大学物理,物质世界的结构层次 1

绪论物理学是研究物质的基本结构、物质间相互作用的基本规律的科学，目的在于揭示物质运动的基本规律及物质各层次的内部结构。

物理学是自然科学的一门非常重要的学科，可以用博、大、精、深四个字来概括。

博：物理学涉及的范围广博，大至整个宇宙，小到基本粒子，而且“基本粒子”就是最基本的吗？它有没有新的层次？这也是物理学家在努力探求的工作。

物理学与天文学是既互相合作又相互促进的兄弟学科。

物理是工科院校一门重要的基础课，其研究的领域涉及力学、热学、光学、电学以及20世纪以来发展起来的量子物理。

从宏观到微观，从低速到高速，从物质的固态、液态、气态到等离子态、超导态，时间跨度达140亿年以上，空间跨度达1044m，温度跨度达1010K，不可称为不博。

大：可以说上至天文，下至地理，物理学无处不在。

物理学研究物质间的相互作用，称为力。

自然界中四种基本的作用力都在物理学的研究范围中。

以强相互作用的相对强度为1，四种基本作用的相对强度和范围如下所示：力的种类相对强度作用范围/m力的种类相对强度作用范围/m强相互作用110-15弱相互作用10-12< 10-17电磁相互作用10-2长引力相互作用10-40长爱因斯坦（1879—1955）生前追求统一场论，试图建立一个包括引力场（引力作用）和电磁场（电磁作用）的统一场理论。

建立四个基本作用之间的统一的理论是物理学家们追求的目标。

爱因斯坦为之奋斗了30年，但未能成功，最终带着热切的期望和必定成功的信念离开人世。

这之后，1961年美国物理学家格拉肖首先提出弱相互作用和电磁作用统一的基本模型，1967年美国物理学家温伯格和巴基斯坦物理学家萨拉姆独立地对此模型进行了发展和完善，之后该理论得到实验证实。

物理学向统一场论迈出了坚实的一步。

精：物理学家研究的问题既涉及定性的描述（如力是物体间的相互作用，感应电动势是因回路包围面积的磁通量变化而引起的），还必须有精准的定量的计算。

这就涉及建立物理模型和充分利用数学工具进行运算两方面的问题。

《世界的物质性》集体备课教案第一章：引言1.1 教学目标让学生了解《世界的物质性》这一课程的背景和意义。

使学生明确学习本课程的目的和任务。

1.2 教学内容课程的背景和意义。

学习本课程的目的和任务。

1.3 教学方法采用讲授法，引导学生了解课程背景和意义。

通过小组讨论，使学生明确学习目的和任务。

1.4 教学评价学生能简要描述课程的背景和意义。

学生能明确学习本课程的目的和任务。

第二章：物质世界的本质2.1 教学目标让学生了解物质世界的本质特征。

使学生理解物质世界的内在联系。

2.2 教学内容物质世界的本质特征。

物质世界的内在联系。

2.3 教学方法采用讲授法，引导学生了解物质世界的本质特征。

通过实验和观察，使学生理解物质世界的内在联系。

2.4 教学评价学生能简要描述物质世界的本质特征。

学生能理解物质世界的内在联系。

第三章：物质世界的结构3.1 教学目标让学生了解物质世界的结构层次。

使学生理解不同层次物质世界的特点。

3.2 教学内容物质世界的结构层次。

不同层次物质世界的特点。

3.3 教学方法采用讲授法，引导学生了解物质世界的结构层次。

通过图片和模型，使学生理解不同层次物质世界的特点。

3.4 教学评价学生能简要描述物质世界的结构层次。

学生能理解不同层次物质世界的特点。

第四章：物质世界的变化4.1 教学目标让学生了解物质世界变化的规律。

使学生理解物质世界变化的原因。

4.2 教学内容物质世界变化的规律。

物质世界变化的原因。

4.3 教学方法采用讲授法，引导学生了解物质世界变化的规律。

通过实验和观察，使学生理解物质世界变化的原因。

4.4 教学评价学生能简要描述物质世界变化的规律。

学生能理解物质世界变化的原因。

第五章：物质世界的认识5.1 教学目标让学生了解人类对物质世界的认识过程。

使学生理解现代物质科学的发展。

5.2 教学内容人类对物质世界的认识过程。

现代物质科学的发展。

5.3 教学方法采用讲授法，引导学生了解人类对物质世界的认识过程。

引言概述：大学物理作为一门重要的基础学科，涵盖了丰富而广泛的知识体系。

本文将继续讨论大学物理的内容，并详细阐述其五个主要领域，包括经典力学、电磁学、热学、光学和量子力学。

通过深入探讨每个领域的五至九个小点，我们将进一步了解大学物理的核心知识和重要概念，为我们构建牢固的物理学基础提供帮助。

正文内容：一、经典力学1.牛顿力学：牛顿定律、运动方程等基本理论。

2.质点运动：质点的直线运动、曲线运动和圆周运动等。

3.常见力学问题：例如摩擦力、弹性力和重力等。

4.动量和能量：动量和能量守恒定律等。

5.刚体力学：刚体运动、静力学和动力学等。

二、电磁学1.静电学：电场、电势和电荷等基本概念。

2.电场和电势：电场线、库仑定律和电势能等。

3.电磁感应：法拉第定律、电磁感应现象和感应电动势等。

4.交流电路：交流电路中的电阻、电感和电容等。

5.电磁波：电磁波的概念、性质和传播等。

三、热学1.温度和热量：温度的测量、热传递和热量计算等。

2.热力学定律：热力学第一定律和第二定律等。

3.状态方程：理想气体状态方程和非理想气体状态方程等。

4.热力学过程：等温过程、绝热过程和等压过程等。

5.热机和制冷：卡诺循环、制冷系统和热机效率等。

四、光学1.几何光学：反射、折射和光的成像等。

2.光的衍射和干涉：衍射和干涉现象的基本原理和应用。

3.光的波动性：光的波粒二象性和光的偏振等。

4.光的色散：光的色散现象和光的波长测量等。

5.现代光学：激光、光纤和光学器件等。

五、量子力学1.波粒二象性：波动方程和波粒二象性的基本理论。

2.波函数和薛定谔方程：波函数的性质和薛定谔方程的解析等。

3.粒子在势场中的运动：一维势场和三维势场中的粒子运动等。

4.量子力学中的算符：算符的定义、本征值和本征函数等。

5.微扰理论和矩阵力学：微扰理论的应用和矩阵力学的基本原理等。

总结：大学物理作为一门重要的学科，囊括了经典力学、电磁学、热学、光学和量子力学等多个领域。

大学物理热学知识点整理（1）热运动：物质世界的一种基本运动形式，是构成宏观物体的大量微观粒子的永不停息的无规则运动。

热现象:构成宏观物质的大量微观粒子热运动的集体表现。

宏观量：表征系统状态的物理量。

微观量：描写单个分子特征的物理量。

热力学系统，简称系统：一些包含有大量微观粒子（如分子、原子)的物体或物体系。

外界或环境：系统以外的物体。

孤立系统：与外界没有任何相互作用的热力学系统。

封闭系统：与外界没有物质交换但有能量交换的系统。

开放系统：与外界既有物质交换又有能量交换的系统。

平衡态：对于一个孤立系，经过足够长的时间后，系统必将达到一个宏观性质不随时间变化的状态，这种状态称为平衡态。

热动平衡：在平衡态下，组成系统的微观粒子仍处在不停的无规则热运动之中，只是它们的统计平均效果不变，这是一种动态的平衡，又称为热动平衡。

状态参量：在平衡态下，热力学系统的宏观性质可以用一些确定的宏观参量来描述，这种描述系统状态的宏观参量称为状态参量。

态函数：由平衡态确定的其他宏观物理量可以表达为一组独立状态参量的函数，这些物理量称为“态函数”。

体积V ：气体分子所能到达的空间，即气体容器的容积。

单位立方米（ m^{3} ）,也用升（ L ）为单位。

压强p ：气体作用与容器壁单位面积上的压力，是大量分子对器壁碰撞的宏观表现。

SI单位制中单位是帕斯卡，简称帕（ Pa ）, 1\;Pa=1\;N/m^{2} 。

有时压强的单位还用大气压（ atm ）和毫米汞柱（ mmHg ）表示。

换算关系为1\;atm=1.013\times10^{5}\;Pa1\;mm\Hg=\frac{1}{760}\;atm=1.33\times10^{2}\;Pa温度:代表物体冷热程度的物理量。

热平衡:在隔绝外界影响的条件下，使两个热力学系统相互接触，使它们之间发生热传递。

热的系统会逐渐变冷，冷的系统会逐渐变热。

经过一段时间后，它们会达到一个共同的平衡状态，这意味着两个系统已经达到热平衡。

大学物理绪论这是大学物理的第一课，作为绪论，先给大家讲一讲物理学的发展历史，物理学和其它专业科学以及工程技术的密切联系，再扼要介绍一下大学物理的主要内容。

以及物理学对培养大学生辨证唯物注意世界观和培养能力的重要作用。

让大家能明确为什么要学大学物理课，学什么内容和怎么样学好的问题。

一、为什么要学大学物理1. 物理学是一切工程技术的重要支柱科学与技术是不断发展和进步的，物理学也是一门不断更新，不断完善的科学。

在漫长的历史进程中，物理学经历了五次大的理论综合，这不仅使物理学自身理论体系产生了大的飞跃，而且导致了世界范围生产力的大突破，即所谓三次工业革命。

五次理论综合和三次工业革命表明了物理学与工程技术之间的内在联系。

生产发展的客观需要是物理学发展的强大动力。

物理学理论是认识世界和改造世界的有力武器。

实践证明，它的建立对科学与技术的发展和进步起推动作用，甚至于促进整个社会和人类文明发生根本性的变革。

文艺复兴以后，人们逐渐从面向上帝转向面向自然。

随着一些简单仪器的发明，人们从对自然界肤浅的观察转向系统的实验和严密的数学演绎。

原来属于自然哲学一部分的物理学也逐步从自然哲学中分化出来，成为一门独立的学科。

16世纪以后，经典力学、热力学和统计物理、电磁学和电动力学相继建立起来，物理学的发展经历了经典物理时期，科学史上第一位卓越的奠基者牛顿是经典物理时期最杰出的代表。

牛顿集加利略、开普勒前人之大成，建立了牛顿力学，即经典力学。

他首先把地面物体和天体的运动统一起来。

实现了人类对物理学认识的第一次大综合。

由迈尔、焦耳、克劳修斯、麦克斯韦、玻尔兹曼和吉布斯等人建立的热现象理论——热力学和统计物理学，揭示了热运动的本质及其与其他运动形式之间的相互联系和转化。

创立了能量守恒和转化定律。

找到了宏观热现象和微观客体运动之间的关系。

实现了对物理学认识的第二次大综合。

17、18世纪，正是由于牛顿力学的建立和热力学的发展适应工业原动力要求，出现了机械工业和蒸汽机。

大学物理教材.p d f 文档介绍：------------------第一章绪论§什么是物理学物理学是研究自然界基本规律的科学.它的英文词physics来源于希腊文，原义是自然，而中文的含义是“物”（物质的结构、性质）和“理”（物质的运动、变化规律）.中文含义与现代观点颇为吻合.现代观点认为物理学主要研究：物质和运动，或物质世界及其各部分之间的相互作用，或物质的基本组成及它们的相互作用.物质可以小至微观粒子——分子、原子以至“基本”粒子（elementaryparticles）.所谓基本粒子，顾名思义是物质的基本组成成分，本身没有结构.然而基本与否与人们的认识水平以及科学技术水平有关，因此对“基本”的理解有阶段性.有鉴于此，物理学家简单地称之为“粒子”.有时为了表达认识的层次，我们仍然可以说：“现阶段的基本粒子为……”.当前我们认为基本粒子有轻于（lepton）、夸克（quark）、光子（photon）和胶子（gluon）等等.科学家们正在努力寻找自由夸克.此外，分数电荷、磁单极也在寻找之列.我们周围的物体是物质的聚集状态.人们可以用自己的感官感知大多数聚集状态的物质，并称它们为宏观（macroscopic）物质以区别前面所说的微观（microscopic）粒子.居间的尺度是介观（mesoscopic），而更大的尺度是宇观（cosmological）.场（field）传递相互作用，电磁场和引力场就是例子.在物理学的范围内，物质的运动是指机械运动、热运动、微观粒子的运动、原子核和粒子间的反应等等.运动总是发生在一定的时间和空间.时间和空间首先是作为物质运动的舞台，但最后也成了物理学研究的对象.现在知道物质之间的相互作用有四种，即万有引力、弱相互作用、电磁相互作用和强相互作用.爱因斯坦（，1879—1955）生前曾致力于统一场论的工作，试图用统一的理论来描述各。

第1章物质的基本性质1.1 内容提要（一）物质世界的结构层次1.物质世界的空间尺度（1）数量级的概念数量级是一种科学的记数方法，它用10的正幂次代表大数，用10的负幂次代表小数。

例如1摩尔物质中包含六千万亿亿多个分子（阿伏伽德罗数），就可表示为6×1023，它的倒数约为一亿亿亿分之1.7，可表示为1.7×10-24。

这一方法规定：指数相差1，即代表数目大10倍或小10倍，称为一个“数量级”。

物理学中通常将一个物理量的数值表示为一个小于10的数字乘以10的幂次，这样既表示了数量的大小，也表示了有效数字的位数。

（2）物质世界的空间尺度物质的空间尺度按其大小可分为大尺度、中尺度和小尺度。

物质的空间尺度大于地球尺度的客体称为宇观系统；物质的空间尺度在原子尺度以下的客体称为微观系统；物质的空间尺度在人体尺度上下几个数量级范围之内的客体称为宏观系统。

就目前的研究而言，从微观到宇观跨越了42～43个数量级。

具体划分如下：宇观系统：空间尺度范围在107～1026m（大于地球尺度）之内的客体。

宏观系统：空间尺度范围在10-6～107m（人体尺度上下几个数量级）之内的客体。

微观系统：空间尺度范围在10-15～10-7m（原子尺度）之内的客体。

生命现象是宇宙中最为复杂的物质运动形式之一，人体是复杂的生命现象之一。

人体内包含了大约1016个细胞，而每个细胞又包含了大约1012～1014个原子。

人类对自然界的探索就是由人体大小的实物向非常大和非常小的两个方向去考察。

2.物质世界的时间尺度物质世界的时间尺度又称时标。

按照现代的标准宇宙模型推算，宇宙是在距今大约（1.0～2.0）×1010年前的一次大爆炸中诞生的，其年龄具有1018数量级（秒）。

在宇宙的演化过程中，恒星不断地向外释放能量，这些能量来自于内部的热核反应。

当核燃料耗尽，恒星就会死亡。

恒星质量愈大，聚变反应速度愈快，其寿命愈短。

据估计，太阳的寿命约1010年，而太阳现在的年龄约为5×109年，正处于壮年期。