大学物理绪论.pptx

重大数理学院赵承均理论力学绪论绪论 物理学物理学经典物理经典物理现代物理现代物理力学力学相对论相对论相对论相对论年代年代t t关关键键概概念念的的发发展展力学力学电磁学电磁学热学热学量子论量子论1600 1700 1800 1900电磁学电磁学热学热学光学光学量子论量子论非线性非线性绪论绪论绪论绪论重大数理学院赵承均理论力学绪论绪论 中世纪力学（中世纪力学（1616世纪以前）世纪以前）哥白尼哥白尼 开普勒开普勒经典力学的建立（经典力学的建立（1717世纪）世纪）伽利略伽利略 牛顿牛顿经典力学的完善（经典力学的完善（1818世纪以后）世纪以后）伯努利伯努利 欧拉欧拉 拉格朗日拉格朗日 哈密顿哈密顿 古代力学（公元古代力学（公元5 5世纪以前）世纪以前）阿基米德阿基米德 亚力士多德亚力士多德 亚力士多德亚力士多德 开普勒开普勒 阿基米德阿基米德 哥白尼哥白尼 伽利略伽利略 牛顿牛顿 欧拉欧拉重大数理学院赵承均理论力学绪论绪论 哥白尼哥白尼（NicolausNicolaus CopernicusCopernicus，1473-15431473-1543）：波兰天文学家，）：波兰天文学家，“日心日心说说”的创立者，近代天文学的奠基人。的创立者，近代天文学的奠基人。他一生中大部分精力都用在对天文学的研究上。他一生中大部分精力都用在对天文学的研究上。“自然自然科学的独立宣言科学的独立宣言”天体运行论天体运行论创立的创立的“日心地动说日心地动说”是哥白尼最重要的贡献。虽然此书在是哥白尼最重要的贡献。虽然此书在16161616年被基督教会列为年被基督教会列为禁书，但经过开普勒、伽利略、牛顿等人的理论工作，以及禁书，但经过开普勒、伽利略、牛顿等人的理论工作，以及恒星光行差、视差等天文观测实践的发现，使恒星光行差、视差等天文观测实践的发现，使“日心说日心说”得得到了令人信服的证明。到了令人信服的证明。重大数理学院赵承均理论力学绪论绪论 1572 1572年年1111月月1111日第谷发现仙后座日第谷发现仙后座银河系中的一颗超新星。银河系中的一颗超新星。15761576年受丹年受丹麦国王的资助在哥本哈根海峡的汶岛麦国王的资助在哥本哈根海峡的汶岛上建立天文台，并建造了当时世界上上建立天文台，并建造了当时世界上最重要、最精密的大型天文仪器。经最重要、最精密的大型天文仪器。经过过2121年的天文观测，发现了许多新的年的天文观测，发现了许多新的天文现象，如黄赤交角的变化等。天文现象，如黄赤交角的变化等。第谷第谷（Tycho BracheTycho Brache，1546-1546-16011601）：丹麦天文学家和占星学家，）：丹麦天文学家和占星学家，“第谷星表第谷星表”的制订人。的制订人。1597 1597年第谷移居布拉格，建立了布拉格天文台，继续进年第谷移居布拉格，建立了布拉格天文台，继续进行天文观测。他对天文观测的发现为近现代力学的发展与成行天文观测。他对天文观测的发现为近现代力学的发展与成熟提供了珍贵的观测资料。熟提供了珍贵的观测资料。重大数理学院赵承均理论力学绪论绪论 开普勒开普勒（KeplerKepler，1571-16301571-1630）：）：德国近代天文学家，数学家、物理德国近代天文学家，数学家、物理学家和哲学家。学家和哲学家。由于出色的数学物理才能以及由于出色的数学物理才能以及对宇宙过程的创造性探索，开普勒对宇宙过程的创造性探索，开普勒受第谷的邀请就职于布拉格天文台，受第谷的邀请就职于布拉格天文台，进而成为第谷的衣钵传人。开普勒进而成为第谷的衣钵传人。开普勒是哥白尼后是哥白尼后“日心说日心说”的忠实拥护的忠实拥护者，并在天文学方面有突破性成就，者，并在天文学方面有突破性成就，被后世称为被后世称为“天上的立法者天上的立法者”。开普勒关于行星的三大运动定律和伽利略对于地面宏观开普勒关于行星的三大运动定律和伽利略对于地面宏观力学现象的研究对牛顿力学及其世界观体系的建立奠定了实力学现象的研究对牛顿力学及其世界观体系的建立奠定了实验及理论基础。验及理论基础。重大数理学院赵承均理论力学绪论绪论 伽利略伽利略（GalilieGalilie，1564-1564-16421642）：伟大的意大利物理学家）：伟大的意大利物理学家和天文学家，和天文学家，“近代科学之父近代科学之父”。伽利略在力学方面的研究取得了伽利略在力学方面的研究取得了伟大的成功，对天文学、物理学实验伟大的成功，对天文学、物理学实验与理论的研究也作出了巨大贡献。针与理论的研究也作出了巨大贡献。针对近代科学的研究方法问题他提出了对近代科学的研究方法问题他提出了一套行之有效的思辩程序，成为近代一套行之有效的思辩程序，成为近代科学革命的先驱。由于对科学革命的先驱。由于对“日心说日心说”的支持，伽利略在晚年被基督教会终的支持，伽利略在晚年被基督教会终身监禁。身监禁。Einstein Einstein和和InfeldInfeld在在物理学的进化物理学的进化中评价说：中评价说：“伽伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法是人类思想史上利略的发现以及他所应用的科学的推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。”重大数理学院赵承均理论力学绪论绪论 拉格朗日拉格朗日（Lagrange Joseph Lagrange Joseph Louis 1736-1813Louis 1736-1813）：法国数学家。）：法国数学家。18 18岁时的拉格朗日就以纯分析的方岁时的拉格朗日就以纯分析的方法发展了欧拉所开创的变分法，奠定变法发展了欧拉所开创的变分法，奠定变分法的理论基础，分法的理论基础，1919岁当上了都灵皇家岁当上了都灵皇家炮兵学院的数学教授。两年后，他发表炮兵学院的数学教授。两年后，他发表了大量有关变分法、概率论、微分方程、了大量有关变分法、概率论、微分方程、弦振动及最小作用原理等论文。弦振动及最小作用原理等论文。分析力学分析力学（17881788）、）、有关解数值方程有关解数值方程（17671767）及）及关于方程的代数解法的研究关于方程的代数解法的研究（17711771）、）、解析函数论解析函数论（17971797）、）、函数计算讲义函数计算讲义（18011801）等都是近代的数学巨）等都是近代的数学巨著。数学界近百多年来的许多成就都可直接或间接地追溯于著。数学界近百多年来的许多成就都可直接或间接地追溯于拉格朗日的工作。他是数学史上对分析数学的发展产生全面拉格朗日的工作。他是数学史上对分析数学的发展产生全面影响的数学家之一。影响的数学家之一。重大数理学院赵承均理论力学绪论绪论 爱因斯坦爱因斯坦（Albert EinsteinAlbert Einstein，1879-19551879-1955）：美国物理学家，相对论之）：美国物理学家，相对论之父。父。1879 1879年生于德国乌耳姆一个电器作年生于德国乌耳姆一个电器作坊的小业主家庭。坊的小业主家庭。18961896年进瑞士苏黎世年进瑞士苏黎世工业大学师范系学习物理学。工业大学师范系学习物理学。19021902年后年后利用业余时间开展科学研究。利用业余时间开展科学研究。在荷兰物理学家洛沦兹提出时空变换、法国数学物理学在荷兰物理学家洛沦兹提出时空变换、法国数学物理学家庞加莱提出相对运动原理的同时，爱因斯坦于家庞加莱提出相对运动原理的同时，爱因斯坦于19051905年在物年在物理学三个不同领域内取得历史性突破，特别是狭义相对论的理学三个不同领域内取得历史性突破，特别是狭义相对论的建立和光量子论的提出，推动了现代物理理论的革命。建立和光量子论的提出，推动了现代物理理论的革命。19151915建立的广义相对论，成为现代宇宙观测、实验及宇宙航行的建立的广义相对论，成为现代宇宙观测、实验及宇宙航行的基本理论支柱。他对光线经过太阳引力场要弯曲的预言，于基本理论支柱。他对光线经过太阳引力场要弯曲的预言，于19191919年由英国天文学家爱丁顿等人的日全食结果所证实。年由英国天文学家爱丁顿等人的日全食结果所证实。重大数理学院赵承均理论力学绪论绪论 牛顿牛顿（NewtonNewton，1642-17271642-1727）：英）：英国数学家、物理学家和哲学家，经典力国数学家、物理学家和哲学家，经典力学的集大成者。学的集大成者。1661 1661年考入剑桥大学后，受数学教年考入剑桥大学后，受数学教授授BarrowBarrow的引导，牛顿沉迷于对自然科的引导，牛顿沉迷于对自然科学，特别是数学和物理学的研究。笛卡学，特别是数学和物理学的研究。笛卡尔的尔的几何学几何学及及哲学原理哲学原理、伽利、伽利略的略的两个世界体系的对话两个世界体系的对话等著作对等著作对他的后期研究产生了强烈的影响。他的后期研究产生了强烈的影响。牛顿关于引力的万有引力定律、关于物体运动的三大运牛顿关于引力的万有引力定律、关于物体运动的三大运动定律、关于时间和空间的时空理论及其世界观的建立，标动定律、关于时间和空间的时空理论及其世界观的建立，标志着经典力学大厦的建立。他精确描述了宏观运动规律，完志着经典力学大厦的建立。他精确描述了宏观运动规律，完成了人类文明史上的第一次自然学科的大综合，把分散、孤成了人类文明史上的第一次自然学科的大综合，把分散、孤立的物理理论发展成为能够表述因果性的一个完整体系。立的物理理论发展成为能够表述因果性的一个完整体系。重大数理学院赵承均理论力学绪论绪论 Nature and natures law lay hid in night.God said:Let Newton be!And all was in light.自然和自然规律为黑暗所蒙蔽，上帝说，让牛顿来！一切遂臻光明重大数理学院赵承均理论力学绪论绪论 学习要求：学习要求：学习要求：学习要求：(1)(1)理解质点、刚体等模型和参照系、惯性系等概念。理解质点、刚体等模型和参照系、惯性系等概念。(2)(2)掌握位置矢量、位移、速度、加速度等描述质点运动和运动变化的掌握位置矢量、位移、速度、加速度等描述质点运动和运动变化的物理量。物理量。能熟练计算平面运动的速度和加速度，熟练计算圆周运动的角速度、能熟练计算平面运动的速度和加速度，熟练计算圆周运动的角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度。角加速度、切向加速度和法向加速度。(3)(3)掌握牛顿三定律及其适用条件。掌握牛顿三定律及其适用条件。(4)(4)掌握功的概念。能熟练计算直线运动下变力的功。掌握保守力作功掌握功的概念。能熟练计算直线运动下变力的功。掌握保守力作功的特点及势能的概念，会计算势能。的特点及势能的概念，会计算势能。(5)(5)掌握动能定理和动量定理，能解决平面运动的简单力学问题。掌握动能定理和动量定理，能解决平面运动的简单力学问题。学科性质及基本学习要求性质：性质：性质：性质：研究物体研究物体机械运动机械运动机械运动机械运动普遍遵循的基本规律，是整个物理学的基础普遍遵循的基本规律，是整个物理学的基础 。物体在空间的相对位置随时间而改变的运动物体在空间的相对位置随时间而改变的运动!重大数理学院赵承均理论力学绪论绪论 掌握机械能守恒、动量守恒以及适用条件。掌握运用守恒定律分析问掌握机械能守恒、动量守恒以及适用条件。掌握运用守恒定律分析问题的思想和方法。能分析简单系统在平面内运动的力学问题。题的思想和方法。能分析简单系统在平面内运动的力学问题。(6)(6)理解转动惯量概念。掌握刚体绕定轴转动定律。理解转动惯量概念。掌握刚体绕定轴转动定律。(7)(7)理解动量矩理解动量矩(角动量角动量)概念，通过质点在平面内运动和刚体绕定轴转动概念，通过质点在平面内运动和刚体绕定轴转动情况，理解动量矩守恒定律及其适用条件。能应用动量矩守恒定律分析、情况，理解动量矩守恒定律及其适用条件。能应用动量矩守恒定律分析、计算有关问题。计算有关问题。(8)(8)理解牛顿力学相对性原理、理解伽利略坐标及速度变换。能分析与平理解牛顿力学相对性原理、理解伽利略坐标及速度变换。能分析与平动有关的相对运动问题。动有关的相对运动问题。重大数理学院赵承均理论力学绪论绪论 力学的研究内容按研究对象按研究对象按研究对象按研究对象质点力学 刚体力学 分立体系力学分立体系力学（有限自由度力学）（有限自由度力学）连续介质力学连续介质力学（无限自由度力学）（无限自由度力学）按研究次序按研究次序按研究次序按研究次序静力学按研究方法按研究方法按研究方法按研究方法矢量力学（牛顿力学）弹性力学 塑性力学 流体力学分析力学（拉格朗日力学）运动学动力学重大数理学院赵承均理论力学绪论绪论 东汉张衡发明的侯风地动仪，利用惯性力探测地震。东汉张衡发明的侯风地动仪，利用惯性力探测地震。力学应用实例重大数理学院赵承均理论力学绪论绪论 10561056年建于中国陕西的大雁塔，年建于中国陕西的大雁塔，是中国历史上第一座木塔，反映是中国历史上第一座木塔，反映了中国古代静力平衡理论和材料了中国古代静力平衡理论和材料承载理论的成就。承载理论的成就。力学应用实例重大数理学院赵承均理论力学绪论绪论 建于隋朝的河北赵州桥，是采用低拱结构的典范。建于隋朝的河北赵州桥，是采用低拱结构的典范。力学应用实例重大数理学院赵承均理论力学绪论绪论 19811981年年4 4月月1212日，第一架航天飞机日，第一架航天飞机 “哥伦比亚哥伦比亚”号发射升空。号发射升空。力学应用实例重大数理学院赵承均理论力学绪论绪论 尼米兹号航空母舰，总长尼米兹号航空母舰，总长332.9332.9米，宽米，宽40.840.8米，编制人数米，编制人数59365936人，续航能力人，续航能力8080万至万至100100万海里，燃料可持续使用万海里，燃料可持续使用1515年。年。力学应用实例重大数理学院赵承均理论力学绪论绪论 温州大桥于温州大桥于19981998年年5 5月竣工通车，该桥长月竣工通车，该桥长69776977米。米。力学应用实例重大数理学院赵承均理论力学绪论绪论 埃菲尔铁塔是为了纪念法国埃菲尔铁塔是为了纪念法国17891789年资产阶级革命年资产阶级革命100100周年之际举行轰周年之际举行轰动世界的国际博览会而建的，塔高动世界的国际博览会而建的，塔高320320米，重米，重90009000吨。吨。力学应用实例重大数理学院赵承均理论力学绪论绪论 纽约世贸大厦，纽约世贸大厦，20012001年年9 9月月1111日被撞毁。日被撞毁。力学应用实例重大数理学院赵承均理论力学绪论绪论 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