1、,物理学是工程技术的基础,何 晓 雄2005.12.8,一、物理学对科学技术的推动二、对物理学地位的认识三、物理学背景与可持续发展四、尽快适应两大转变,一、物理学对科学技术的推动,物理学的进展与工业革命第一次工业革命蒸气机和煤炭革命 力学、热力学惠更斯、伽利略、牛顿、克劳修斯、卡特、第二次工业革命电力、石油和生产线革命 电磁学、电动力学麦克斯韦、高斯、奥斯特、法拉第、,数字化信息化 数字革命 相对论、量子力学 普朗克、爱因斯坦、巴丁、海森伯、薛定谔,第一台通用电子计算机：ENIAC Electronic Numerical Integrator and Calculator1946年2月14日
2、Moore School，Univ. of Pennsylvania18,000个电子管组成,大小：长24m，宽6m，高2.5m速度：5000次/sec；重量：30吨；功率：140KW；平均无故障运行时间：7min,1947年12月23日第一个晶体管NPN Ge晶体管 W. Schokley J. Bardeen W. Brattain,获得1956年Nobel物理奖,1958年第一块集成电路：TI公司的Kilby，12个器件，Ge晶片,获得2000年Nobel物理奖,杰克基尔比，因发明集成电路在2000年获得了诺贝尔物理学奖。德州仪器董事长Tom Engibous说：“按照我的观点，只有很少
3、的人，他们的工作真正改变了世界和我们在这个世界上生活的方式。他们是亨利福特、托马斯爱迪生、怀特兄弟和杰克基尔比。如果说曾经有一种创新的发明不仅改变了我们的行业，而且还改变了我们的世界，那就是基尔比发明的第一个集成电路。”,在集成电路出现之前，电子设备大多采用体积庞大且容易损坏的电路，主要是真空管。 但1958年基尔比在德州仪器半导体实验室发明的集成电路改变了整个电子世界，并使微处理器的出现成为可能。目前，无论是苹果的iPod还是互联网，都采用了更为复杂、可靠和高效的集成电路。,CMOS/SOI工艺已在多家单位推广应用,CMOS/SOI工艺模块及门阵列电路,每片16亿只晶体管,MEMS加工工艺：
4、刻蚀得到的部分图形,有学者指出20世纪最耀眼的12组科技成果是：20世纪初科学革命两大成就相对论和量子力学，20世纪中后期5大科学成就物质的基本结构、宇宙大爆炸理论、DNA分子双螺旋模型、大地板块构造学说、信息论控制论系统论，20世纪的5大尖端技术成果核能与核技术、航天和空间技术、信息技术、激光技术、生物技术。 显而易见，这些科学成就和尖端技术有的本身就是物理学的发展，有的则植根于物理学。,二、对物理学地位的认识,1、国家学位委员会的说法,物理学是各种技术科学和工程学科的共同基础。,物理学是研究物质的结构、相互作用和运动规律以及它们的各种实际应用的科学。它是自然科学的基础，也是科学技术的主要源
5、泉。,物理学是一门基础学科。在物理学研究过程中形成和发展起来的基本概念、基本理论、基本实验手段和精密测量方法，不但成为其它学科诸如天文学、化学、生物学、地学、医学、农业科学和计量学等学科的发展。物理学还与其它学科相互渗透，产生一系列交叉学科，如化学物理、生物物理、大气物理、海洋物理、地球物理、天体物理等。,2. IUPAP如是说,第23届国际纯粹物理与应用物理联合会(IUPAP)代表大会通过了题为“物理学对社会的重要性”的决议。认为(1)物理学是一项激动人心的智力探险活动，它鼓舞着年轻人，并扩展着我们关于大自然知识的疆界。(2)物理学发展着未来技术进步所需的基本知识，而技术进步将持续驱动着世界
6、经济发动机的运转。(3)物理学有助于技术的基本建设，它为科学进步和发明的利用，提供所需训练有素的人才。,(4)物理学在培养化学家、工程师、计算机科学家，以及其他物理科学和生物医学科学工作者的教育中，是一个重要的组成部分。(5)物理学扩展和提高我们对其他学科的理解，诸如地球科学、农业科学、化学、生物学、环境科学，以及天文学和宇宙学这些学科对世界上所有民族都是至关重要的。(6)物理学提供发展应用于医学的新设备和新技术所需的基本知识，如计算机层析术(CT)、磁共振成像、正电子发射层析术、超声波成像和激光手术等，改善了我们生活的质量。,3. 联合国大会召开第58次会议决议如是说,承认物理学为了解自然界
7、提供了重要基础，注意到物理学及其应用是当今众多技术进步的基石， 确信物理教育提供了建设人类发展所必需的科学基础设施的工具，意识到2005年是爱因斯坦关键性科学发现一百周年，这些发现为现代物理学奠定了基础。,科学技术是第一生产力。,4.物理学是自然科学的基础 20 世纪以来，以相对论与量子力学的创立为标志的现代物理学研究工作，从理论和实践两个方面，对人类认识和社会发展起到了难以估量的作用。 物理学理论的发展，在三个层次上把人类对自然界的认识推进到了前所未有的深度和广度。 在微观领域内：已经深入到基本粒子的亚核世界（10-15 厘米），并建立起统一描述电磁、弱、强相互作用的标准模型，还引起了人们测
8、量观、因果观的深刻变革。特别是量子力学的建立，为描述自然现象提供了一个全新的理论框架，并成为现代物理学乃至化学、生物学等学科的基础。,在宇观领域内：研究的探针已达到1028 厘米的空间标度和1017 秒的宇宙纪元；广义相对论的理论预言，在巨大的时空尺度上得到了证实，引起了人们时空观、宇宙观的深刻变革。 在宏观领域内：关于物质存在状态和运动形式的多样性、复杂性的探索，也取得了突破性的进展。,探索视野的广阔性； 研究层次的广谱性； 理论适用的广泛性； 在今后很长时期内仍将发挥其中心科学和基础科学的作用。 物理学的研究领域，将继续朝着时空尺度的极端方向和复杂系统方向发展；向着更小尺度、更快时间、更强
9、的相互作用、结构更为复杂的体系过渡。,1025m,1024m,5.物理学也是社会科学密不可分 科学素质是新世纪大学生最重要的素质 一场讨论与一门课程与一个专业 武汉大学全国高等物理教学研讨会顾秉林校长的发言 诺贝尔经济学奖与物理学家 恩格斯自然辩证法,1953年初, 215种专业1963.9, 510种专业 ( 国家第一次修订 )文革后达1343种专业1987年底, 671种专业 ( 国家第二次修订 )1993.7, 504种专业 ( 国家第三次修订 )1998.8, 11个门类, 71个二级类学科, 249种专业 ( 国家第四次修订 ),三、物理学背景与可持续发展,宇,宙,基础课： 人文社科类： 马克思主义原理 英语 科学基础类： 普通物理（力 热 声 光 电 近代物理 ） 物理实验 高等数学 计算机基础 专业基础类： 数学物理方法 四大力学（理论力学（分析力学） 热力学统计物理 电动力学 量子力学）固体物理 激光原理 专业课：根据模块选择，常称为某某技术,再论物理工作者和高新技术开发.CAJ,续谈物理学工作者与高新技术开发.CAJ,四、尽快适应两大转变 中小学练习式学习方式 自主探索式学习方式 应试学习环境 自主学习环境,
