大学物理学：绪论-.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,大学物理学,您将一点一点地掀开物质世界的神奇的面纱,欢迎,第一章 绪论,什么是物理学？,What is physics?,2.,物理学与科学技术,Physics and science&technology,3.,如何学习大学物理学？,How to learn physics?,物理学存在于物理学家的身边；物理学也存在于同学们身边。,提问：,1,、什么是,B,超？,2,、光纤通讯应用的基本物理原理？,3,、偏振太阳镜,4,、汽车的,ABS,（,防锁死刹车系统,）,5,、,一、什么是物理学研究对象,研究物质,物,”,),的结构以及在运动过程中所遵循的基本规律,(,“,理,”,),的科学,.,基本运动形式：,机械运动（力学）；电磁运动（电磁学）；热运动（热学）,;,微观粒子运动（量子力学）,它们是生命、遗传、思维等更高级运动的基础。,研究对象：,宇观 宏观 微观,为人们描绘出一副五彩缤纷的图画,10,-17,m 10,26,m,相差,10,43,空间尺度,跨越了,43,个台阶,大爆炸,宇宙年龄：,130 200,亿年,中间玻色子寿命,太阳系年龄：,1.4,10,17,s,人类出现：,10,13,s,地球公转：,百米跑：,10s,介子寿命,声波的周期：,时间尺度,跨越了,43,个台阶,某些速率光在真空中,3.0,10,8,北京正负电子对撞机中的电子,99.999 998%,光速,类星体的最快退行速度,2.7,10,8,太阳在银河系绕中心的运动,3.0,10,5,地球公转,3.0,10,4,人造地球卫星,7.9,10,3,现代歼击机 约,9.0,10,2,步枪子弹离开枪口 约,7.0,10,2,由于地球自转赤道上的点的速率,9.0,10,2,空气分子,(0,C),热运动平均速率,3.0,10,2,空气,(0,C),中的声速,3.3,10,2,最快的动物,猎豹,2.8,10,人跑百米的世界纪录,1.03,10,大陆板块移动 约,1,10,-9,机动赛车,1.0,10,2,单位：,m/s,质量,范围,0,银河系,2.2,10,41,kg,?,人类不断从自己向,小尺度和大尺度追问，以探索,物质和宇宙的组成,物理学上对应,粒子物理学,和,天体物理学,目前物理学界公认组成物质的最小单元是,夸克,即认为,quark,没有内部结构,粒子种类,自由状态存在的,:452,规范玻色子,4,种,;,轻子,12;,强子,436,种,基本相互作用,电磁 强 弱 引力,粒子是场的激发态形式,因此粒子间的相互作用来自场之间的相互作用,场之间的相互作用是粒子转化的原因,物质的凝聚状态,凝聚态,(,固、液,),、气态、等离子体、,BEC,致密态,恒星晚年 白矮星 中子星 黑洞,二、物理学与科学技术,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,。,物理学与技术的关系：,物理学,解决“为什么”这样一个理论问题,技 术,解决“怎样做”这样一个实际问题,回顾历史,（物理学的三次大突破）,热学、热力学的研究（,18,世纪下半叶）,蒸汽机的发明和应用,第一次工业革命,电磁理论、电磁感应的研究（,1,世纪中叶）,发电机、电动机、无线电通讯,第二次工业革命,二十世纪,相对论、量子力学的建立、核物理的发展,核能释放和应用,新能源,原子、分子物理的研究和发展,激光的发明和应用,新技术,半导体、固体物理、材料科学的发展,晶体管、大规模集成电路、计算机,新材料,第三次技术革命,看看现在,（近二十年）,以激光为基础的近代光学研究发展出光子学、光电子技术，推动信息技术的发展：,信息传输光纤、光缆,信息储存光盘（信息量大）,信息处理数字光处理器,凝聚态物理、介观物理、团簇的研究实现了在原子、分子水平上设计制造新材料。,很多十分抽象的理论或微观物理效应转化成实用技术。如：,隧道效应,扫描隧道显微镜,核磁共振,核磁共振成像,孤波、孤子,光孤子通信,经典,隧道效应,量子,导体表面,自由电子,探针,表面电流,表面结构,狮子的能量必须满足,才能越过高墙,按经典的观点：,量子：,同样用势能表示,狮子可能穿过,势垒到左方,实际：,势垒,移动铁原子,IBM,的科学家用,STM,制成的原子围栏,电子探针移动氙原子,通过移走原子构成的图形,Molecular abacus:,C,60,on Copper,基于,STM,工作原理或扫描成像方法的派生显微镜系列,原子力,(AFM),磁力 分子力显微镜 等等,用,AFM,得到的癌细胞的表面图象,“,原子和分子的观察与操纵,”,-,白春礼,P.98,图,4-8,分立的能级结构，能级依赖于形状、尺寸以及应力的变化,态密度具有,函数分布形式，有良好的热稳定性,独特的光电特性,为制造新的光电半导体器件提供了新的平台,量子点,人造原子,量子点的出现实现了从空间三个维度上对载流子的控制，是载流子表现出原子结构才有的物理特征，因此量子点又被称为“人造”原子。,在这些“原子”中，一些基本的量子力学效应得到了充分的展示：,GaN,量子点独特的光学性质,B.Damilano et al.,Appl.Phys.Lett.1999,75:962-964.,S.Tanaka et al Appl.Phys.Lett.1996,69:4096-4098,耦合量子点,量子点分子,N.C.van der Vaart et al.,Phys.Rev.Lett.74:4702.,量子隧穿和库仑阻塞效应将有充分的展现，因此，耦合量子点有其独特的光电特性和输运性质。,耦合量子点光电特性的热稳定性较好,。,基于耦合量子点的量子比特设计,dot0,dot1,dot0,dot1,dot1,dot0,M.Bayer,et al.,Science,291,451(2001).,利用耦合量子点中电子的自旋态作为量子计算和量子信息过程中的量子比特，可能通过磁场对自旋单、三态的调控来实现量子门的操作,纳米环（量子结构家族中的新成员）,拓扑结构和光谱特性,不同生长技术制备的纳米环,Axel Lorke et al.,Phys.Rev.Lett.,2000,84,2223-2226,A.Fuhrer et al.,Nature,2001,413,822825,M.Bayer et al.,Phys.Rev.Lett.,200390,186801-4,环状量子结构有独特的输运特征和相位的量子相干性。其电学和光学性质自然受到人们的关注。,Last picture,of the Colombia space shuttle,The residue of the shuttle,Crack in the left aerofoil,Prang of the Colombia space shuttle,(From prof.Y.L.Bais report at a meeting),航天航空：飞机、航天器（速度、可靠性）,Demands of,Prediction,and,control,of the properties of structural materials.,(Picture compliments of the Naval Research Lab(NRL),Washington,DC),Ttitanic,号事故,物理学是我们认识世界的基础，是人类文明中不可替代的基石。,物理学已经全方位地渗透到各个技术领域，成为推动技术进步的主导力量。,物理学的革命导致了现代科学的综合和分化，形成了,21,世纪的以材料、信息、空间、生命、能源和环境、海洋等方面技术为中心的高新技术体系。,物理学理论的每一项重大突破，都将引发一系列新技术的诞生；新的技术进步又反过来推动物理学向更深的层次进军。,三、如何学习大学物理学,知识、,方法,、,科学观念,“,物”,物质世界,“理”,普遍规律,书山有路,勤,为径,学海无涯,悟,作舟,勤,于思考,悟,物,穷,理,注重物理,思想,、物理,概念，,掌握物理,方法,物理模型、数学表述、研究方法与适用条件,实验,-,理论,-,实验,逻辑推理,数学推导,定量计算方法,定性和半定量方法,简化模型的选取,物理学研究方法,关键：,物理思想、物理概念、物理模型,1.,教学目标：,使同学们对物理学的基本概念、基本原理、基本方法能够有比较全面、系统的认识和正确理解，系统地掌握必要的物理知识，并具有应用所学的原理解决一些物理问题的初步能力；另外也使同学们初步学会科学的思想方法和研究问题的方法，提高独立获取知识的能力。,2.,教学环节：,授课、习题课、自学（读书报告、小论文）、网站（提问与答疑）,四、课程基本要求,3.,教学方法：,对物理概念的理解为核心；通过习题加深对物理内容的理解并学习如何应用。,4.,学习方法：,认真听课,(,适应粗线条讲课,思路、重点、难点,),学会记笔记,(,记思路、要点和有特色的内容,),阅读教材,(,特别是基本内容,),做题,(,找有代表性的习题，不搞题海战术）,任课教师：牛原,联系方式：,yniu,;,办公室电话：,51688483-11,大学物理教研室电话：,51688343,211.71.70.120,点击左侧,“,大学物理,”,本门课程相关信息,特色,1.cliker,教学：互动答题方式，看出勤，看成绩,(,平时的小测验等,),2.,学期论文,:,(1),和专业相关的物理学的应用方面的论文一篇，期末考试前交，可以电子版，但要自己总结，不能完全的,copy.,(2),部分自学内容，可能会有作业和论文，或者期末有讨论等。,(1),教学教材：,本学期使用高等教育出版社出版的新教材，现出版社正加紧编辑，预计开学一周后方可使用。前三章教材，,pdf,版可以发给同学。,(2),本课总评：,应届生总考核,=,平时作业（,10,分）,+,体现教师特色平时（,10,分）,+,演示（,10,分）,+,期中卷（,25,分）,+,期末卷（,45,分）,本学期严格执行总评办法，要求必须参加期中和期末考试。,特别提示：,期末考试,之前,需填写平时成绩和期中成绩，此后不可更改。且该考核方案一旦提交教务处后便不可更改。,课程安排,(3),考试内容和方式：,期中考试内容：,质点力学,+,刚体力学,+,相对论（时间约为第,8,、,9,周周末）。,期末考试内容：电磁学（附加题没有限制，可考核力学）。,特别注意：两次考试均取消可携带,A4,记公式纸。,试卷题型：一、单择选择题 二、填空题,三、计算题 四、附加题,说明：,附加题中有部分是涉及书目录中带*的部分（由于学时有限老师没时间讲可提示学生自学）的基本问题。有部分综合性大的难题。,本次期中考试将加大题目难度，请大家特别注意。,（,4,）教学主要辅助教材：,必用,辅助教材：刘爱红主编,大学物理能力训练与知识拓展,，请同学自行购买。,选用,辅助教材：,进阶式探索物理,（教学试用一年，但仍有不完善之处，,（,5,）答疑地点时间：,由任课教师轮流完成,地点：,7-409,，,时间：,每星期一、周五下午,2:30-4:30,（,6,）演示实验：,力学、电磁学各,2,学时，两次课。演示实验开课时间：预计第,5-13,周（将另行通知）。周一至周五，每天下午两个时段，晚上两个时段。,请同学根据自己合适的时间选课。选后要求按时上课，如发现有冲突，请在上课时间的,前一天在网上及时退选,。,上课当天不能在网上退选如过了时段没上课同学，请务必到,7-406,退选实验，否则无法重新选实验,（该退选手续费,10,元）。,小贴士：学校网络工作正常情况下，课前会有手机短信提示同学上课。,（,7,）学习资料费用：,演示实验报告纸,+,习题指导书,解答,=10,元（一年，必交）。,以自然班为单位交费：每位同学将费用交给自然班班长，班长收齐后在上班时间,7,教,7-406,薛菊梅老师处。为避免耽误大家使用，上课两周内交费结束，即交费截止日期为,3,月,8,号下班前。印制后将通知各位老师，由任课老师在课上通知自然班班长到,7,教,7-406,取资料。演示实验报告纸在上演示课时发放，避免丢失。,进阶式探索物理,为自愿选购，请使用该辅助教材的任课教师在课堂组织收费（,第一学期,约,3-5,分册共收费,10,元,）,和发放。,（,8,）大学物理竞赛,每年,12,月初（周末）北京市及周边部分高校举办大学物理竞赛，内容包括大学物理全部内容。下学期选修课“大学物理方法”为针对竞赛的辅导，,16,学时，,1,学分，应届学生可选该课。凡参赛获奖同学在第,2,学期末大物总评成绩,免试,100,分,。,几点要求,每次课都要带,12,张演算纸,上课时关闭手机,或振动！,不迟到、不旷课。,及时、认真地完成作业。,求知是一种快乐，希望大家踏上这愉快的求知旅途！,PHYSICS,PHYSICS,E,L,C,O,ME,W,W,