大学物理绪论14-15-2.ppt

高锟:1933年出生于中国上海。 由于在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”作出了突破性成就获得了2009年诺贝尔物理学奖。 很多著名学者也曾指出物理学作为基础学科的 重要，必须重视。 孟昭英院士，清华电子系前系主任： 机械、电子、材料…等技术学科好比一棵大树的枝叶、花果，物理学好比这棵大树的根茎和树干。没有壮实的根茎和树干，就不可能有茂盛的枝叶和花果。 （1982年在清华大学新教师大会上的讲话） 周光召院士，中国科学院前院长、清华 大学理学院前院长： “两弹一星”汇集了很多学科、很多专业的技术人员。…后来发现各个技术部门的主要负责人很多都是学物理出身的。…物理知识当然是很多技术的基础，但更重要的是学物理教会了人怎么去思考，教会了人科学的方法。 （1987年清华大学物理系新生大会上的讲话） * * 大学物理学 论 绪 “探索未知” 《大学物理学》绪论 (一)物理学的研究对象 (二)物理学的研究方法 (三)物理学与技术 (四)为什么要学习物理学 (五)关于学习方法 (一)物理学的研究对象 物理学是研究物质、能量和它们的相互作用的学科。 第23届国际纯粹物理与应用物理联合会（IUPAP）大会（99.3.16—21）通过的“决议五”中十分精辟地指出： ▲ 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（宇宙年龄150亿年）— 10-27s （ 硬 ? 射线周期） ▲ 速率范围 0 （静止）— 3 ╳ 108 m/s （光速） 物理学的研究对象（十分广泛） 不同尺度和速度范围的对象要用不同的物理学研究： 宇宙的起源成了粒子物理学的研究对象 (二) 物理学的研究方法 提出命题 应用 修改理论 实验检验 理论预言 ▲ 物理学是一门理论和实验高度结合的精确 物理的直觉和想象力及洞察力也常常产生重大突破和发现 其研究方法可概括为： 科学， 观测、实验 推测答案 （2）实验：在人工控制条件下，发生的某些运动现象，进行观察研究。实验的特点是人为地创造一个环境把复杂条件简化，突出主要矛盾，排除或减少次要因素的作用，可使同一现象反复出现，进行多次观察研究。 科学研究的基本方法: （1）观察: 就现象在自然界的本来情况进行实地观测和研究。 观察,实验,抽象,假说 观察和实验只是感性认识，还需要上升到理性认识。完成感性认识向理性认识飞跃的基本手段是对大量实验数据和感性认识进行综合归纳分析，通过去粗取精，去伪存真的抽象（通常以理想模型为依托）和概括而得出规律。 例如：质点、刚体、理想气体等。显然，抽象和减少因素是密切相关的，抽象的过程就伴随着减少因素。 （3）抽象：就是根据问题的性质和内容，抓住主要因素，忽略次要因素，建立与实际研究对象相近的理想物体（模型），取代实际对象来进行研究，从而获得模型在给定条件下的基本运动规律。 （4）假说：是以理想模型为依托的探索性“理论”或“理论”初型，是创造性思维。例如：物质结构的分子原子假说，（层子模型）夸克模型，狭义相对论。 理想模型和假说是在一定观察和实验基础上提出来的。不断修正、完善后，如能反映客观规律和解释现象，便上升为定律或理论。在科学的立论发展中，假说或理想模型起着理论母体的作用，在一定意义上说没有假说或理想模型就没有物理学乃至整个自然科学。 ▲ 对称性分析 ▲ 守恒量的利用 ▲ 简化模型的选取 ▲ 概念和方法的类比 从方法论上讲，物理学的研究方法可分为： ▲ 演绎法： ▲ 归纳法： 基本定律 →推理、演算 →新理论 归纳实验、观测事实 →假设、模型 →新理论 具体地说，物理学还有许多有特色的方法， ▲ 定性和半定量分析 ▲ 量纲分析 ▲ 能量分析 …… 比如： 微结构物理， 物理学在不断发展 ▲ 经典物理也在发展： 波动光学→信息光学 牛顿力学的决定性→内在随机性 …… ▲ 前沿： 粒子物理， 混沌学， 高温超导， 光子学， …… (三)物理学与技术 第三次世界物理学会大会（2000.12.15-16 Berlin, Germany）决议指出： 物理学是我们认识世界的基础，? 是其他科学和绝大部分技术发展的直接的或不可缺少的基础，物理学曾经是、现在是、将来也是全球技术和经济发展的主要驱动力。 ▲ 历史上物理与技术的关系大致有两种模式： 技术－物理－技术(以第一次工业革命为标志) ▲ 20世纪两种模式并存、交叉，