《文科物理》电子教案第一章.ppt

第一章 造化无限 妙理堪寻 人类生存于地球 * 文化物理 南京航空航天大学理学院 施大宁 shi@ /phyandart/ 《雾海上的漫游者》（弗里德里希，1818） 太平洋中一片浮叶上的蚂蚁 但是，人类需要理解自然，得到自然的法则，以我们发明的方式表达出来，并应用于自然，这正是物理学的范式。 费因曼（Feynman 1918－1988） 思想最空灵潇洒的物理学家 我想知道这是为什么。我想知道这是为什么。 我想知道为什么我想知道这是为什么。 我想知道究竟为什么我非要知道 我为什么想知道这是为什么！ ――费因曼 一个玩物理的人. 一个杰出的教育家, 最好的大学物理教材. 一个表演艺术家. 一个在Topless酒吧做物理的诺贝尔奖获得者 一个开锁专家. 一个空前绝后的卡片机操作员. 一个特别会算积分的非数学家. 一个特别会捉弄数学家的狡辩者. 最后的辉煌 永远的传奇, We love you, Dick. Seminar at Caltech Richard Feynman lecturing at Caltech Seminar Day 1978 Physics. §1.1 物理学的意义 我们在宇宙中的位置 物理学的起源 物理简史 一、我们在宇宙中的位置 科学的基本问题是： 宇宙是怎样起源的？ 生命是怎样起源的？ 人类的未来会怎样？ “世界上有两件东西能够深深地震撼人们的心灵，一件是我们心中崇高的道德准则，另一件是我们头顶上灿烂的星空。” —— 康德 康德（I. Kant，1724-1804） 地球周长大约为4万公里 地-月距离大约为38万公里，光走1秒，目前测量误差不超过8厘米 我们是如何知道的？ 一、我们在宇宙中的位置 物理学有史以来最美丽的十大实验： “最美丽”的科学之魂： 最简单的仪器和设备，发现了最根本的科学准则。 一、我们在宇宙中的位置 厄拉多塞（ Eratosthenes ）在公元前三世纪估算地球周长 (276-194 B.C. a librarian in Alexandria) 地球周长 = 40000 公里 （实际：40076公里） ? = 7°14’ (1/50 of 360°) 两城市间距离 = 800 公里 实验测量决定一切，是物理学基本原则。 一、我们在宇宙中的位置 太阳据地球一亿五千万公里，光从太阳到地球要走8分多钟。 月蚀 日蚀 惟有科学才能破除迷信 一、我们在宇宙中的位置 太阳、地球、月亮三者在空间上的关系，导致了许多奇妙的自然现象 潮汐现象 地 日 月 月 地 日 大潮 小潮 一、我们在宇宙中的位置 一、我们在宇宙中的位置 太阳系 这被评为最好的太阳系照片：构图和这些行星的颜色都恰到好处。红色的火星、绿色天王星和天蓝色海王星。该图还显示了这些行星的相对大小：金星跟地球一样大，但是它处于近地点时，看起来显然比更加遥远的土星更大。更令人不可思议的是，所有这些照片都是在同一天晚上拍摄的。摄影师的创造力，持之以恒的态度和显而易见的激情共同成就了这幅作品。 光年：光年是宇宙学中的长度单位，意义是光以每秒30万公里速度狂奔1年，所经过的距离 。 一、我们在宇宙中的位置 太阳是银河系中至少1千亿（1的后12个0）个恒星中的一员。 银河系由恒星和星系物质组成的巨大的、盘状系统，又是构成宇宙的几千亿个星系中的一个，属旋涡星系类 。 一、我们在宇宙中的位置 天界夜色凉如水 坐看牵牛织女星 织女星 牛郎星 相距16光年 银河系之外又如何？宇宙究竟有多大？它在运动还是静止？ 多普勒效应： C. Doppler，1803-1853 一、我们在宇宙中的位置 声音会在声源相对于观察者运动时发生变化： 高亢代表靠近，低沉就是离远 光也是一种波，也有类似特征，只不过光不是以音调，而是以颜色来表现 一、我们在宇宙中的位置 当一个天体（光源）远离我们而去时，光谱中的颜色向红色端移动，简称红移；而接近我们时，颜色向蓝色端移动，称之蓝移 哈勃（P. Hubble，1889-1953）——现代天文学之父 从遥远星系中传来的电磁波谱，与地球上测量到的同种元素的光谱相比，具有红移现象 为了解释这个想象，他假设所有星系都在远离我们而去（多普勒效应）。 一、我们在宇宙中的位置 红移 宇宙爆炸理论：伽莫夫告诉我们10-4