物理学与现代高科技86页PPT

M0 v f v0 u ln Mf
二、宇宙速度
(1) 第一宇宙速度 人造卫星m 在距地心为 r 的圆轨道上以速度 v 运行
M em v2 G 2 m r r
GM e v r
地球表面附近的轨道，其半径
r 近似于地球半径 R
e
GM e 7.9km / s ∴第一宇宙速度 V1 Re
9了强有力的 理论和实验研究手段，材料的组织、结构及性能的 研究都离不开物理学。
９ .２ .１
材料及其分类
材料是由一定配比的若干相互作用的元素组成 的、具有一定结构层次和确定性质，并能用于制造 器件、设备、工具和建筑物等的物质系统。
材料分类
⑴按物理化学属性分为金属材料、无机非金属材料、 有机高分子材料及复合材料，或者分为无机材料和有 机材料。
物理学与高新技术
20世纪以来，物理学的基本概念、基本理论、基本实验 手段和研究方法全方位渗透到技术领域，导致了一系列高新 技术的产生。
高新技术是指基本原理建立在最新科学成就基础上的技 术，是位于科学技术最前沿的综合性技术群,通常包括材料技 术、能源技术、信息技术、空间技术、海洋技术和生物技术。
9.1 物理学与航空航天技术
T Te 23h56min4s
由圆周运动规律可以计算其高度 h 和运行速度 v
GM e m v2 m 2 ( Re h) Re h T 2 ( Re h) e v
h 35786 km
v 3.075 km / s
二、航天器的返回 发射过程是航天器从地面经加速穿过大气层而进 入其运行轨道的过程；而返回过程则是航天器从运行 轨道经减速到达地面的过程。 航天器的返回大致可 分为调姿、制动、过渡、再入及着陆五个阶段。 三、航天飞机 航天飞机是可以重复使用的、往返于地球表面 和近地轨道之间运送人员和货物的飞行器，主要由 轨道器、助推火箭和推进剂外贮箱三个主要部分组 成。

【答案】 ABC
4．一电子在匀强磁场中，以一正电荷为圆心在一圆轨 道上运行．磁场方向垂直于它的运动平面，电场力恰好是磁 场作用在电子上的磁场力的 3倍，电子电荷量为 e，质量为 m，磁感应强度为 B，那么电子运动的角速度可能为 ( Be A． 4 m Be C． 2 m Be B． 3 m Be D. m )
1．一个运动电荷通过某一空间时，没有发生偏转，那 么就这个空间是否存在电场或磁场，下列说法中正确的是 ( A．一定不存在电场 B．一定不存在磁场 C．一定存在磁场 D．可以既存在磁场，又存在电场 )
【解析】 运动电荷没有发生偏转，说明速度方向没 变，此空间可以存在电场，如运动方向与电场方向在同一直 线上，也可以存在磁场，如v平行B，也可能既有电场，又 有磁场，如正交的电磁场，qE＝qvB时，故D对．
【规范解答】
(1)设粒子过 N点时的
v0 速度为v，有 ＝cos θ v 则v＝2v0 粒子从M点运动到N点的过程，有 1 2 1 2 qUMN＝ mv － mv0 2 2 3mv 2 0 则UMN＝ . 2q
(2)粒子在磁场中以 O′为圆心做匀速圆周运动，半径为 mv2 2mv0 O′ N，有 qvB＝ ，所以 r＝ . r qB (3)由几何关系得 ON＝ rsin θ 设粒子在电场中运动的时间为 t1，有 ON＝ v0t1， 3m 可解得 t1＝ qB 2πm 粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期 T＝ qB
图 5－6－10 A．质谱仪是分析同位素的重要工具
B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 C．能通过狭缝 P的带电粒子的速率等于 E/B D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝 P，粒子的荷质 比越小
【解析】
因同位素原子的化学性质完全相同，所以无
法用化学方法进行分析，质谱仪是分析同位素的重要工具， A正确．在速度选择器中，带电粒子所受电场力和洛伦兹力 在粒子沿直线运动时应等大反向，结合左手定则可知 B正 确．再由 qE＝ qvB有 v＝E/B， C正确．在匀强磁场B0中R＝ mv v q ，所以 ＝ ， D错误． qB0 m B0R

物理学与现代高科技
主要内容
一、物理效应及其技术应用 二、几个主要的物理技术系统 三、物理学与现代高新技术 四、物理学与高科技发展的典型案例 五、物理学与高科技发展的回顾与展望
一、物理效应及其技术应用
1、光电效应
光照射到某些物质上，引起物 质的电性质发生变化，也就是 光能量转换成电能。这类光致 电变的现象被人们统称为光电 效应（Photoelectric effect）。
Edwin Hall（1855～1938）
霍尔效应原理
当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂 直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电 势差，这一现象便是霍尔效应。这个电势差也 被叫做霍尔电势差。
一、物理效应及其技术应用
4、 磁电效应
巨磁阻效应GMR （Giant Magneto Resistance） 所谓巨磁阻效应，是指磁性材料的电阻率在有外磁场 作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。
其余的到达地球表面， 其功率为8×105亿kW， 太阳每秒钟照射到地球 上的能量就相当于燃烧500万吨煤释放的热量。
太阳能电池：对光有响应并能将光能转换成 电力的器件，如硅、砷化镓等
原理：光→硅原子→电子跃迁→电位差→电流
氢能在二十一世纪有可能在世界能源舞台上成为一 种举足轻重的二次能源。
其主要优点有： 燃烧热值高，每千克氢燃烧后的热量，约为汽
物理学与高新技术群体的关系
物理学的发展，促进了技术的发展，引 发了一次又一次的产业革命。现代物理学更 是成为高新科技的基础。
例1、物理学与能源技术
能源危机 （1）太阳能 （2）氢能 （3）原子能
（4）水能
太阳能电池
都与太阳能有密切关系
能源类型 一次能源 二次能源 可再生能源 非再生能源

物理学的发展对于现代科技的发展起到了重要的推动作用，许多现代科技产品和 技术都离不开物理学的理论和应用，如电子学、光学、激光技术、材料科学等。
02
现代科技简介
现代科技定义与分类
定义
现代科技是指近现代以来，通过运用 科学知识和技术手段来推动社会发展 和进步的综合性领域。
分类
现代科技涵盖了众多领域，如信息技 术、生物技术、新材料技术、新能源 技术等。
物理学的研究范围非常广泛，包括力学、热学、光学、电磁 学、原子核物理等多个领域，这些领域之间相互渗透、相互 促进，形成了完整的物理学体系。
物理学发展历程
物理学的发展经历了多个阶段，从早期的经典物理学，到20世纪初的相对论和量 子力学，再到现代的宇宙学和粒子物理学等，物理学不断拓展研究领域和深化理 论体系。
物理学的理论成果为新技术的发展提供了理论基础，如量子力学和相对论对现代通信和能 源技术的推动。
物理学家对科技发展的贡献
许多物理学家在科技领域做出了重要贡献，如爱因斯坦对相对论的贡献，以及量子力学的 开创者们对现代信息技术的推动。
物理学的实验方法促进技术创新
物理学的实验方法和手段为技术创新提供了重要支持，如粒子加速器和实验室为新材料的 研发提供了平台。
通信技术
物理学在通信技术中发挥了重要作用，如光纤通信、无线通信、卫星通信等。这些技术的应用极大地提高了信息传输 的速度和质量，促进了全球信息交流和经济发展。
显示技术
物理在显示技术中也有广泛应用，如液晶显示、等离子显示、有机发光二极管显示等。这些显示技术为 人们提供了清晰、逼真的视觉体验，广泛应用于电视、电脑、手机等电子产品中。
现代科技发展历程
19世纪末至20世纪初
20世纪末至今

物理学和现代科学技术的关系黄印旻 10212065 物理学是研究物质结构和相互作用以及它们运动规律的科学，是一切自然科学的基础。

因而，它的历史也是源远流长。

中国作为四大文明古国之一，在所有的科学文化领域都有着辉煌的成就，物理学更是如此。

我国的四大发明输入欧洲,对欧洲的文艺复兴运动起到临产催生的作用,为欧洲科学文化带来了黎明。

12世纪，造纸术传到欧洲；13-14世纪,火药、指南针相继在欧洲得到推广使用；15世纪,印刷术传到欧洲。

四大发明中，指南针促进欧洲航海事业与探险事业的发展；火药成为消除欧洲各地封建割据的有力武器；造纸术和印刷术使欧洲科学文化得到迅速普及与提高,为新教创造了良好科学文化交流条件。

由此可见，尽管物理学的发展是由欧洲主导，但我国对于欧洲物理学，对于世界物理学的发展起到了源头上的推动作用。

欧洲毫无疑问作为物理学大发展的“主阵地”，它的发展可以大致可以分为三个阶段。

古典物理时期，欧洲物理学开始萌芽。

那时，物理知识一部分包含在哲学中，一部分包含在各种技术中。

这一时期的物理学有如下特征：在研究方法上主要是表面的观察、直觉的猜测和形式逻辑的演绎；在知识水平上基本上是现象的描述、经验的肤浅的总结和思辨性的猜测；在内容上主要有物质本原的探索、天体的运动、静力学和光学等有关知识，其中静力学发展较为完善；在发展速度上比较缓慢，社会功能不明显。

而近代物理学时期，主要是经典物理学的诞生、发展和完善。

此时，物理学已与哲学分离，走上独立发展的道路，迅速形成比较完整严密的经典物理学科学体系。

它的特征有：在研究方法上采用实验与数学相结合、分析与综合相结合和归纳与演绎相结合等方法；在知识水平上产生了比较系统和严密科学理论与实验；在内容上形成比较完整严密的经典物理学科学体系；在发展速度上十分迅速，社会功能明显，推动了资本主义生产与社会的迅速发展。

在现代物理学时期，物理学真正诞生并取得了革命性的发展。

物理学的研究领域得到巨大的拓展，实验手段与设备得到前所未有的增强，理论基础发生了质的飞跃。

压电效应
正压电效应和逆压电效应
当作用力方向改变时, 电荷的极性也随之改变。 这种 机械能转为电能的现象, 称为“正压电效应”
当在电介质极化方向施加电场, 这些电介质也会产生变 形, 这种现象称为“逆压电效应”（电致伸缩效应）。可将 电能转换为机械能。具有压电效应的材料称为压电材料, 压 电材料能实现机—电能量的相互转换。
直接来自自然界 化石燃料、太阳
而未经加工转化 能、核能、生物
的能源
燃料、水能
由一次能源直接 电能、煤气、汽
或间接转化而来 油、沼气、氢能
的能源
等。
不随其本生的转 太阳能、生物能、
化或被人利用而 水能、风能、地
减少的能源
热能等
人类随其本身的 化石燃料、核燃 转化或的利用而 料等 减少的能源
1/20亿到达地球大气层 30%被大气层反射， 23%被大气层吸收，
物理学与现代高科技
主要内容
一、物理效应及其技术应用 二、几个主要的物理技术系统 三、物理学与现代高新技术 四、物理学与高科技发展的典型案例 五、物理学与高科技发展的回顾与展望
一、物理效应及其技术应用
1、光电效应
光照射到某些物质上，引起物 质的电性质发生变化，也就是 光能量转换成电能。这类光致 电变的现象被人们统称为光电 效应（Photoelectric effect）。
超声波探测器
超声波探测
超声波清洗器
超声波焊接器
二、几个主要的物理技术系统
5、激光技术
激光是20世纪60年代的新光源。由于激光具有方 向性好、亮度高、单色性好等特点而得到广泛应用. 利用激光特性发展起来的技术系统叫做激光技术。主 要包括：① 激光检测技术（激光测距、激光测速）

谢谢！
86
物理学与现代高科技
11、不为五斗米折腰。 12、芳菊开林耀，青松冠岩列。怀此 贞秀姿 ，卓为 霜下杰 。
13、归去来兮，田蜀将芜胡不归。 14、酒能祛百虑，菊为制颓龄。 15、春蚕收长丝，秋熟靡王税。
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华

1.1 科学

科学和文化一样，是个难以界定的名词，人们更多
地是从一个侧面对其本质特征加以揭示和描述。以英国
著名科学家J．D． 贝尔纳·（1901—1971）为代表的
科学家们认为，科学在不同时期、 不同场合有不同意
义。科学有若干种解释，每一种解释都反映出科学某一 方面的本质特征。到目前为止，也还没有任何一个人给
钋与镭两种放射性元素相继发现是物理学史上、甚至
是科学史上空前伟大的发现，从此，开辟了放射性科学的 新园地，同时也开创原子物理学新纪元。居里夫妇及贝克 勒尔共同荣获1903年度的诺贝尔物理学奖。
2.三次技术革命
17
理论基础：
1900年德国物理学家普朗克从热辐射和原子光谱的 关系中，建立了量子论。它的对象是原子、分子、以及其 他粒子，是研究物质结构的理论基础。
物理学基础与前言专题 课程
1

物理学是基础学科，每一次物理学中的重大发现都
对科学技术的发展和更新都有深远的影响，反过来，科学
技术的发展都需要物理学基础知识和前言知识。
科学技术与社会经济密切相关，物理学更是如此，因 此，对物理学的发展的前沿问题的讨论，应当放在社会经 济发展的背景下来考察 。
2
1.科学技术
1.科学技术
4
康德拉季耶夫的资本主义经济“长波理论”
“长波理论” 是1926年俄国经济学家康德拉季耶夫 提出的一种为期50-60年的经济周期。该周期理论认为， 从18世纪末期以后，经历了三个长周期。 第一个长周期 从1789年到1849 年，上升部分为25年，下降部分35 年，共60年。第二个长周期从1849年到1896 年，上升 部分为24年，下降部分为23 年，共47年。第三个长周期 从1896年起，上升部分为24年，1920年以后进入下降 期。

潮汐能：利用潮汐 的涨落来驱动涡轮 机产生电能
牛顿第三定律：在 航空航天中，牛顿 第三定律起着至关 重要的作用，它解 释了作用力和反作 用力的关系，使得 火箭能够通过喷射 燃料来获得向前的
推力。
添加标题
空气动力学：飞 机和火箭的设计 必须遵循空气动 力学的原理，以 减少阻力和提高
飞行效率。
添加标题
医学成像：核磁共振、超声等医学成像技术，利用物理原理实现无创、精准的疾病诊断。
航空航天：卫星轨道、火箭推进等物理原理在航空航天领域的应用，使人类能够探索宇宙的更远区域。
量子计算：利用量子力学原理，实现更高效、更快速的计算 人工智能：基于物理原理的算法和模型，推动人工智能技术的进一步发展 新能源技术：利用物理原理，开发更高效、更环保的能源转换和存储技术 生物医学：利用物理原理，开发更精确、更安全的医学诊断和治疗技术
桥梁设计：桥梁的结构设计需充分考虑力学（应力与应变）原理，以确保其安全性和稳定性。 机械制造：各种机械设备的运转都依赖于力学（运动和力）原理，如汽车发动机、钟表等。 航空航天：飞行器的起飞、飞行和着陆过程中，力学（空气动力学）原理起到关键作用。
热传导：在现代科技中，热传导原理广泛应用于电子设备的散热设计，如计算机芯片和 服务器。
物理原理在解决现代科技问题中发挥了重要作用，为解决实际问题提供了有效的方法和手段。 物理原理在现代科技中的应用，促进了各领域的交叉融合和创新，推动了科技的整体发展。
能源领域：核能、太阳能等利用物理原理的能源技术，为人类提供清洁、可持续的能源。
通信技术：光纤通信利用光的干涉、衍射等物理原理，实现高速、大容量的信息传输。
电子设备中的电路设计原理
电子设备中的电磁波传播原 理
电子设备中的材料物理性质

( 5 ) 物理学是哲学和方法论的基础 物理学每个新的概念和规律的确立，都是人类认识史上的一个飞跃. 牛顿划时代的 名著叫《自然哲学的数学原理》 、牛顿颗粒学说和惠更斯波动学说发展为德布罗意 关于物质的波粒二象性学说、爱因斯坦的相对论时空观、普朗克的量子概念等, 都 成为当代哲学的认识论基础.
绪论 第17页/共36页
电视扫描周期
10-3
10-第2514页/共3Z60页粒子寿命
● 空间尺度
距离（米）
1027
哈勃半径（～150 亿光年）
1021
银河系（～10 万光年）
1012
太阳系（～1 光小时）
1 10-3
人 DNA 长度
10-7
纳米
10-9
纳米
10-10
原子
10-15
原子核
＜ 10第-1715页/共3e6,页z0, w±,ν
物理学的发展规律：
寻求最简单的基本原理，解释最普遍的客观事实。 随着研究的深入而不断综合, 建立大统一理论，
寻找总开关
奥克姆准则：越接近真理，基本定律就越简单！
第12页/共36页
物理学的研究范围与分类：
（1）经典物理学----力、热、光和电磁学 研究对象：宏观物体（大小 >> 原子尺度） 低速运动物体（速度 << 光速）
* 何谓“高新技术材料”?
高深和远离日常生活经验 时代性，社会性 核技术(曼哈吨计划) 航天技术 半导体微电子技术 纳米科技 能源技术 生物技术等
绪论 第18页/共36页
二、 物理学与”高新技术材料”的关系．
以电磁现象的探索为例:
吉尔伯特 (英国,1544年), 发现琥珀等物体经摩擦,会吸引纸片等细小物体, 创造了名词: