大学物理绪论.探讨.ppt

2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料研究方面的革命性成就。 * §1 物理学与物质世界 什么是物理学? 物理学是探讨物质结构和运动基本规律的学科 是自然科学的基础 一.物质世界 研究的对象十分广泛 宏观 微观 为人们描绘出一副五彩缤纷的图画 空间尺度(相差1045－1046) 1026 m(约150亿光年)(宇宙)－10－20 m(夸克) 时间尺度(相差1045) 1018s 150亿年(宇宙年龄)-10-27s(硬 ?射线周期) 人们从自己向小尺度追问 以探索物质的组成 物理学上对应 粒子物理学 目前物理学界公认组成物质的最小单元是夸克 即认为quark没有内部结构 但近来有消息称 quark 也可一分为二 说明认识无止境 物质世界总图象 粒子种类 自由状态存在的: 452 种 其中 规范玻色子 4 种 轻子 12 种 强子 436 种 基本相互作用 : 电磁 强 弱 引力 ? 粒子物理学(微观理论) 标准模型 认定基本粒子 揭示物质的组成 高能物理实验(实验手段) 发展加速器取得实验数据 验证微观理论 ? 天体物理学(宇观理论) 标准宇宙模型 分析宇宙的起源 大爆炸宇宙学 二.关于两个前沿的基本理论 目前天体物理理论和粒子物理理论已成为 密不可分的姊妹学科 标准宇宙模型给出的宇宙起源与基本粒子 标准模型给出的物质组成是一致的 从而体现了物理学的和谐 完美和对称 从遥远的过去宇宙产生于大爆炸 绝热膨胀至今 我们生活在这样的世界中 人们从自己开始 通过各种实验手段 (比如加速器)把物质打开 探索内部的由来 三.物理学使人们深入认识世界 ? 物质存在的基本形式 中学时已有 粒子和场(波) 的认识 场论给出必威体育精装版认识 每种粒子对应一种场 场有不同能量状态 场与粒子是统一体的两种表现形式 波粒二相性 提出命题 修改理论 推测答案 理论预言 实验检验 应 用 演绎法 －推理 演算 归纳法 －假设 模型 定性和半定量 直觉 想象力 洞察力 §2 物理学与科学思维 一.物理学的研究方法 物理学家的 1/3 激奋在于 建立理论 1/3 激奋在于 证实理论 1/3 激奋在于 突破理论 爱因斯坦是典范 --最令人惊讶的是没有出现令人惊讶的事-- 二.物理学家的科学态度 实验结果与已有理论不符合 预示着重大突破 令人兴奋 §3 物理学与科学技术 ? 物理学为其他学科创立技术和原理 ? 重大新技术领域的创立总是经历 长期的物理酝酿 如 微电子技术的发展 ? 物理学是人类深刻认识自然界的需要 (美国物理学评 述委员会)-Physical Review Letters 卢瑟福 a 粒子散射实验(1909)－核能利用(40年代以后) 爱因斯坦受激辐射理论(1917) －第一台激光器(1960) (物理) (技术) 信息技术的发生和发展的硬件部分－以物理学成果为基础 (技术) (物理) 量子力学 费米狄拉克统计 固体能带理论(20年代)(物理) －晶体管诞生(1947) 集成电路(1962) 大规模集成电路 (70年代后期)(技术)－微结构物理(物理) §4 物理学与高素质人才(工科人才) 提高科学素质和能力以适应高新技术 市场经济的发展 现代工业技术工程师类型 工程科学家型 革新发明家型 现场工程专家型 管理规划专家型 要求良好的科学素质! 物理学的思想和观点 如 建理想化模型 从物理本质上提出和研究本专业问题 创新能力 在工程技术中引入物理学的新成果 物理素质的表现 重视提高科学素质 深厚的科学素养是发明创造的基础 如：扫描隧道显微镜 (STM)的发明 说明：深厚的科学素质的重要性 70年代 罗伯特.杨 制成场发射显微镜 1981年 宾尼和罗雷尔 应用隧道效应 改进了场发射显微镜 ? ? S T M 得益于深厚的科学素养 1986年诺贝尔物理学奖 铁原子 2007年度诺贝尔物理奖授予法国科学家艾尔伯-费尔和德国科学家皮特-克鲁伯格，以表彰他们1988年发现