衛(wèi)6）理想與現(xiàn)實(shí)讓科學(xué)家興奮的土星環(huán)照片真實(shí)的Titan理想與現(xiàn)實(shí)讓科學(xué)家興奮的土星環(huán)照片真實(shí)的Titan大學(xué)物理學(xué)緒論課件中國(guó)人的光榮與夢(mèng)想神舟系列飛船中國(guó)人的光榮與夢(mèng)想神舟系列飛船探索宇宙的代價(jià)2003年2月1號(hào)，哥倫比亞號(hào)返航時(shí)墜毀探索宇宙的代價(jià)2003年2月1號(hào)，哥倫比亞號(hào)返航時(shí)墜毀ABWhichisapictureoftheMilkyWay?AiswhatweseefromEarthinsidetheMilkyWaywhileBiswhattheMilkyWay“might”looklikeifwewerefarawaylookingbackatourowngalaxyfromsomeothergalaxy.ABWhichisapictureoftheMiWhatisaGalaxy?200,000light-yearsGalaxy：amassivecollection

ofstars,gas,anddustkepttogether

bygravitySun’sStellarRegion太陽(yáng)系在銀河系中不過(guò)是滄海一栗，銀河系在宇宙中僅為天地之一落葉WhatisaGalaxy?200,000lightWhatisaGalaxy?Ifoursolarsystemwasonlythesizeofacellinthehumanbody,our

galaxywouldstillmeasureoveronemileacross.WhatisaGalaxy?Ifoursolar宇宙從哪里來(lái)?又向何處去?上帝創(chuàng)世說(shuō)與盤(pán)古開(kāi)天地老子:天下萬(wàn)物生于有,有生于無(wú)道生一,一生二,二生三,三生萬(wàn)物霍金:宇宙存在起始點(diǎn),而且有生于無(wú)宇宙從哪里來(lái)?又向何處去?上帝創(chuàng)世說(shuō)與盤(pán)古開(kāi)天地EdwinHubbleatMt.WilsonHubbleguidingtheHooker100inchtelescopein1923.TheHooker100inchtelescopeatopMt.WilsonnearPasadena,CA.Itwasthelargesttelescopeintheworldfrom1917-1947.Hubble’sobservationsatthe100inchduringthe1920’sledhimtotheconclusionthattheuniverseisexpanding,andthatanobject’srecessionvelocityisproportionaltoitsdistancefromtheobserver.EdwinHubbleatMt.WilsonHubb大爆炸宇宙學(xué)

1940sGamov和Alpher首先提出宇宙起源于約150億年前一次猛烈的巨大爆炸。宇宙的爆炸是空間的膨脹，物質(zhì)則隨著空間膨脹（宇宙是無(wú)中心的）。隨著宇宙膨脹和溫度降低，構(gòu)成物質(zhì)的原初元素相繼形成。GeorgeGamov大爆炸宇宙學(xué)1940sGamov和Alpher首先提出宇PossibleFatesoftheUniversePossibleFatesoftheUniverse物理學(xué)的研究對(duì)象—物質(zhì)(二)

物質(zhì)是無(wú)限可分的嗎?

什么是場(chǎng)物質(zhì)?

微電子學(xué)\光電子學(xué)介觀物理與納電子學(xué)物理學(xué)的研究對(duì)象—物質(zhì)(二)物質(zhì)是無(wú)限可分的嗎?J.J.Thomson’sPlumPuddingModeloftheAtom(1897)Heproposedthattheelectronsareembeddedinapositivelycharged‘pudding’J.J.Thomson’sPlumPuddingMoTheNobelPrizeinPhysics1906

JosephJohnThomsonUnitedKingdom

UniversityofCambridge

Cambridge,UnitedKingdomb.1856

d.1940"inrecognitionofthegreatmeritsofhistheoreticalandexperimentalinvestigationsontheconductionofelectricitybygases"TheNobelPrizeinPhysics190AlphaScattering

AlphaScatteringRutherford’sDiscoveryoftheAtomicNucleus(1911)Hefoundthat,onceinawhile,thea-particleswerescatteredbackwardsbythetargetRutherford’sDiscoveryoftheSolarSystemModeloftheAtomTheatomconsistsofelectronsorbitingaroundsmallbutdensecentralnucleusSolarSystemModeloftheAtomLordErnestRutherford

1908諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)LordErnestRutherford1908諾貝爾Bohr’sModeloftheHydrogenAtom

(1913)HeproposedthatonlycertainorbitsfortheelectronareallowedBohr’sModeloftheHydrogenABohr’sEmpiricalExplanationElectronscanonlytakediscreteenergies(energyisrelatedtoradiusoftheorbit)ElectronscanjumpbetweendifferentorbitsduetotheabsorptionoremissionofphotonsDarklinesintheabsorptionspectraareduetophotonsbeingabsorbedBrightlinesintheemissionspectraareduetophotonsbeingemittedBohr’sEmpiricalExplanationElTheNobelPrizeinPhysics1922CopenhagenUniversity

Copenhagen,DenmarkNielsHenrikDavidBohrb.1885

d.1962"forhisservicesintheinvestigationofthestructureofatomsandoftheradiationemanatingfromthem"TheNobelPrizeinPhysics192TheNobelPrizeinPhysics1935"forthediscoveryoftheneutron"JamesChadwickUnitedKingdomLiverpoolUniversity

Liverpool,UnitedKingdomb.1891

d.1974TheNobelPrizeinPhysics193TheNobelPrizeinPhysics1990"fortheirpioneeringinvestigationsconcerningdeepinelasticscatteringofelectronsonprotonsandboundneutrons,whichhavebeenofessentialimportanceforthedevelopmentofthequarkmodelinparticlephysics"

JeromeI.FriedmanHenryW.Kendall

RichardE.Taylor

TheNobelPrizeinPhysics199物質(zhì)是無(wú)限可分的嗎---“毛子”

物質(zhì)是無(wú)限可分的嗎---“毛子”

我們?yōu)槭裁匆芯炕玖Ｗ?我們?yōu)槭裁匆芯炕玖Ｗ?介觀物理學(xué)與單原子操做ironatomsonacoppersurface介觀物理學(xué)與單原子操做ironatomsonacopTheScanningTunnelingMicroscopeTheNobelPrizeinPhysics1986"fortheirdesignofthescanningtunnelingmicroscope"TheScanningTunnelingMicrosc38經(jīng)典量子隧道效應(yīng)38經(jīng)典隧道效應(yīng)39導(dǎo)體表面自由電子探針表面電流表面結(jié)構(gòu)獅子的能量必須滿(mǎn)足才能越過(guò)高墻按經(jīng)典的觀點(diǎn)：量子：同樣用勢(shì)能表示獅子可能穿過(guò)勢(shì)壘到左方實(shí)際：勢(shì)壘39導(dǎo)體表面自由電子探針表面電流獅子40

中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所研制的

CSTM-9000型掃描隧道顯微鏡

“原子和分子的觀察與操縱”

--白春禮

插頁(yè)彩圖140中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所研制的41

硅表面77重構(gòu)圖象

“原子和分子的觀察與操縱”

--白春禮插頁(yè)彩圖2解決許多理論和實(shí)驗(yàn)上的疑難問(wèn)題41硅表面77重構(gòu)圖象解決許多理論和實(shí)42

用AFM得到的癌細(xì)胞的表面圖象“原子和分子的觀察與操縱”

--白春禮P.98圖4-8基于STM工作原理或掃描成像方法的派生顯微鏡系列原子力(AFM)磁力分子力顯微鏡等等42用AFM得到的癌細(xì)胞的表面圖象基于STM工作原431994年中國(guó)科學(xué)院科學(xué)家“寫(xiě)”出的平均每個(gè)字的面積僅百萬(wàn)分之一平方厘米“原子和分子的觀察與操縱”

--白春禮插頁(yè)彩圖13操縱原子不是夢(mèng)“原子書(shū)法”431994年中國(guó)科學(xué)院科學(xué)家“寫(xiě)”出的操縱原子不是44

一氧化碳“分子人”“原子和分子的觀察與操縱”

--白春禮P.151圖7-8“掃描隧道繪畫(huà)”44一氧化碳“分子人”“掃描隧道繪畫(huà)”45移動(dòng)鐵原子45移動(dòng)鐵原子什么是場(chǎng)物質(zhì)什么是場(chǎng)物質(zhì)ThemostfamousphotographThisisoneofthemostfamousimagesinphotographichistoryandpropelledhimwithintwomoreweeksintoaninternationalcelebrity.ThemedicalimplicationswereimmediatelyrealisedandthefirstimagesoffracturedboneswerebeingmadebyJanuary1896eventhoughnoneyetknewwhatthemysteryrayswere.TheNobelPrizeinPhysics1901Themostfamousphotograph磁場(chǎng)的應(yīng)用（MRI）TheNobelPrizeinPhysics2003磁場(chǎng)的應(yīng)用（MRI）TheNobelPrizeinP物理學(xué)的研究對(duì)象—運(yùn)動(dòng)(三)運(yùn)動(dòng)的四種形式:

物理(化學(xué))運(yùn)動(dòng)生物運(yùn)動(dòng)思維運(yùn)動(dòng)社會(huì)運(yùn)動(dòng)物理運(yùn)動(dòng)的分類(lèi):(低高速)

機(jī)械運(yùn)動(dòng);

分子熱運(yùn)動(dòng);

電磁運(yùn)動(dòng);

原子及原子核內(nèi)部運(yùn)動(dòng)物理學(xué)的研究對(duì)象—運(yùn)動(dòng)(三)運(yùn)動(dòng)的四種形式:機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)分子熱運(yùn)動(dòng)Bose-Einsteincondensate(BEC)NobelPrizeinPhysicsin2001

分子熱運(yùn)動(dòng)Bose-Einsteincondensate電磁運(yùn)動(dòng)（Maxwell方程組）電磁運(yùn)動(dòng)（Maxwell方程組）原子及原子核內(nèi)部運(yùn)動(dòng)FusionPowerstheSunandOtherStars原子及原子核內(nèi)部運(yùn)動(dòng)FusionPowerstheSu倫琴與X射線(xiàn)倫琴與X射線(xiàn)誰(shuí)真的理解運(yùn)動(dòng)??？

誰(shuí)真的理解運(yùn)動(dòng)??？

絕對(duì)時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀

時(shí)間是絕對(duì)的均勻的嗎?

空間是彎曲的嗎?

質(zhì)量與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)嗎?HowdidEinstein

arriveatthespecial

theoryofrelativity?絕對(duì)時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀時(shí)間是絕對(duì)的均勻的嗎?Howdid過(guò)去與未來(lái)過(guò)去與未來(lái)彎曲時(shí)空與黑洞彎曲時(shí)空與黑洞ClassicalPhysicsTimelineClassicalPhysicsTimelineModernPhysicsTimelineModernPhysicsTimeline物理學(xué)本質(zhì)上是實(shí)驗(yàn)科學(xué)物理學(xué)本質(zhì)上是實(shí)驗(yàn)科學(xué)永遠(yuǎn)沒(méi)有實(shí)驗(yàn)支持的

物理理論是無(wú)意義的永遠(yuǎn)沒(méi)有實(shí)驗(yàn)支持的

物理理論是無(wú)意義的理論的指導(dǎo)作用對(duì)物理學(xué)發(fā)展的影響理論的指導(dǎo)作用對(duì)物理學(xué)發(fā)展的影響理論家與實(shí)驗(yàn)家理論家與實(shí)驗(yàn)家物理規(guī)律的相對(duì)性與絕對(duì)性物理規(guī)律的相對(duì)性與絕對(duì)性相對(duì)性的存在---例一相對(duì)性的存在---例一未來(lái)的證明---例二未來(lái)的證明---例二繼承與創(chuàng)新繼承與創(chuàng)新TychoBrahe,1546-1601SirIsaacNewton,1643-1727NicolausCopernicus,1473-1543ClaudiusPtolemy,85-165JohannesKepler,1571-1630GalileoGalilei,1564-1642Newtonsaidhestoodontheshouldersofthesegiants;thelastoneisGalileo.EgyptTychoBrahe,1546-1601SirIsaaMaxwell的繼承Maxwell的繼承創(chuàng)新是科學(xué)研究的靈魂

想象力比知識(shí)更重要?jiǎng)?chuàng)新是科學(xué)研究的靈魂

想象力比知識(shí)更重要“IwassittinginachairinthepatentofficeatBernwhenallofasuddenathoughtoccurredtome:Ifapersonfallsfreelyhewillnotfeelhisownweight...Iwasstartled.Thissimplethoughtmadeadeepimpressiononme.It

impelledmetowardsatheoryofgravitation.”The“HappiestThought”ofEinstein’sLife(1907)“Iwassittinginachairint

物理學(xué)的分支及近年來(lái)發(fā)展的總趨勢(shì)物理學(xué)經(jīng)典物理現(xiàn)代物理力學(xué)熱學(xué)電磁學(xué)光學(xué)相對(duì)論量子論非線(xiàn)性時(shí)間t關(guān)鍵概念的發(fā)展力學(xué)電磁學(xué)熱學(xué)相對(duì)論量子論1600170018001900物理學(xué)的分支及近年來(lái)發(fā)展的總趨勢(shì)物理學(xué)經(jīng)典物理現(xiàn)代物理力物理學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了三次大的突破，導(dǎo)致了三次工業(yè)革命(1)17、18世紀(jì)牛頓力學(xué)、熱力學(xué)機(jī)械工業(yè)蒸汽機(jī)第一次工業(yè)革命(2)19世紀(jì)70年代法拉第——麥克斯韋的電磁理論工業(yè)電氣化第二次工業(yè)革命(3)20世紀(jì)以來(lái)相對(duì)論、量子力學(xué)促進(jìn)了原子能、計(jì)算機(jī)、激光等的廣泛應(yīng)用(4)20世紀(jì)80年代以來(lái)，以高技術(shù)為核心的科技革命六個(gè)高技術(shù)群：能源、材料、信息、生物、空間、海洋物理學(xué)的研究成果源源不斷地在高技術(shù)發(fā)展中得到應(yīng)用，而高技術(shù)的發(fā)展又對(duì)物理學(xué)提出層出不窮的研究課題。2.物理學(xué)與工程技術(shù)的關(guān)系科學(xué)解決理論問(wèn)題技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題物理學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了三次大的突破，導(dǎo)致了三次工業(yè)革命(1)173.培養(yǎng)科學(xué)素質(zhì)，培養(yǎng)正確的方法論和科學(xué)觀。要反對(duì)偽科學(xué)4