为什么要学物理学剖析.pptx

1大学物理大学物理(工科工科)上上主讲教师主讲教师:宋根宗宋根宗2013.032013.072绪绪绪绪 论论论论为什么要学习物理学为什么要学习物理学为什么要学习物理学为什么要学习物理学?怎样学习大学物理怎样学习大学物理怎样学习大学物理怎样学习大学物理?3为什么要学习物理学为什么要学习物理学?一一、物理学与物质世界物理学与物质世界二二、物理学与自然科学物理学与自然科学三三、物理学与应用技术物理学与应用技术4什么是物理学？什么是物理学？物理学研究的内容物理学研究的内容物理学物理学是研究物质的是研究物质的基本结构基本结构、物质间的物质间的基本相互作用基本相互作用和物质和物质运动运动所遵循的所遵循的普遍规律普遍规律的科学。的科学。物理学是自然科学的一门重要基础学科；物理学是自然科学的一门重要基础学科；物理学是人类物质文明发展的基础和动力；物理学是人类物质文明发展的基础和动力；物理学是一种哲学观和方法论。物理学是一种哲学观和方法论。物物理理学学是是研研究究物物质质最最基基本本、最最普普遍遍的的运运动动形形式式和和规规律律以以及物质的最基本结构的科学！及物质的最基本结构的科学！5物理学研究的对象十分广泛物理学研究的对象十分广泛：宇观：宇观 宏观宏观 微观微观1.认识世界认识世界 认识宇宙认识宇宙空间尺度空间尺度(相差相差10451046)1026 m(约约150亿光年亿光年)(宇宙宇宙)10-20 m(夸克夸克)10-27s(硬硬 射线周期射线周期)速率范围速率范围：0(静止静止)3 108 m/s(光速光速)时间尺度时间尺度(相差相差1045)1018s 150亿年亿年(宇宙年龄宇宙年龄)世界是物质的，物质是运动的，运动是永恒的。世界是物质的，物质是运动的，运动是永恒的。一、物理学与物质世界一、物理学与物质世界62.当今物理学的两个前沿领域当今物理学的两个前沿领域人们从自己向小尺度追问人们从自己向小尺度追问以探索物质的组成以探索物质的组成。目前物理学界公认组成物质的最小单元是夸克目前物理学界公认组成物质的最小单元是夸克(quark),即认为即认为quark没有内部结构没有内部结构,但近来有消息称：但近来有消息称：quark 也可一分为二也可一分为二。粒子物理学粒子物理学(研究微观粒子的组成、结构、相互转研究微观粒子的组成、结构、相互转换、相互作用和运动规律的理论换、相互作用和运动规律的理论高能物理学高能物理学)建立标准模型建立标准模型认定基本粒子认定基本粒子揭示物质的组成揭示物质的组成。高能物理实验高能物理实验(实验手段实验手段)北京正负电子对撞机，北京正负电子对撞机，合肥同步辐射加速器，兰州重离子加速器合肥同步辐射加速器，兰州重离子加速器欧洲大型强子对撞机欧洲大型强子对撞机 7天体物理学天体物理学(宇观理论宇观理论)标准宇宙模型标准宇宙模型 分析宇宙的起源分析宇宙的起源 大爆炸宇宙学大爆炸宇宙学从遥远的过去宇宙产生于大爆炸从遥远的过去宇宙产生于大爆炸 绝热膨胀至今绝热膨胀至今 我们生活在这样的世界中我们生活在这样的世界中人们从自己向大尺度追问人们从自己向大尺度追问 以探索宇宙的奥秘以探索宇宙的奥秘 人类宇宙观的发展：人类宇宙观的发展：亚里斯多德亚里斯多德“地心说地心说”哥白尼哥白尼“日心说日心说”开普勒开普勒“行星运动行星运动三定律三定律”“永恒的宇宙永恒的宇宙”是演化的是有起源的是演化的是有起源的爱因斯坦广义相对论爱因斯坦广义相对论哈勃红移哈勃红移8现代宇宙学现代宇宙学：宇宇宙宙由由1250亿亿个个星星系系组组成成，每每个个星星系系由由数数千千亿亿个个恒恒星星组组成成，浩浩瀚瀚的的宇宇宙宙起起源源于于大大约约150亿亿年年前前的的一一次次大大爆爆炸炸，从从那那时时起起至至今今整整个个宇宇宙宙处处于于不不断断的的膨膨胀胀之之中中，今今后后宇宇宙宙是是永永远远膨膨胀胀下下去去，还还是是膨膨胀胀到到一一定定时时候候再再收收缩缩？或或者者是是其其他他的的命命运？还有待于继续研究。运？还有待于继续研究。9辩证唯物论的基本观点：辩证唯物论的基本观点：世界是物质的，物质是运动的，运动是永恒的。世界是物质的，物质是运动的，运动是永恒的。3.建立正确的宇宙观和时空观建立正确的宇宙观和时空观 时间和空间是相对的、相互关联的，时间和空间是相对的、相互关联的，“同时同时”是相对的，而且时间和空间与物质的存在有关，离是相对的，而且时间和空间与物质的存在有关，离开物质谈时间是没有意义的。开物质谈时间是没有意义的。牛顿绝对时空观：牛顿绝对时空观：时间和空间是绝对的、均匀的、相互独立的。时间和空间是绝对的、均匀的、相互独立的。爱因斯坦相对论时空观：爱因斯坦相对论时空观：有了正确的宇宙观、世界观和时空观有了正确的宇宙观、世界观和时空观人生观人生观10二、物理学与自然科学二、物理学与自然科学建楼房为什么要打地基？建楼房为什么要打地基？如果地基打得不好如果地基打得不好,就会就会发生发生物理学是理工科各专业的重要基础课物理学是理工科各专业的重要基础课1.物理学是自然科学的基础物理学是自然科学的基础现在许多大学的人文、社科、经济、管理等专业现在许多大学的人文、社科、经济、管理等专业也开设物理学课程也开设物理学课程11物理学物理学力学力学 热学热学 电磁学电磁学 光学光学 原子物理学原子物理学 核物理核物理 固体物理固体物理 统计物理统计物理 电动力学电动力学 理论物理理论物理 相对论相对论 量子场论量子场论 粒子物理粒子物理 天体物理天体物理 量子力学量子力学 流体力学流体力学 弹性力学弹性力学 无线电电子学无线电电子学 金属物理学金属物理学 半导半导体物理体物理 电介质物理学电介质物理学 超导物理学超导物理学 等离子体物理等离子体物理天文学天文学 物理化学物理化学 生物物理生物物理 固体发光固体发光 液晶及激光液晶及激光 电子技术电子技术 电工与电子学电工与电子学 传感器与测量技术传感器与测量技术 真空技术真空技术 金属材料及热处理金属材料及热处理 材料力学性能材料力学性能 电子电路电子电路 电磁场与电磁场与微波技术微波技术 微机原理微机原理 电子与现代通信系统电子与现代通信系统 12推动了电子学信息技推动了电子学信息技术的发展术的发展第三次第三次产业革命使人类进入产业革命使人类进入了了“信息化时代信息化时代”2.物理学是当代工程技术的基础物理学是当代工程技术的基础物理学的三次大的突破，导致了三次大的工业革命：物理学的三次大的突破，导致了三次大的工业革命：18世纪世纪热力学与统计热力学与统计物理学的发展物理学的发展推动了第一次产业推动了第一次产业革命革命,使人类进入使人类进入了了“蒸汽机时代蒸汽机时代”19世纪末世纪末20世纪初世纪初电磁学的发展电磁学的发展推动了第二次产业推动了第二次产业革命使人类进入了革命使人类进入了“电气化时代电气化时代”20世纪初世纪初现在现在相对论与相对论与量子物理学量子物理学13物理学的新突破物理学的新突破重大新技术领域出现重大新技术领域出现卢瑟福卢瑟福 粒子粒子散射实验散射实验(1909)核能利用核能利用(40年代以后年代以后)爱因斯坦爱因斯坦受激辐射理论受激辐射理论(1917)第一台激光器第一台激光器(1960)信息技术的产生信息技术的产生和发展的硬件部分和发展的硬件部分以物理学成果为基础以物理学成果为基础量子力学量子力学 费米狄拉克统计费米狄拉克统计 固体能带理论固体能带理论(20年代年代)微结构物理微结构物理(物理物理)晶体管诞生晶体管诞生(1947)集成电路集成电路(1962)大规模集成电路大规模集成电路(70年代后期年代后期)143.物理学发展史简介物理学发展史简介物理学发展可分为三个时期：物理学发展可分为三个时期：公元前公元前2000年年公元公元1600年：古代物理学发展时期年：古代物理学发展时期 物理学萌芽期物理学萌芽期1600年年1900年：经典物理学建立和完成时期年：经典物理学建立和完成时期1900年年1930年：现代物理学发展时期年：现代物理学发展时期1930年年现在：粒子物理、天体物理、生物物理等现在：粒子物理、天体物理、生物物理等15三、物理学与应用技术三、物理学与应用技术1.迅速发展的汽车工业迅速发展的汽车工业汽车的驱动力、阻力矩问题汽车的驱动力、阻力矩问题平稳性与汽车的减震问题平稳性与汽车的减震问题汽车的制动器与离合器问题汽车的制动器与离合器问题汽车的发动机工作效率问题汽车的发动机工作效率问题力学力学热学热学热力学第二定律、卡诺定理、循环效率热力学第二定律、卡诺定理、循环效率162.家用电器家用电器电冰箱电冰箱制冷机制冷机空调机空调机热力学第二定律，卡诺定理，制冷系数热力学第二定律，卡诺定理，制冷系数微波炉微波炉电磁场电磁场 位移电流位移电流 电介质极化电介质极化 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组改变电偶极矩，使电介质反复极化，使分子热运动改变电偶极矩，使电介质反复极化，使分子热运动加剧，有热效应，但与焦耳热完全不同加剧，有热效应，但与焦耳热完全不同微波炉微波炉173.信息存储技术信息存储技术光盘光盘激光信息处理：极高的信息存储密度、激光信息处理：极高的信息存储密度、读取信息时间短、使用寿命长读取信息时间短、使用寿命长磁盘（软盘、硬盘、磁盘（软盘、硬盘、U盘盘）电磁记录电磁记录4.激光技术的应用激光技术的应用爱因斯坦爱因斯坦受激辐射理论受激辐射理论(1917)第一台激光器第一台激光器(1960)激激光光技技术术的的应应用用：光光通通信信、光光计计算算、激激光光加加工工(焊焊接接、切切割割)、激激光光印印刷刷(激激光光打打印印机机、激激光光照照排排机机、激激光光复复印印机机、激激光光制制版版机机)、激激光光生生物物应应用用、激激光光医医学学应应用用(激激光光刀刀、激激光光治治疗疗)、激激光光测测距距、激激光光测测速速、激激光光导导向向、激激光雷达、激光制导、激光武器光雷达、激光制导、激光武器185.国防航天领域国防航天领域运载火箭和航天飞机：运载火箭和航天飞机：同步轨道卫星：同步轨道卫星：保持在地球某一经度的地面上空、运行周期与地球自转保持在地球某一经度的地面上空、运行周期与地球自转周期相同。通信卫星、气象卫星。周期相同。通信卫星、气象卫星。根据根据开普勒第三定律开普勒第三定律可以计算出卫星的高度，再由可以计算出卫星的高度，再由克服地球引力所做的功克服地球引力所做的功和和机械能守恒定律机械能守恒定律可计算出发射可计算出发射速度。速度。火箭推进原理，火箭推进原理，动量定理、动量守恒定律动量定理、动量守恒定律导弹的制导：导弹的制导：有线指令制导、电视制导、微波雷达制导、激光制导、有线指令制导、电视制导、微波雷达制导、激光制导、红外制导、毫米波制导。红外制导、毫米波制导。196.医疗器械与医学诊断技术医疗器械与医学诊断技术 目前在医学上主要用于观察：肝脏、胆囊、肝外胆目前在医学上主要用于观察：肝脏、胆囊、肝外胆管、肾脏、肾上腺、胰腺、脾脏、前列腺、卵巢等。管、肾脏、肾上腺、胰腺、脾脏、前列腺、卵巢等。真实、直观、快捷、方便、容易、无痛苦。真实、直观、快捷、方便、容易、无痛苦。B超超B型超声波诊断仪型超声波诊断仪 声声波波、超超声声波波、反反射射、折折射射、透透射射、吸吸收收、衰衰减减、多多谱谱勒勒效效应应、探探测测、显显示示、成成像像、记记录录；除除物物理理学学外外还还涉涉及电子学、人体组织学等。及电子学、人体组织学等。三维图像（立体）三维图像（立体）从从 静静 态态 黑黑 白白 动态（快速成像）动态（快速成像）彩色（彩超）彩色（彩超）二维图像二维图像20 目前在医学上主要用于观察：大脑中病变、中枢神目前在医学上主要用于观察：大脑中病变、中枢神经系统疾病五宫疾病的检查与诊断等。经系统疾病五宫疾病的检查与诊断等。对颅内肿瘤、脓肿、外伤血肿、脑损伤、脑梗塞、对颅内肿瘤、脓肿、外伤血肿、脑损伤、脑梗塞、脑出血及椎管内肿瘤、椎间盘脱出等病诊断效果很好。脑出血及椎管内肿瘤、椎间盘脱出等病诊断效果很好。X射线与射线与CT扫描扫描 X射线、强度衰减、穿透特性、电离射线、强度衰减、穿透特性、电离效应、光化学效应、荧光效应、效应、光化学效应、荧光效应、CT(计计算机断层成像技术算机断层成像技术)电子束、扫描、接收、造影、成像等。电子束、扫描、接收、造影、成像等。21 目前在医学上主要用于：神经系统疾病，如肿瘤、目前在医学上主要用于：神经系统疾病，如肿瘤、脑梗塞、血管病变、脑外伤、先天畸形等。脑梗塞、血管病变、脑外伤、先天畸形等。核磁共振成像装置核磁共振成像装置 核磁共振核磁共振是一门利用原子核在磁场中的能量是一门利用原子核在磁场中的能量变化来获得关于核的信息的技术。已经广泛应用于物变化来获得关于核的信息的技术。已经广泛应用于物理、化学、生物、医学、地质等各个领域。在医学上理、化学、生物、医学、地质等各个领域。在医学上的核磁共振成像已成为最有效诊断技术。的核磁共振成像已成为最有效诊断技术。晶体的基本结构、半导体材料、超导材料、纳米材晶体的基本结构、半导体材料、超导材料、纳米材料、液晶材料、生物材料料、液晶材料、生物材料8.新材料的研究新材料的研究 原子能发电、太阳能发电、磁流体发电、化学能原子能发电、太阳能发电、磁流体发电、化学能发电、能源的再生与保存等发电、能源的再生与保存等7.能源开发与利用能源开发与利用22 大学物理课的任务大学物理课的任务把大学生领进物理学的各个领域的大门把大学生领进物理学的各个领域的大门打开大门打开大门 并送一枚指南针并送一枚指南针 使之能在物理学展示的五彩缤纷的世界中使之能在物理学展示的五彩缤纷的世界中汲取营养汲取营养 茁壮成长茁壮成长23怎样学习大学物理怎样学习大学物理?一、大学教育与中学教育一、大学教育与中学教育 二、大学物理与中学物理二、大学物理与中学物理 三、学习物理的正确方法与错误方法三、学习物理的正确方法与错误方法24一、大学教育与中学教育一、大学教育与中学教育中学教育的目的中学教育的目的为大学输送更多的人为大学输送更多的人升学率升学率 重点率重点率 高考成绩高考成绩 大学教育的目的大学教育的目的为社会输送合格的人才为社会输送合格的人才积累知识积累知识 提高能力提高能力 培养素质培养素质 应试教育，忽视能力的培养应试教育，忽视能力的培养理解能力、分析问题解决问题能力、自我管理与约束理解能力、分析问题解决问题能力、自我管理与约束能力能力大学阶段最重要的是能力的培养大学阶段最重要的是能力的培养：自学能力、理解能：自学能力、理解能力、适应能力、创新能力、表达能力、自我约束力力、适应能力、创新能力、表达能力、自我约束力25 在大学物理中，经常需要解决一些实际问题，或在大学物理中，经常需要解决一些实际问题，或接近于实际的问题，这就要还其本来面目：接近于实际的问题，这就要还其本来面目：物理量多是变化的、非均匀的、有方向的。物理量多是变化的、非均匀的、有方向的。需要用微积分的思想和矢量的概念去分析和解决需要用微积分的思想和矢量的概念去分析和解决具体问题。具体问题。二、大学物理与中学物理的重要区别二、大学物理与中学物理的重要区别 实实际际物物理理问问题题往往往往是是很很复复杂杂的的，在在中中学学物物理理中中，常常将将问问题题简简化化成成：物物理理量量是是不不随随时时间间变变化化的的(常常量量)、也也不随空间变化不随空间变化(均匀的均匀的)量量,并不考虑其方向并不考虑其方向(标量标量)性。性。大学物理需要对具体问题的物理概念和物理思想大学物理需要对具体问题的物理概念和物理思想有更深刻的理解，而不是简单的套用物理公式算题。有更深刻的理解，而不是简单的套用物理公式算题。26三、学习物理的正确方法三、学习物理的正确方法1.认真看书两遍以上，听课与看书的时间应为认真看书两遍以上，听课与看书的时间应为 1:2。2.把把基基本本概概念念、基基本本规规律律和和原原理理理理解解深深、理理解解透透。正正确确理解其物理本质，并要注意其适用条件。理解其物理本质，并要注意其适用条件。3.在在上上述述基基础础上上，通通过过适适当当作作题题，加加深深理理解解，消消化化所所学学内容。每作一题，要有一题的收获。内容。每作一题，要有一题的收获。4.要要有有意意识识地地用用矢矢量量和和微微积积分分的的思思想想和和方方法法去去分分析析问问题题和解决问题。和解决问题。5.把把教教材材内内容容的的记记忆忆减减少少到到最最低低限限度度，用用思思考考而而不不是是用用记忆来学习物理学记忆来学习物理学“理解万岁理解万岁”。学会做单元总结。学会做单元总结。6.独立思考，多问为什么，相互交流，经常讨论。独立思考，多问为什么，相互交流，经常讨论。27 再再看看书书上上是是怎怎么么作作的的，对对比比一一下下，从从中中受受到到哪哪些些启发；启发；对于自己没能作出或没作对的题，要找一下原因对于自己没能作出或没作对的题，要找一下原因;必要时，回过来再看一看书，加深理解必要时，回过来再看一看书，加深理解。如何看书上的例题如何看书上的例题:不要一下从头看到尾，正确的方法是：不要一下从头看到尾，正确的方法是：先认真审题，弄懂题意先认真审题，弄懂题意,根据所学知识想一想，拟出解题思路；根据所学知识想一想，拟出解题思路；自己动自己动手作一作，最好完整作一遍；手作一作，最好完整作一遍；28 在初中、高中接受的是一种应试教育，熟记教材中在初中、高中接受的是一种应试教育，熟记教材中的一些片断、定义、推导、习题等，并不是理解基本的的一些片断、定义、推导、习题等，并不是理解基本的概念和原理。在大学里仍延用这些错误的方法来学大学概念和原理。在大学里仍延用这些错误的方法来学大学物理物理。1、上课、上课从来从来不记笔记；不记笔记；2、课后不系统看书；、课后不系统看书；3、每单元学完之后不作总结；、每单元学完之后不作总结；4、死记硬背定理、定律及公式；、死记硬背定理、定律及公式；5、书没看懂就作题或抄作业（照抄习题解答）；、书没看懂就作题或抄作业（照抄习题解答）；6、平时不下功夫，期末搞突击。、平时不下功夫，期末搞突击。四、学习物理的错误方法四、学习物理的错误方法29 成成功功的的机机会会对对每每个个人人都都是是均均等等的的,但但是是能否把握住机会能否把握住机会,却是综合素质的体现！却是综合素质的体现！同同学学们们,为为了了你你们们自自己己有有一一个个美美好好的的前前程程,为为了了你你们们的的父父母母,为为了了自自己己的的国国家家,一一定定要加倍努力学习要加倍努力学习;同同学学们们,请请相相信信自自己己,给给自自己己一一个个机机会会,通过自己的努力一定会实现自己的梦想！通过自己的努力一定会实现自己的梦想！宋根宗宋根宗 2013年年3月月11日日