大学物理绪论-1.ppt

参考书目 《大学物理学》 （一套五册）张三慧主编 （清华大学出版社）1999 《新概念物理教程》（上、下册）赵凯华，罗蔚茵 （高等教育出版社）1995 《普通物理学》 （上、下册）程守洙 ， 江之永编 （高等教育出版社）2006 教材 《大学物理》（上、下册） 芶秉聪、胡海云主编 （国防工业出版社） 大学物理学 大学物理学 绪 论 （一）物理学的研究对象和研究方法 物理学是研究物质的结构、相互作用和物质最基本、最普遍的运动形式及其相互转化规律的科学。 ?研究对象十分广泛 ?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 ） 1018 s（150亿年）（宇宙年龄）——10-27 s（硬? 射线周期） ?速率范围 0（静止）——3?108 m/s（光速） 不同尺度和速度范围的对象要用不同的物理学研究 1025 10-25 10-15 10-20 10-10 10-5 1 105 1015 1020 1010 102 104 106 108 1010 相对论物理 经典物理 量子物理 ? 人类 活动 尺度 (cm) 速度 (cm/s) 物质世界结构 宏观物体 分 子 原 子 原子核 质子 中子 夸 克 电 子 （轻子） 场 规范粒子 宇宙大爆炸标准模型 粒子物理标准模型 宇 宙 费米子 粒子物理标准模型 微观物质基本相互作用 粒子分类 : (62种) 强(色) 电弱 电磁 弱 Higgs 汤川 (尚未直接观测到 ) 规范玻色子(13种) 费米子(48种) Higgs粒子(1种, 尚未发现 ) 粒子物理标准模型 引力 规范玻色子 (13种) 强相互作用 电磁相互作用 弱相互作用 引力相互作用 胶子 (8种) 光子 (1种) W? Z0 粒子 (3种) 引力子(未发现) (1种) 费米子 (48种) 中微子( ?e ) 中微子( ?? ) 中微子( ?? ) 第一代 第二代 第三代 电子( e- ) ? 子(?- ) ? 子(?- ) 上夸克( u ) 粲夸克( c ) 顶夸克( t ) 下夸克( d ) 奇异夸克( s) 底夸克( b ) 代 轻 子 夸 克 总数 包括它们的反粒子共12种 每味3色 加反粒子共36种 大爆炸宇宙标准模型 宇宙诞生（150多亿年前） 高温、高密状态 Planck时代 10-24 s 大统一时代 1023K 强子时代 轻子时代 核合成时代 光子脱耦 〉1011K 〈 1011K 〈 109K 〈 4000K 1m 10-20 10-15 10-10 10-5 1015 105 1010 1025 1020 W++ 粒子 原子 DNA 人 山 地球 太阳系 星系 星系团 原子核 微观 介观 宏观 宇观 天体物理 粒子物理 两大尖端紧密衔接 ?物理学的研究方法 ?物理学是一门理论与实验高度结合的精确科学，其研究方法可以概括为： 提出命题 推测答案 理论预言 实验检验 修改理论 应 用 物理上的直觉、想象力、洞察力也常常产生重大突破和发现 ?从方法论上讲，物理学的研究方法可以分为： 演绎法： 基本定律 ? 推理、演算 ? 新理论 归纳法 ： 归纳实验或观测事实 ? 假设、模型 ? 新理论 ?具体地说，物理学还有许多有特色的方法： 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 定性和半定量分析 量纲分析 (二)物理学与技术 物理学基本规律渗透在自然科学的一切领域,应用于生产技术的各个部门,是许多自然科学的基础,也是工程技术特别是高新技术的基础. ?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) 物理 ? 技术 ? 物理 (以电气化进程为标志) ?本世纪两种模式并存、交叉，但几乎所有重大的新技术的创立，都是以物理学的发展为先导的 。 例如： ? 爱因斯坦受激辐射理论（1917） 第一台激光器诞生（1960） 现代光学 （物理） （技术） （物理） ? 被誉为第二次工业革命的整个信息技术的发生、发展，其硬件部分几乎都以物理学成果为基础： 晶体管诞生（1947） 集成电路 （1962） 大规模集成电路 （70年代后期） 量子力学 费米-狄拉克统计 固体能带理论 （20年代） 微结构物 理 （物理） （技术） （物理） ?物理等基础科学与工程技术的关系可以形象地 用“知识之树”表示： 生物 物理 化学 物理 自然法