大学物理电子教案[001].ppt

1、物理学,史彭,,QQ:52528242,物理作业要求:1.各班统一卖有建大抬头的暗格纸；2.每班发一份作业，大家抄题，做作业；3.每次作业前面写班级、学号、姓名，订好；4.交作业时，学委按学号排号交；5.发现抄别人的作业，按0记！重做！6.不抄题的作业按0记！重做！7.不按时交作业按0记！,上大学的目的,获取知识,提高能力,没有足够的知识就无法认识世界；无法完成工作岗位的要求！,没有足够的能力就无法改造世界；不能重新！无法完成高级岗位的要求！,获取知识,基础知识,专业知识,包括：数学、物理、计算机、外语等。基础知识是专业知识的基础，也是工作的基础！,包括：各种专业基础、专业课程等。专业知识是完

2、成专业任务必备条件！,基础做厚、做牢才可能盖高楼！,提高能力,获取知识的能力,创新能力,只有具备很强的“获取知识的能力”才可能不断的获取成果！,（1）判别所需知识,（2）查找书籍和文献,（3）自学,不能创新的人是没有前途的！,创新思维 一切不完美，都有可能改进,单摆：小球质量不变 变化是沙漏摆 摆线长度不变 变化是弹性摆 摆线很长 为0为扭摆（物理摆）。,反常思维,2004年诺贝尔物理奖 强相互作用的“渐进自由”,类比思维,变化磁场产生 电场，那么变化电场 ？,创新能力,为什么要学习物理学？,物理学是一切自然学科的基础，要成为专家必须学好物理学！,物理学中的思维、研究、内容最丰富、最有效,物理

3、学对各种工科专业有直接和间接的支撑,1. 青年人具有较强创造性爱因斯坦、德波罗意、2004年诺贝尔物理奖中一位都是在25-26岁突破的。,2. 人类科技与自然威胁赛跑！直径1公里以上的小行星撞击地球，地球生物就会“清零”,小行星撞击地球是可能的吗？,为什么要抓紧学习物理学？,1937年10月30日直径1500m的赫米斯从地球和月球之间飞过!,1994年10月另一颗小行星掠过地球,2002年编号2002MN小行星掠过地球,要避免小行星撞击地球，必须,近早发现（光学测量技术）,准确测定（时间、长度、质量）,确定运动规律（物理规律、计算物理）,改变其运动规律（核物理等）,总之，要避免小行星撞击地球，

4、必须尽快学好物理学！,一. 物理学的内涵,物理学 (Physics),自然界万物由物质构成。物质大致可分为：（1）固态物质（2）液态物质（3）气态物质（4）液晶态物质、。（5）还有一种特殊形式的物质场，电场、磁场、电磁场、引力场。 物理学研究自然界中各类物质的结构及各类物质具有的各种性质。,认识各类物质结构，可以掌握物质的共性！,自然界万物都不是独立的，各个物质之间每时每刻都在相互作用。在物质内部，组成物质的分子、原子每时每刻也在相互作用着。 由于物质不同，其相互作用方式也不同，如（1）固体物体之间的摩擦作用；（2）液体物质之间的粘滞作用；（3）气体物质之间的扩散作用；（4）电场对电场中电荷的

5、作用，。 物理学研究自然界中各类物质的各类相互作用所遵循的方式和规律。,自然界万物都在永不停息地运动着。 由于物质不同，运动方式不同，各类物质运动所遵循的运动规律也不同。如：（1）刚体转动规律；（2）热量传递规律；（3）光干涉、衍射规律等。 物理学研究自然界中各类物质的各种运动的运动方式和运动规律。,物理学是研究物质世界中最基本形态的科学,物理学是一门定量的科学，需要用一组“物理量”定量地描述物质的性质、物体的运动规律。 以下通过几个常用物理量的分析，让同学们了解物理学的博大。,长度 长度是物理学最常用的物理量之一。国际单位制（SI）中长度的单位为：米（m），这是由于我们周围常见物体的尺寸大致

6、在米的数量级。,物理学中的物理量,我们已熟悉了常规尺寸物体的测量，从我们常见物体向下看 纳米材料颗粒的尺寸为小于100nm（10-7m）。可以用电子显微镜进行观察测量； 分子、原子的尺寸为10-7 10-10m。可以用X射线衍射进行测量，也可以用电子探针隧道显微镜进行观察测量； 原子核、层子、电子的尺寸为10-15m。可以用多种具有量子效应的仪器间接进行测量。,从我们常见物体向上看 地球的尺寸为106 107m。可以卫星直接进行观测； 太阳系的尺寸为1013m。可以用天文望远镜直接进行测量； 超星系团的尺寸为1024m（100亿光年）。目前，人类可以观测到的最远距离为1026m ，可用哈勃望远

7、镜进行观测。 人类最短最长能够观测的距离相差1041倍！,最小 的细胞,原子,原子核,基本粒子,DNA长度,星系团,银河系,最近恒星的距离,太阳系,太阳,山,哈勃半径,超星系团,人,蛇吞尾图，形象地表示了物质空间尺寸的层次,时间 时间也是物理学最常用的物理量之一。国际单位制（SI）中时间的单位为：秒（s），这是由于我们人类的脉搏大致在秒的数量级。,我们已熟悉了常规时间间隔的测量，让我们向下看： 照相机快门的时间间隔为10-2s； 计算机时钟晶体振动的周期为10-9s（频率1GHz）； 飞秒激光器发出的脉冲激光时间间隔为10-15s； 基本粒子的平均寿命为10-25s。,再让我们向上看： 地球年

8、龄为1025s（46亿年）； 质子p的平均寿命为1039s。 人类最短最长能够准确测量的时间间隔相差1064倍！,质量 质量也是物理学最常用的物理量之一。国际单位制（SI）中质量的单位为：千克（kg），这是由于我们人类周围常见物体的质量大致在千克的数量级。,我们已熟悉了常见物体的测量，让我们向下、向上看： 电子的质量为10-31kg； 人类正在测量中微子、引力子的质量！ 地球的质量为1025kg； 已知宇宙的部分质量为1053kg。,人类最轻最重能够准确测量的质量间隔相差1086倍！,从以上分析可以看出物理学研究的范围非常博大！随着科学技术的不断发展，会使得我们看得更近、更远；时间测量的更短、

9、更长；物体质量测量的更轻、更重。,人类迫切需要科技发展来保护人类!如小星球碰地球.,物理学的分支,物理现象, 牛顿力学 (Mechanics) 研究物体机械运动的基本规律及关于时空相对性的规律, 电磁学 (Electromagnetism) 研究电磁现象、物质的电磁运动规律及电磁辐射等规律, 热力学 (Thermodynamics) 研究物质热运动的统计规律及其宏观表现, 相对论 (Relativity) 研究物体的高速运动效应以及相关的动力学规律, 量子力学 (Quantum mechanics) 研究微观物质运动现象以及基本运动规律,物理学的五大基本理论,现代物理学,现代物理学的构成,物理

10、学是一门最基本的科学;是最古老、但发展最快的科学;它提供最多、最基本的科学研究手段。,物理学的研究方法,提出命题,推测答案,理论预言,实验验证,修改理论,现代物理学是一门理论和实验高度结合的精确科学,二. 物理学的外延,1 物理学的发展与社会进步紧密相关 物理学的重大发展、突破为社会进步提供了可能，促使社会产生巨大飞跃。1.1 冶炼技术的产生、发展引起了农业革命 解决了吃的问题，人类数量大量增加。 冶炼技术的核心是物理学金属、合金的热性质，如铜、青铜的熔点等。,1.2 牛顿力学、热力学的产生、发展引起了第一次工业革命 17-18世纪，在牛顿力学、热力学的基础上发明了蒸汽机，为人类提供了巨大的动

11、力，使工业从手工生产大规模工业生产，解决了人类“穿”及日用必需品的产生问题。,1.3 电磁学的产生、发展引起了第二次工业革命 19世纪法拉第、麦克斯韦建立了电磁理论，发明了发电机、电动机、电灯、电讯设备、，建立起电能时代。极大地解放了产生力，大大丰富了人类的物质生活。,1.4 近代物理学的产生、发展引起了第三次工业革命 20世纪爱因斯坦、普朗克等建立了相对论、量子理论，发明了核能、半导体、集成电路、激光、超导、，建立起现代文明时代。,1.5 目前 目前人类社会的进一步发展要求物理学有重大突破。如智能计算机、光子计算机，研究复杂问题（如长期天气预报）都要求计算机计算速度更快、容量更大。 制作这样

12、的计算机要求IC片中线宽更细，正在进入纳米范围，要求物理学解决其量子效应。光子计算机要求物理学解决光量子的问题，以实现光信号的储存、传输、。,2 物理学与其它科学的关系2.1 物理学是一切自然科学的基础 物理学构成了化学、生物学、材料科学、地球物理学等学科的基础。 物理学的基本概念、研究方法和技术被应用到所有自然科学之中。2.2 物理学与其它自然科学结合，派生出来许多分支及交叉学科,粒子物理学,原子核物理学,原子分子物理学,固体物理学,凝聚态物理学,激光物理学,等离子体物理学,地球物理学,生物物理学,天体物理学,宇宙射线物理学,2.3 物理学与数学之间有着深刻的内在联系 （1）物理学需要数学的

13、支持，没有数学强有力的支持，物理学不可能定量的描述物理规律，不可能发展，如物理学需要用到矢量、微积分、统计学等； （2）物理学促使了数学的发展，如研究基本粒子时，需要“群论”，促使了数学“群论”的发展。 历史上许多物理学家也是大数学家，如牛顿等。,2.4 物理学与科学技术的关系 （1）物理学需要科学技术的支持，没有科学技术强有力的支持，物理学许多理论无法验证。如1958年物理学家提出“在弱相互作用下，宇称不守恒”的结论，吴健雄解决了许多技术问题，证明了该结论，才使得该结论得以承认，获得诺贝尔奖； （2）物理学的结论促使了新技术的产生和发展。如约色夫建立了著名的“量子约色夫效应”，在该理论基础上

14、，形成了量子测量技术，为电压测量提供了标准。,物理学和科学技术相互支持发展的两种模式：,（1）第一种模式,如电气化的进程,（2）第二种模式,如热机的发明和使用,目前，物理学被公认为科学技术发展中最重要的带头学科,核能的利用,激光器的产生,层析成像技术(CT),超导电子技术,a 粒子散射实验,X 射线的发现,受激辐射理论,低温超导微观理论,总之，物理学支持者其它自然学科和科学技术，反映在两个方面： （1）直接支持：物理学中的原理、公式是自然界遵守的普遍规律。其它自然学科和科学技术中的原理、公式仅是自然界在特定条件下的表征。学好物理学为学习其它自然学科奠定基础。 （2）间接支持：物理学研究问题的方

15、法、手段、思维方式最科学、最丰富、最有效，掌握之后，可以应用到其它自然学科的学习研究中，可以有效提高自己的研究能力。 其它自然学科也为物理学提供了新的研究领域。 如基因研究要求更大放大倍数的显微镜；更高精度的温度控制和测量，为物理学提供了新的研究领域。 纳米材料的研究要求物理学解决量子效应、表面积比在物性中的作用等理论问题。 物理学和其它自然学科、科学技术相互支持、相互渗透！,超晶格材料,纳米材料,光子晶体,晶体管的发明,大规模集成电路,电子计算机,信息技术与工程, 几乎所有的重大新(高)技术领域的创立，事先都在物理学中经过长期的酝酿。,量子力学,能带理论,人工设计材料,三. 如何学好物理学,

16、著名物理学家费曼说：,著名物理学家爱因斯坦说：,3.1 为什么要学好物理学 几十亿人构成的社会就向“金字塔”，每一个人处于一定的位置，要想站的高，就必须打好基础。物理学是这个基础中的关键部分。,3.2 做好中学学习方法向大学学习方法的转变 （1）中学学习以教师讲为主，大学以自学为主。要求： 课前：预习，查阅必要的资料； 上课：认真听、记笔记； 课后：复习，使知识系统化，独立完成作业。 （2）学会读书，掌握自己获得知识的方法。 （3）掌握必要的数学知识，如矢量、微积分。 （4）中学所讲的物理知识大多是特例，大学所讲的大多 的普遍情况。 （5）学习中特别注意培养自己的能力，如获得知识的能 力、查询

17、资料的能力等。,3.3 学习的观点：从整体上逻辑地、协调地学习物理学，了解 物理学中各个分支之间的相互联系。,3.4 学习的关键：,3.5 学习的重点：, 物理模型 数学表述 研究方法与适用条件,勤于思考,悟物穷理,四. 教学安排,大学物理 吴百诗 主编 科学出版社,工程基础物理学 许启明 主编 武汉理工大学出版社, 参考书：,大学物理教程 吴锡珑 主编 高等教育出版社,教学计划 (总学时112),学业成绩考核,学业成绩的考核由考试成绩和平时成绩两部分组成：考试：主要考察同学们对物理知识掌握的程度和利用物理知识综合应用的能力两部分组成。由计算机题库出题。 特别注意，仅仅学会书本上的知识，不一定能够取得好成绩，要会应用所学知识解题，要熟悉题库，为此我们将题库中典型题组成了作业。,平时成绩：由平时考察和作业情况两部分组成。 平时考察：主要考察旷课、迟到、早退等情况。 作业情况：主要考察是否独立做、做的质量、晚交作业、 不交作业等情况。,