第1章_大学物理试题.ppt

大学物理 教材：《物理学》（第五版）上、下册 东南大学等七所工科院校编 马文蔚等改编 /spires 斯坦福大学网站 两个重要的网站资源： 维基百科—免费的网络百科全书，有中文翻译，可查一般评述和年代久远的文章。 物理学：探索物质结构和运动规律的学科。 物质探源：分子——原子——电子和原子核， 原子核——质子和中子——夸克……. 不同层次的物质有不同层次的规律： 原子模型，原子核模型，夸克模型，宇宙大爆炸模型… 自然界的基本规律非常简单，自然界所展示出的这种设计美 表现在物理定律的“简单性、对称性和和谐性”。 物理学包括：力学、热学、电磁学、声学、光学以及 相对论、量子力学、核物理和粒子物理、天文学等。 物理学简要历史： 17世纪，牛顿在开普勒、伽利略等人的基础上建立了完整的 经典力学理论。 18-19世纪，卡诺、焦耳、开尔文、克劳修斯等人建立了宏观 热力学理论；麦克斯韦、克劳修斯、玻尔兹曼等人建立了热 现象的微观理论——分子动理论。 与此同时，库仑、奥斯特、安培、法拉第、麦克斯韦等人建立 经典电磁学。 20世纪初，爱因斯坦创立相对论；普朗克、爱因斯坦、玻尔、 徳布罗意、海森堡、薛定谔等人创立量子力学，这是现代物理 学两大支柱。 物理学两大特点： 1）数学是物理的语言。 要将问题简化，去掉和所研究问题无关的属性，只保留那些关键的属性，然后将其量化——模型建立的过程。 建模思想的本质就是简化的思想——任何学科通用的解决问题的思路。 但自然现象并不是主动呈现出它的数学特征。 股市期权定价模型——量化经济学 建模的思想体现了一个观点：事物远比它们表面上看起来的简单。 2）物理学是一门实践检验的学科。 物理学所探讨的是用仪器和双手接触到的自然世界，它的一切结论都可以通过实验检验——实证主义学科。 非实证主义科学——空想类学科，像神学等。 两个基本假设：1）绝对时空观：空间和时间的测量不因观测者的 不同而不同；2）一切观测量原则上都可以无限精确地确定。 经典力学 适用范围：低速vc和宏观现象。 古希腊哲学家亚里士多德提出关于力和运动的观点。 16世纪后，人们开始通过科学实验对力和天体现象进行研究， 包括哥白尼、布鲁诺、伽利略、开普勒等。 英国物理学家牛顿总结前人经验，提出力学三定律和万有引力定律，建立经典力学体系。 杨振宁：“如果一定要选出某一天作为近代科学诞生的标志，那么我选牛顿的《自然哲学的数学原理》在1687年出版的那一天”。 之后人们将牛顿力学推广到刚体、流体运动、天体问题等，并将动力学问题转化为静力学问题，提出达朗贝尔原理。 19世纪初经典力学这一宏伟建筑巍然矗立，无论外部造型 之雅致，还是内部藏品之精美，在当时的科学建筑群中都是 无与伦比的。直到现在，经典力学所取得的成就仍让人惊叹。 力学体系的总动量和总能量扮演至关重要的角色！ 任何一个孤立的体系，无论经历任何过程，其总动量和总能量 都是守恒的。这种守恒性质至今仍没有发现违背的现象。 经典力学是人类第一次以科学理性的眼光看待他们所处的世界，代表了人类最初理性的萌芽。 相关历史人物： 1）亚里士多德：古希腊人，哲学家。认为：天体都是物质的实体，地球是球形的，是宇宙的中心。地球上的物体由水火土气四种元素组成，天体由第五种元素“以太”组成（五行论） 。 ——代表了力学早期认识的最高水平。 2）尼古拉·哥白尼：波兰人。对地球形状的理性思考：海上船只返航时为什么不能一下子看到整只船呢？ 但如果地球是球形的，为什么海洋没有飞散？如果地球在旋转，为什么人们没有感觉到呢？ 在认识不足的情况下，直觉的判断很重要：海洋、大地有相同的重心，地球自转带动着海水和地面上的一切物体旋转。 谦虚：“在许多问题上，我的说法和前人大不相同，但我的知识得归功于他们，也得归功于那些最先为这门学科开辟道路的人” 3）伽利略：意大利人，近代实验物理学鼻祖。上课喜欢质疑，喜欢观察自然现象，发现（教堂的吊灯）单摆的周期和摆幅、摆重无关，只与摆长有关。 由此联想到自由落体的速度应该和物体的重量无关。 研究自由落体过程中为提高测量精度，设计了斜面实验，让物体在斜面上下滑代替自由落体 ——替代的思想。 引入了“加速度”的概念，为人们研究物质的运动打开了一扇大门。罗素说：“加速度的基本重要性，也许是伽利略所有发现中最具永久价值和最有效果的一个发现”。 4）牛顿：英国物理学家。白光组成：白光通过三棱镜呈现一条彩带，当时认为这是白光和三棱镜发生作用的结果，白光本身是一种纯粹的物质。牛顿发现无论怎么转动三棱镜，形成的彩带中色彩的顺序都不变。 牛顿意识到白光有可能就是由七色光组成的。牛顿让三棱镜形成的彩带中的一束颜色的光通过第二个三棱镜，发现光束只是变宽了，没有再分解