為什么要學(xué)物理學(xué)剖析

大學(xué)物理(工科)

上主講教師:宋根宗2023.03～2023.071緒論為什么要學(xué)習(xí)物理學(xué)?怎樣學(xué)習(xí)大學(xué)物理?2為什么要學(xué)習(xí)物理學(xué)?一、物理學(xué)與物質(zhì)世界二、物理學(xué)與自然科學(xué)三、物理學(xué)與應(yīng)用技術(shù)3什么是物理學(xué)？物理學(xué)爭(zhēng)論的內(nèi)容物理學(xué)是爭(zhēng)論物質(zhì)的根本構(gòu)造、物質(zhì)間的根本相互作用和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)所遵循的普遍規(guī)律的科學(xué)。物理學(xué)是自然科學(xué)的一門重要根底學(xué)科；物理學(xué)是人類物質(zhì)文明進(jìn)展的根底和動(dòng)力；物理學(xué)是一種哲學(xué)觀和方法論。物理學(xué)是爭(zhēng)論物質(zhì)最根本、最普遍的運(yùn)動(dòng)形式和規(guī)律以及物質(zhì)的最根本構(gòu)造的科學(xué)！4物理學(xué)爭(zhēng)論的對(duì)象特別廣泛：宇觀宏觀微觀1.生疏世界生疏宇宙空間尺度(相差1045－1046)1026m(約150億光年)(宇宙)——10-20m(夸克)——10-27s(硬

射線周期)速率范圍：0(靜止)——3

108m/s(光速)時(shí)間尺度(相差1045)1018s150億年(宇宙年齡)世界是物質(zhì)的，物質(zhì)是運(yùn)動(dòng)的，運(yùn)動(dòng)是永恒的。一、物理學(xué)與物質(zhì)世界52.當(dāng)今物理學(xué)的兩個(gè)前沿領(lǐng)域人們從自己向小尺度追問—以探究物質(zhì)的組成。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沒有內(nèi)部構(gòu)造,但近來有消息稱：quark也可一分為二。粒子物理學(xué)(爭(zhēng)論微觀粒子的組成、構(gòu)造、相互轉(zhuǎn)換、相互作用和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理論——高能物理學(xué))建立標(biāo)準(zhǔn)模型—認(rèn)定根本粒子—提醒物質(zhì)的組成。高能物理試驗(yàn)(試驗(yàn)手段)—北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)，合肥同步輻射，蘭州重離子歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)6天體物理學(xué)(宇觀理論)標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型分析宇宙的起源大爆炸宇宙學(xué)從遙遠(yuǎn)的過去宇宙產(chǎn)生于大爆炸絕熱膨脹至今我們生活在這樣的世界中人們從自己向大尺度追問以探究宇宙的奇妙人類宇宙觀的進(jìn)展：亞里斯多德“地心說”哥白尼“日心說”開普勒“行星運(yùn)動(dòng)三定律”“永恒的宇宙”是演化的是有起源的愛因斯坦廣義相對(duì)論哈勃紅移7現(xiàn)代宇宙學(xué)：宇宙由1250億個(gè)星系組成，每個(gè)星系由數(shù)千億個(gè)恒星組成，浩瀚的宇宙起源于大約150億年前的一次大爆炸，從那時(shí)起至今整個(gè)宇宙處于不斷的膨脹之中，今后宇宙是永久膨脹下去，還是膨脹到肯定時(shí)候再收縮？或者是其他的命運(yùn)？還有待于連續(xù)爭(zhēng)論。8辯證唯物論的根本觀點(diǎn)：世界是物質(zhì)的，物質(zhì)是運(yùn)動(dòng)的，運(yùn)動(dòng)是永恒的。3.建立正確的宇宙觀和時(shí)空觀時(shí)間和空間是相對(duì)的、相互關(guān)聯(lián)的，“同時(shí)”是相對(duì)的，而且時(shí)間和空間與物質(zhì)的存在有關(guān)，離開物質(zhì)談時(shí)間是沒有意義的。牛頓確定時(shí)空觀：時(shí)間和空間是確定的、均勻的、相互獨(dú)立的。愛因斯坦相對(duì)論時(shí)空觀：有了正確的宇宙觀、世界觀和時(shí)空觀——人生觀9二、物理學(xué)與自然科學(xué)建樓房為什么要打地基？假設(shè)地基打得不好,就會(huì)發(fā)生……物理學(xué)是理工科各專業(yè)的重要根底課1.物理學(xué)是自然科學(xué)的根底現(xiàn)在很多大學(xué)的人文、社科、經(jīng)濟(jì)、治理等專業(yè)也開設(shè)物理學(xué)課程10物理學(xué)力學(xué)熱學(xué)電磁學(xué)光學(xué)原子物理學(xué)…核物理固體物理統(tǒng)計(jì)物理電動(dòng)力學(xué)理論物理…相對(duì)論量子場(chǎng)論粒子物理天體物理量子力學(xué)…流體力學(xué)彈性力學(xué)無線電電子學(xué)金屬物理學(xué)半導(dǎo)體物理電介質(zhì)物理學(xué)超導(dǎo)物理學(xué)等離子體物理天文學(xué)物理化學(xué)生物物理固體發(fā)光液晶及激光…電子技術(shù)電工與電子學(xué)傳感器與測(cè)量技術(shù)真空技術(shù)金屬材料及熱處理材料力學(xué)性能電子電路電磁場(chǎng)與微波技術(shù)微機(jī)原理電子與現(xiàn)代通信系統(tǒng)…11推動(dòng)了電子學(xué)信息技術(shù)的進(jìn)展——第三次產(chǎn)業(yè)革命使人類進(jìn)入了“信息化時(shí)代”2.物理學(xué)是當(dāng)代工程技術(shù)的根底物理學(xué)的三次大的突破，導(dǎo)致了三次大的工業(yè)革命：18世紀(jì)熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的進(jìn)展推動(dòng)了第一次產(chǎn)業(yè)革命,使人類進(jìn)入了“蒸汽機(jī)時(shí)代”19世紀(jì)末20世紀(jì)初電磁學(xué)的進(jìn)展推動(dòng)了其次次產(chǎn)業(yè)革命使人類進(jìn)入了“電氣化時(shí)代”20世紀(jì)初~現(xiàn)在相對(duì)論與量子物理學(xué)12物理學(xué)的新突破重大新技術(shù)領(lǐng)域消失盧瑟福粒子散射試驗(yàn)(1909)核能利用(40年月以后)愛因斯坦受激輻射理論(1917)第一臺(tái)激光器(1960)信息技術(shù)的產(chǎn)生和進(jìn)展的硬件局部以物理學(xué)成果為根底量子力學(xué)費(fèi)米狄拉克統(tǒng)計(jì)固體能帶理論(20年月)微構(gòu)造物理(物理)晶體管誕生(1947)集成電路(1962)大規(guī)模集成電路(70年月后期)133.物理學(xué)進(jìn)展史簡(jiǎn)介物理學(xué)進(jìn)展可分為三個(gè)時(shí)期：公元前2023年——公元1600年：古代物理學(xué)進(jìn)展時(shí)期——物理學(xué)萌芽期1600年——1900年：經(jīng)典物理學(xué)建立和完成時(shí)期1900年——1930年：現(xiàn)代物理學(xué)進(jìn)展時(shí)期1930年——現(xiàn)在：粒子物理、天體物理、生物物理等14三、物理學(xué)與應(yīng)用技術(shù)1.快速進(jìn)展的汽車工業(yè)汽車的驅(qū)動(dòng)力、阻力矩問題平穩(wěn)性與汽車的減震問題汽車的制動(dòng)器與離合器問題汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率問題——力學(xué)——熱學(xué)熱力學(xué)其次定律、卡諾定理、循環(huán)效率152.家用電器電冰箱——制冷機(jī)空調(diào)機(jī)熱力學(xué)其次定律，卡諾定理，制冷系數(shù)微波爐電磁場(chǎng)位移電流電介質(zhì)極化麥克斯韋方程組轉(zhuǎn)變電偶極矩，使電介質(zhì)反復(fù)極化，使分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，有熱效應(yīng)，但與焦耳熱完全不同——微波爐163.信息存儲(chǔ)技術(shù)光盤——激光信息處理：極高的信息存儲(chǔ)密度、讀取信息時(shí)間短、使用壽命長(zhǎng)磁盤〔軟盤、硬盤、U盤…〕——電磁記錄4.激光技術(shù)的應(yīng)用愛因斯坦受激輻射理論(1917)第一臺(tái)激光器(1960)激光技術(shù)的應(yīng)用：光通信、光計(jì)算、激光加工(焊接、切割)、激光印刷(激光打印機(jī)、激光照排機(jī)、激光復(fù)印機(jī)、激光制版機(jī))、激光生物應(yīng)用、激光醫(yī)學(xué)應(yīng)用(激光刀、激光治療)、激光測(cè)距、激光測(cè)速、激光導(dǎo)向、激光雷達(dá)、激光制導(dǎo)、激光武器…175.國(guó)防航天領(lǐng)域運(yùn)載火箭和航天飛機(jī)：同步軌道衛(wèi)星：保持在地球某一經(jīng)度的地面上空、運(yùn)行周期與地球自轉(zhuǎn)周期一樣。通信衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星。依據(jù)開普勒第三定律可以計(jì)算出衛(wèi)星的高度，再由抑制地球引力所做的功和機(jī)械能守恒定律可計(jì)算動(dòng)身射速度?；鸺苿?dòng)原理，動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒定律的制導(dǎo)：有線指令制導(dǎo)、電視制導(dǎo)、微波雷達(dá)制導(dǎo)、激光制導(dǎo)、紅外制導(dǎo)、毫米波制導(dǎo)。186.醫(yī)療器械與醫(yī)學(xué)診斷技術(shù)目前在醫(yī)學(xué)上主要用于觀看：肝臟、膽囊、肝外膽管、腎臟、腎上腺、胰腺、脾臟、前列腺、卵巢等。真實(shí)、直觀、快捷、便利、簡(jiǎn)潔、無苦痛。B超——B型超聲波診斷儀聲波、超聲波、反射、折射、透射、吸取、衰減、多譜勒效應(yīng)、探測(cè)、顯示、成像、記錄；除物理學(xué)外還涉及電子學(xué)、人體組織學(xué)等。三維圖像〔立體〕從靜態(tài)黑白動(dòng)態(tài)〔快速成像〕彩色〔彩超〕二維圖像19目前在醫(yī)學(xué)上主要用于觀看：大腦中病變、中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病五宮疾病的檢查與診斷等。對(duì)顱內(nèi)腫瘤、膿腫、外傷血腫、腦損傷、腦堵塞、腦出血及椎管內(nèi)腫瘤、椎間盤脫出等病診斷效果很好。X射線與CT掃描X射線、強(qiáng)度衰減、穿透特性、電離效應(yīng)、光化學(xué)效應(yīng)、熒光效應(yīng)、CT(計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù))電子束、掃描、接收、造影、成像等。20目前在醫(yī)學(xué)上主要用于：神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如腫瘤、腦堵塞、血管病變、腦外傷、先天畸形等。核磁共振成像裝置核磁共振——是一門利用原子核在磁場(chǎng)中的能量變化來獲得關(guān)于核的信息的技術(shù)。已經(jīng)廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、地質(zhì)等各個(gè)領(lǐng)域。在醫(yī)學(xué)上的核磁共振成像已成為最有效診斷技術(shù)。晶體的根本構(gòu)造、半導(dǎo)體材料、超導(dǎo)材料、納米材料、液晶材料、生物材料8.新材料的爭(zhēng)論原子能發(fā)電、太陽能發(fā)電、磁流體發(fā)電、化學(xué)能發(fā)電、能源的再生與保存等7.能源開發(fā)與利用21

大學(xué)物理課的任務(wù)把大學(xué)生領(lǐng)進(jìn)物理學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域的大門翻開大門并送一枚指南針使之能在物理學(xué)展現(xiàn)的五彩繽紛的世界中吸取養(yǎng)分強(qiáng)健成長(zhǎng)22怎樣學(xué)習(xí)大學(xué)物理?一、大學(xué)教育與中學(xué)教育二、大學(xué)物理與中學(xué)物理三、學(xué)習(xí)物理的正確方法與錯(cuò)誤方法23一、大學(xué)教育與中學(xué)教育中學(xué)教育的目的為大學(xué)輸送更多的人升學(xué)率重點(diǎn)率高考成績(jī)大學(xué)教育的目的為社會(huì)輸送合格的人才積存學(xué)問提高力量培育素養(yǎng)應(yīng)試教育，無視力量的培育理解力量、分析問題解決問題力量、自我治理與約束力量…大學(xué)階段最重要的是力量的培育：自學(xué)力量、理解力量、適應(yīng)力量、創(chuàng)新力量、表達(dá)力量、自我約束力…24在大學(xué)物理中，常常需要解決一些實(shí)際問題，或接近于實(shí)際的問題，這就要還其原來面目：物理量多是變化的、非均勻的、有方向的。需要用微積分的思想和矢量的概念去分析和解決具體問題。二、大學(xué)物理與中學(xué)物理的重要區(qū)分實(shí)際物理問題往往是很簡(jiǎn)單的，在中學(xué)物理中，常將問題簡(jiǎn)化成：物理量是不隨時(shí)間變化的(常量)、也不隨空間變化(均勻的)量,并不考慮其方向(標(biāo)量)性。大學(xué)物理需要對(duì)具體問題的物理概念和物理思想有更深刻的理解，而不是簡(jiǎn)潔的套用物理公式算題。25三、學(xué)習(xí)物理的正確方法1.認(rèn)真看書兩遍以上，聽課與看書的時(shí)間應(yīng)為1:2。2.把根本概念、根本規(guī)律和原理理解深、理解透。正確理解其物理本質(zhì)，并要留意其適用條件。3.在上述根底上，通過適當(dāng)作題，加深理解，消化所學(xué)內(nèi)容。每作一題，要有一題的收獲。4.要有意識(shí)地用矢量和微積分的思想和方法去分析問題和解決問題。5.把教材內(nèi)容的記憶削減到最低限度，用思考而不是用記憶來學(xué)習(xí)物理學(xué)—“理解萬歲”。學(xué)會(huì)做單元總結(jié)。6.獨(dú)立思考，多問為什么，相互溝通，常常爭(zhēng)論。26再看書上是怎么作的，比照一下，從中受到哪些啟發(fā)；對(duì)于自己沒能作出或沒作對(duì)的題，要找一下緣由;必要時(shí)，回過來再看一看書，加深理解。如何看書上的例題:不要一下從頭看到尾，正確的方法是：先認(rèn)真審題，弄懂題意,依據(jù)所學(xué)學(xué)問想一想，擬出解題思路；自己動(dòng)手作一作，最好完整作一遍；27在初中、高中承受的是一種應(yīng)試教育，熟記教材中的一些片斷、定義、推導(dǎo)、習(xí)題等，并不是理解根本的概念和原理。在大學(xué)里仍延用這些錯(cuò)誤的方法來學(xué)大學(xué)物理。1、上課從來不記筆記；2、課后不系統(tǒng)看書；3、每單元學(xué)完之后不作總結(jié)；4、死記硬背定理、定律及公式；5、書沒看懂就作題或抄