普通物理学绪论40页PPT

相对论与宇宙学研究
相对论
相对论是爱因斯坦提出的经典理论，描述了 引力和相对速度对时空的影响。未来的研究 将进一步探索相对论的预言和推论，例如引 力波探测和黑洞性质等，并寻求将相对论与 其他物理理论统一起来。
宇宙学
宇宙学是研究宇宙起源、演化和终极命运的 科学。未来的研究将致力于揭示宇宙的起源 和演化过程，包括宇宙大爆炸、星系形成、 恒星演化等，以及探索宇宙中存在的未知物
质和能量形式。
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生物医学
医学影像
放射治疗
物理学在医学影像技术中发挥了重要作用 ，如X射线、CT、MRI等影像设备的研发和 应用。
放射治疗是治疗肿瘤的重要手段之一，物 理学在放射源的选择、剂量控制和设备研 发方面有重要作用。
生物力学
生物传感器
生物力学研究生物体的力学性质和行为， 在生物医学工程、康复医学等领域有广泛 应用。
数学建模法
要点一
总结词
用数学语言描述物理规律和现象
要点二
详细描述
数学建模法是物理学研究中不可或缺的方法之一。它通过 建立数学模型来描述物理规律和现象，将物理问题转化为 数学问题，以便进行定量分析和计算。数学建模法在物理 学中广泛应用于各种领域，例如力学、电磁学、量子力学 和宇宙学等。通过数学建模法，可以更深入地理解物理规 律的本质，预测新现象并解决复杂问题。
理论推导法
总结词
通过数学模型和理论公式推导结论
详细描述
理论推导法是物理学研究中另一种重要的方法。它基于对物理现象的深入理解，通过建 立数学模型和理论公式来描述物理规律和现象。然后，通过逻辑推理和数学计算，从已 知的基本原理出发，推导出新的结论和预测。理论推导法的准确性和可靠性取决于理论

现代的科学的自然观，宇宙观和辩证唯物主义世界观；
培养探索、创新精神和创新能力，科学思维能力等方面
有决定性的影响和重要作用。大学物理课程在应用型人
才的培养中进行科学素质的培养是其他课程不可替代的。
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大学应用物理
三、物理学在科学技术中的应用
人类社会的发展与物理学的进步有密切的关系： 热学、热力学的研究和建立：蒸汽机的发明和广泛应用；
出版社； [5] 程守洙.《普通物理学》.人民教育出版社； [6] 《大学物理学》 吴百诗主编 ，西安交通大学出版社； [7]王小力、张孝林、徐忠锋主编.《大学物理典型题解题思路与技
巧》.西安大学出版社。 [8]攀枝花学院的网络学堂、大学应用物理省级精品课程网、国家级精
吕课程网。 [9]大学物理11教学大纲和考核大纲。
伽利略的科学思想方法:观察 假设 数学和逻辑手 段推论 实验 对假设进行修正和推广等.
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二、物理学课程的地位与作用

物理学既是人类知识的结晶，又是新技术的重要
母体。它的基本原理渗透在自然科学的各个领域，应用
于生产技术的许多部门，是自然科学和工程科学技术的
基础。

大学物理作为一门重要的公共基础课程，它在培养
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大学应用物理
五、大学物理课程教学内容和学时安排（72学时）
大学物理11（36学时）
第1章：质点的运动与牛顿定律（8学时）
第一篇 经典力学（16学时）
第3章：能量定理和守恒定律（7学时）
第5章：气体分了动理论（4学时）
第二篇 热学基础（12学时） 第6章：热力学基础（8学时）
第三篇 电磁学（24学时）： 第7章：电场（9学时）

非弹性碰撞
碰撞后系统动能不守恒，部分机械 能转化为内能，损失了机械能。如 湿纸或橡皮泥的碰撞等。
完全非弹性碰撞
碰撞后两物体粘在一起运动，动能 损失最大，机械能损失也最大。
能量守恒定律
定律表述
自然界中的一切物质都具有能量，能量既不能创 造也不能消灭，而只能从一种形式转换成另一种 形式，从一个物体传递到另一个物体；在转化和 传递过程中能量的总量保持不变。
大学物理的学习方法和要求
掌握基本概念和基本规律
注重实验和实践
学习大学物理首先要掌握基本概念和基本 规律，理解它们的物理意义和适用范围。
大学物理实验是学习物理学的重要环节， 通过实验可以加深对物理概念和规律的理 解，培养实验技能和动手能力。
培养物理思维
拓宽知识面
学习大学物理要注重培养物理思维，即运 用物理学的方法和观点去分析和解决问题 的能力。
热力学第二定律的表述及实质
表述
实质
应用
热力学第二定律有多种表述方式，其 中最著名的是开尔文表述和克劳修斯 表述。开尔文表述指出，不可能从单 一热源吸取热量，使之完全变为有用 功而不产生其他影响。克劳修斯表述 指出，热量不可能自发地从低温物体 传到高温物体而不引起其他变化。
热力学第二定律的实质是揭示了自然 界中一切与热现象有关的宏观过程都 具有方向性，即不可逆性。这种方向 性是由系统内部的微观状态数目的变 化所决定的，也就是由系统的熵增原 理所决定的。
循环过程卡诺循环
01
02
定义
工作原理
卡诺循环是一种理想的可逆循环，由 两个等温过程和两个绝热过程组成。 它是热力学第二定律的出发点，也是 热机效率的理论极限。
卡诺循环通过高温热源吸收热量，在 低温热源放出热量，并对外作功。其 效率只与高温热源和低温热源的温度 有关，而与工作物质无关。

40
解决许多理论和实验上的疑难问题
硅表面77重构图象
“原子和分子的观察与操纵” -- 白春礼 图2 插页彩
41
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
42
He proposed that only certain orbits for the electron are allowed
Bohr’s Empirical Explanation
Electrons can only take discrete energies (energy is related to radius of the orbit)
What is a Galaxy?
If our solar system was only the size of a cell in the human body, our galaxy would still measure over one mile across.
宇宙从哪里来?又向何处去?
欢迎大家进入物理世界
绪论 Introduction
一、为什么要学习物理学？ 1.Physics：研究物质的基本结构、相互作用和物质最基本、 最普遍的运动形式及其相互转化规律的学科。 是自然科学的许多领域和工程技术的基础。 In short：探讨物质基本结构和运动最基本规律 Come from a Greek term physis meaning nature 内容：力学、热学、声学、电磁学、光学、相对论、量子力 学、核物理与粒子物理、天体物理等(按研究领域分类)

对实验数据进行处理和分析，得出结论。
对实验结果进行总结和评价，提出改进意 见。
实验数据的处理与分析
01
数据清洗
去除异常值、缺失值和重复值，确 保数据质量。
数据分析
运用统计分析方法，挖掘数据中的 规律和趋势。
03
02
数据变换
对数据进行标准化、归一化等变换 ，以便更好地进行数据分析。
数据可视化
将数据以图表、图像等形式呈现， 以便更好地理解和解释数据。
牛顿第二定律
物体的加速度与所受外力 成正比，与质量成反比， 计算公式为$F = ma$。
动量与动量守恒定律
动量
描述物体运动状态的物理量，计算公 式为$p = mv$。
动量守恒定律
在没有外力作用的情况下，系统内各 物体动量之和保持不变。
能量与机械能守恒定律
能量
描述物体做功本领的物理量，有多种形式，如动能、势能、 内能等。
物理学的研究范围涵盖了从基本粒子、原子、分子到宇宙尺度的各个层次，是一门 基础而广泛的学科。
物理学的发展推动了其他科学和技术的进步，对人类社会的科技、经济、文化等方 面产生了深远影响。
物理学的重要性
物理学是现代科技发展的基础 ，许多科技领域的突破都源于 物理学的研究成果。
物理学在能源、通信、材料、 航空航天等领域的应用，为人 类带来了巨大的便利和进步。
能量分析的方法
能量分析
根据物体的能量变化，分析物体的运动过程 。
动能定理
分析物体动能的变化和合外力的功的关系。
机械能守恒定律
分析物体在只有重力或弹力做功的情况下的 机械能变化。
热力学第一定律
分析物体的内能变化和热力学过程。
光学、电磁学问题的解题技巧

大学物理学
第四版
绪论
• 一 、物理学简介 • 二 、为什么学？ • 三 、学什么？ • 四 、怎么学？
一、物理学简介
1. 什么是物理学 物理学是研究物质结构、相互 作用和运动形态的基本规律的科学。
2. 物理学的基本理论
经典力学 （17世纪），牛顿
经
典 物
热学
（18~19世纪），卡诺、焦耳、克劳修斯、 麦克斯韦、玻耳兹曼等
理 电磁学 （19世纪），库仑、安培、奥斯特、
法拉第、麦克斯韦等
近 代
相对论
（20世纪初），爱因斯坦
物 理 量子力学 （20世纪），玻尔、普朗克、德布罗意、
海森伯、薛定谔等
3. 物理学的研究对象
空间尺度：
质子 （10-15 m） 基本粒子
哈勃半径 超星系团
1027
星系团
原子核
10-15
1024
银河系
和谐统一
ppt课件.
24
四、怎样学习大学物理
一、与中学的物理课比较
1. 是物理学的又一次更深的循环
概念深化 知识扩展 理论性增强
ü物理模型。如：质点、刚体…… ü物理条件。如：守衡条件 ü文字解与结果分析。
ppt课件.
25
2. 高等数学的运用
矢量与标量； 矢积与标积； 坐标分解； 微分；微元； 线积分……
2. 物理框架： 知识结构、知识的来龙去脉、知识的相 互联系
3. 物理思路： 如何观察、分析、思考、研究、处理问题
4. 物理方法： 科学就是一种方法
5. 体会和欣赏物理学中的真、善、美
★ 物理学之美
• 物理学的本质是真－客观规律、真理 • 物理学的价值是善－能够造福人类 • 物理学的追求是美－简洁明快，均衡对称，

现代物理学
以相对论和量子力学为代表，揭示了 微观世界和高速运动物体的规律。
经典物理学
以牛顿力学、热力学和电磁学为代表 ，建立了完整的经典物理理论体系。
大学物理学的课程目标
01
掌握物理学的基本概念和基本原理
通过学习大学物理课程，使学生掌握物理学的基本概念和基本原理，为
后续专业课程的学习打下基础。
02
气体动理论
气体分子运动论的基本假设
气体由大量分子组成，分子之间存在间隙；分子在永不停息地做无规则运动；分子之间存 在相互作用的引力和斥力。
气体压强与温度的微观解释
气体压强是由大量分子对容器壁的频繁碰撞产生的；温度是分子平均动能的标志。
气体动理论的应用
气体动理论可以解释许多宏观现象，如气体的扩散、热传导等。同时，它也为研究其他物 质的微观结构提供了重要的思路和方法。
物理学的研究方法
观察和实验
01
通过观察自然现象和进行实验研究，获取物理现象的数据和信
息。
数学建模
02
运用数学工具对物理现象进行描述和建模，以便更深入地理解
物理规律。
理论分析
03
通过逻辑推理和演绎，对物理现象进行深入分析，揭示其内在
规律。
物理学的发展历史
古代物理学
以自然哲学为主要形式，探讨宇宙的 本质和构成。
位置矢量的定义、位移的计算、路程与位移 的区别。
02
速度与加速度
平均速度与瞬时速度、平均加速度与瞬时加 速度、速度与加速度的矢量性。
04
03
01
牛顿运动定律
1 2
牛顿第一定律
惯性定律、力的概念、力的性质。
牛顿第二定律
动量定理的推导、质点系的牛顿第二定律。

大 道 致 远
第一次技术革命 川 在十七、八世纪，牛顿力学和热力学的发展，顺应了第 一次技术革命的需要，其主要标志是蒸汽机的发明、改进 和广泛应用，用机器代替人的劳动，人类的劳动生产力第 一次获得解放。当然第一次技术革命反过来也促进了经典 物理学的发展.
海 南 大 学
00绪论-物理学与人类文明
海 纳 百 川
远
近代物理 高新技术 第三次工业革命 (1940年)
物理学是人才培养所必需的基础理论。
海 南 大 学
00绪论-物理学与人类文明
海 纳 百
物理学所研究的是物质运动最基本最普遍的 形式，因而物理学是自然科学中最基础的学科。 物理学中的发现、发展以及它所建立起来的概念、 规律曾经推动了技术革命的到来和发展。世界三 次大的技术革命可以说是在物理学发展的基础上 开花结果的。
第二次技术革命 十九世纪二十年代，以电机的发明和电力的 使用为标志，产生了第二次技术革命，开始了电 气化时代。没有电、磁学理论和实验为基础，产 生大规模的电气化是不可想象的。正是麦克斯韦 建立了电磁理论，预言了电磁波的存在，然后得 到实验验证，才发展起了无线电技术，才有现在 的卫星通信，移动通讯等。
+奖励加分 -违规扣分（注低于50分者以卷面成绩算） 1.作业缺一次减4分，迟交减2分 2.旷课一次减10分；有事者可以请假，请假者不扣平时成绩，但必须 在抽查人数之前请假。 3.课堂作业表现好，能提出好问题的适当加分。
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大 道 致 远
00绪论-物理学与人类文明
考试题型
海 纳 百 川
大 道 致 远
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海 纳 百 川
国际物理年

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世界上最细的纳米导线
澳大利亚和美国科学家组成的研究团队1月６日在《科学》杂志上报
告说，他们成功设计出迄今世界上最细的纳米导线，厚度仅为人类头
发的万分之一，但导电能力可与传统铜导线相媲美。这项技术有望应
用于量子计算机研制领域。
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癌症干细胞
很多时候，那些似乎已经被治疗消灭的癌症又会卷土重来。一些科学家将此
能够把物理学的思想、观点、规律和方法运用到工 程技术的实际中； --------- （解决问题）
注意物理学的发展，不断探索如何把物理学的新成果 引入到工程技术中。-------- （不断创新）
.
五、 怎样学好物理学？
1. 树立信心，正面思想 2. 沉心静气，看书思考 3. 课前预习，课堂笔记 4. 课后复习，认真作业
星图像。
.
人造大脑
数码眼睛——视觉输入 机械臂——绘制出它对视觉输入 作出的反应。
这个模拟大脑非常先进，甚至 能通过IQ测试的基本测试。
由250万个模拟神经元组成，它 能执行8种不同类型的任务。这些 任务的范围从描摹到计算，再到 问题回答和流体推理，可谓五花 八门。测试期间，科学家亮出一 系列数字和字母，让Spaun记入 储存器，然后科学家亮出另一种 字母或符号，作为指令，告诉 Spaun借助它的记忆力做什么。
工
程
机械控制 电学
电力机械
人类利益
学应 用
解人
定 性 的
类 理
数和
定
美
量
学
的
生
化
物 物理 学
自然法则
.
➢物理学的研究方法
演绎法
－基本定律 推理 、演算 新理论
归纳法
－归纳实验或观测事 实 假设、模型 新理论

否認具體事物具體分析的必要性和可能性，有神秘主義 和不可知論的傾向。
結束語：
“科學是一種方法。它教導我們：一些事物是怎樣被瞭 解的，什麼事情是已知的，現在瞭解到了什麼程度，如何 對待疑問和不確定性，證據服從什麼法則；如何思考事物， 做出判斷，如何區別真偽和表面現象”。
——R.P費曼
“我從不迷信權威，但命運捉弄了我——我自己變成了 權威”
太陽
DNA長度
山
伽利略的研究方法
觀察現象
提出假設
進行數學和邏輯推理
實驗驗證
形成理論
開創了科學實驗方法，並將實 驗、觀察和理論思維相結合。
提出了思想實驗。
伽利略在解釋其觀察結論
愛因斯坦評價他說：“伽利略的發現以及他所 用的科學推理方法是人類思想史上最偉大的成就之 一，而且標誌著物理學真正的開端。”
★ 速率範圍 0(靜止) —— 3x108 m/s(光速)
不同尺度和速度範圍的對象要用不同的物理學研究
的物質世界
粒子 原子核
原子 最小的細胞
ν e W Z0
微
1015
1027 1024
1021
宏
宇 觀
1018
1015
1012 觀
觀
1012
109 介
109
106 觀
106
103 1m 103
Hubble 半徑 超星系團 星系團 銀河系 最近 星距 太陽系
相對論（Relativity）研究高速運動、引力、 時間和空間等等
量子力學（Quantum mechanics）研究微觀 世界
▲物理學在不斷發展
★前沿：
粒子物理，宇宙學，高溫超導，光子學， 微結構物理，混沌，複雜 ......

1026 m(约150亿光年)(宇宙)10－20 m(夸克)
➢时间尺度(相差1045)
1018s150亿年(宇宙年龄)10-27s(硬射线周期)
➢速率范围
0(静止)3108 m/s(光速)
➢粒子数目
1(单粒子系统)6.02可1编辑0课2件3以上(复杂系统)
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9. 物理学不断寻求统一理论的历史:
➢牛顿：力学（地上和天上） ➢麦克斯韦：电学、磁学与光学 ➢温伯格等：弱电统一理论
要与综合系,统的方法相结合 按照研究方式分类：
实验物理: 发现新现象、规律，验证理论
理论物理: 构造理论，解释实验，预言新现象
计算物理: 数值解，数据采集与处理，数学模拟
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22
2. 学习方法
物理概念: 内容,形成，适用范围，成立条件 物理图象: 用于类比、直观化、定性分析
物理思想: 形成过程中的思维方式，充分重视!
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6
• 天下万物生於有，有生於无[40]。
• 道生一。一生二。二生三。三生万物。万 物负阴而抱阳，冲气以为和[42]。
• 天地相合以降甘露[32]
(霍金也说宇宙生于无)
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7
二. 物理学与物质世界
1. 什么是物理学？
早期：自然哲学（Physics = 希腊: 自然）
现在：研究物质结构、相互作用及其基本运动规律。 ➢ 是整个自然科学的基础。
是更高级运动形式的基础(生命、遗传、思维等).
7. 如何描述缤纷复杂的物质世界？
物理学家：
➢物质世界是分层次的
➢自然界是一个内部存在普遍规律的统一体.
理想：探索整个物质世界统一自洽的基本规律.
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3 学习内容
3.1 物理学的基本原理、基础知识 3.2 物理学在科学和技术中的应用 3.3 科学方法和创造性思维（图3）
4 怎样学好
4.1 严守纪律 4.2 认真配合老师 4.3 课堂与课外有机结合（t外>=2t内) 4.4 兴趣学习（图4）
5 计分原则
交作业：少交一次扣1分； 不认真扣1分
平时成绩（30％） 签到：缺席一次扣1分 (两次迟到算缺席一次）
总 成 期末成绩（70％） 纪律：被点名一次扣5分 绩
附加成绩（0-5分）
5 大学物理学教材结构
普通物理
力学(1-3) 热学(4-6) 振动与波动(12，13，14) 波动光学(15，16) 电磁学(7，8-11) 量子论(10-13)
预祝配合愉快！ 谢 谢！！
图1：物理学在科学中应用的几个例子
普通物理学
第零章 绪 论
1 学习的必要性
1.1 物理学是自然科学的核心学科 （图1）
1.2 技术发展的推动力 1.3 学习的基础
（图2）
1.4 在生活中的应用
等等
2 物理学研究的内容
2.1 物质结构：实物； 场 2.2 物质间相互作用：引力、电磁、强、
弱相互作用 2.3 物质运动：物质的波粒二象性
迈克尔逊干涉仪
电子扫描隧道显微镜
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哈勃望远镜
下页1
追综卫星的激光测距仪
下1
斯坦福直线加速器
中国环流器一号
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图2：物理学在技术中的分形图
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图3：一些物理学家的照片 下3
图4：一些干涉、衍射图样 4下页

第一，线性现象一般表现为时空中的平滑运动， 并可用性能良好的函数表示；而非线性现象则表现为 从规则运动向不规则运动的转化和跃变．
第二，线性系统往往表现为对外界的影响成比例 地变化；而非线性系统中参量在一些关节点上的极微 小变化，可引起系统运动形式的决定性改变。
第三，反映在连续介质中的波动上，线性行为表 现为色散引起波包的弥散，导致结构的消失，而非线 性作用却可促使空间规整性结构的形成和维持．
自然界大量存在的相互作用是非线性的，线性作用 只不过是非线性作用在一定条件下的近似．
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二、混沌和牛顿力学的内在随机性
1.混沌 由确定性方程描述的简单系统可以出现极为复杂
的貌似随机的无规运动，这就是混沌． 常见的混沌想象
(1)天体力学中的地球上流星的起源问题 太阳系的小行星大部分存在与火星与木星之间，
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我们以湍流的形成为例进行说明． 湍流现象是种混沌，它普遍存在于行星和地球大
气、海洋与江河、火箭尾流乃至血液流动等自然现象 之中.流体的运动一般用确定性的流体力学方程描述.
当流体绕过圆柱体流动 时，随着表征流体中外力 与黏性力竞争的雷诺数的 不断增大，当雷诺数达到 某个临界值时，流动中就 出现湍流.当雷诺数Re<1时 ，流动情形如图 (a)所示.增 大流速，使雷诺数Re≈20时, 可看到圆柱体后面出现两 个对称的涡旋，如图(b)
若系统表现为周期运动，那么系统就只有很少 的运动模式，无法应付多变的环境中所出现的种 种突变，这会导致系统损伤和功能失调。
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2.内随机性
随机性：在一定条件下，如果系统的某个状态 既可能出现，也可能不出现。
外随机性 系统自身不会出现随机性，随机性来 自系统外部或某些尚不清楚的原因的 干扰作用。