基础物理学 第一、二章.ppt

普通物理学 物理学院 崔士举 参考书目 1 .《力学》漆安慎、杜婵英编 高等教育出版社 2 .《电磁学》赵凯华、陈熙谋编 高等教育出版社 3 .《力学》赵凯华、罗蔚茵编 高等教育出版社 二、矢量在平面极坐标系中的正交分解 两个重要公式 §2-6 矢量的矢积（叉乘、叉积、外积） 反交换律 分配律 ? 普通物理学 第一章 物理学导论 物理学是研究物质结构和相互作用以及物质的运动规律的学科。 物质存在的主要基本形式，它们的性质、运动和转化以及内部结构，这些结构的组元及其相互作用、运动和转化的基本规律。 具体 什么是物理学？ 物理学的研究对象 物质世界及其层次 物质世界及物质间的相互作用 1 ①物质：实物＋场 ②物质间的相互作用 长程 10-18 长程 10-15 力程/m 10-39 10-5 10-2 1 相对强度 引力相互作用 弱相互作用 电磁相互作用 强相互作用 物理世界的空间尺度 2 10-15m（质子半径）～～1026m（哈勃半径） 某些量的空间尺度 石英晶体（10-1m） 红血球（10-6m） 量子围栏（10-10 m） 猎户座气体星云（1020 m） 不同空间尺度的景象 物理世界的时间尺度 3 10-25m（粒子寿命）～～1039m（质子寿命） 某些量的时间尺度 17世纪 伽利略 开普勒 牛顿(1867,《自然哲学之数学原理》) 经典力学 18世纪︱ 19世纪 焦耳、开尓文、克劳修斯等 热力学 玻尔兹曼、吉布斯等 统计物理学 库仑、法拉第、麦克斯韦等 电磁学 经典物理学 20世纪 爱因斯坦（1905、1915） 相对论 普朗克、爱因斯坦、玻尔 薛定谔、海森伯、狄拉克 量子力学 物理学 近代 古希腊 亚里士多德等 自然哲学 §1-1 物理学的发展简史 经典物理 力学（实物粒子） 电磁学（场） 热力学 统计物理（多粒子体系） 相对论力学 量子力学 量子统计物理 相对论 量子力学 相对论 量子场论 ？ §1-2 物理学的基本框架 分支学科：激光物理，半导体物理，原子物理，核物理… 交叉学科：生物物理，量子化学，地球物理，海洋物理… ①物理学是自然科学中的最基础学科 提供了基本的理论框架、研究方法和实验手段 ②物理学是定量的、精确的学科 是在一定范围内、一定精确程度上对客观世界的近似描述 ③物理学是以实验为基础的学科 理论 理论 实验 实验 实验 理论 §1-3 物理学的特点 §1-4 物理学与技术 *第一次工业革命（17～18世纪）： 建立在牛顿力学和热力学发展的基础上，其标志是以蒸汽机为代表的一系列机械的产生和应用。 *第二次工业革命（19世纪）： 建立在电磁理论发展的基础上，其标志是发电机、电动机、电讯设备的出现和应用。 *第三次工业革命（20世纪）： 建立在相对论和量子力学发展的基础上，其标志是以信息技术为代表的一系列新学科、新材料、新能源、新技术的兴起和发展。 物理学与技术关系的两种模式 *技术 物理 技术（典型例子：热学） *物理 技术 物理（典型例子：电磁学） 在现代社会中主要以第二种方式进行。 [例] 计算机技术、激光技术、核技术、空间技术…… 其基础正是过去大半个世纪的现代物理学的研究成果。 电子和信息技术的物理基础 1925年 量子力学建立 1926年 Fermi-Dirac 统计法提出 1929年 能带理论提出并得到证实，从理论上解释 了导体、半导体、绝缘体的性质和区别； Fermi面概念及其可测量的提出 1947年 发明晶体管 （肖克莱、巴丁、布拉顿获1956年诺贝尔物理奖） 1957年 建立Fermi面编目 1962年 制成集成电路（IC） 1965年摩尔定律：芯片容量每18－24个月翻番。 70年代末 大规模和超大规模集成电路（VLIC） 核技术的物理基础 1896年 Becquerel 发现铀的天然放射性 1905年 Einstein 创立狭义相对论，得 1911年 Rutherford 提出原子的有核模型 1925年 量子力学建立 1932年 建立原子核的 质子——中子 模型 1933年 发现人工放射性 1945年 实现核裂变——原子弹 1952年 实现核聚变——氢弹 1954年 建立第一座核电站（