中国科学技术大学 《普通物理》多媒体电子教案 (力学) 张璞扬张权制作 中国科学技术大学《基础物理教程》课题组
1 中国科学技术大学 《普通物理》多媒体电子教案 张璞扬 张权 制作 中国科学技术大学《基础物理教程》课题组 （力学）
我曾对中国科技大学的同学们提出过“三PNNb Perception, Persistence, Power 意思是:直觉,坚持,力量。要有科学的 直觉意识去创造,用坚持不懈的努力去奋以, 以扎实的知识力量去克服困难。 杨振宁
2 我曾对中国科技大学的同学们提出过“三P” ： Perception， Persistence， Power 意思是：直觉，坚持，力量。要有科学的 直觉意识去创造，用坚持不懈的努力去奋斗， 以扎实的知识力量去克服困难。 杨振宁
绪论 目录 1、物理学与物质世界 2、物理学与科学技术 3、物理学与科学思维 4、悟物穷理
3 绪 论 目 录 1、物理学与物质世界 2、物理学与科学技术 3、物理学与科学思维 4、悟物穷理
()物理学与物质世界 物理学是探讨物质结构和相互作用以及它们的运 动规律的学科,是自然科学的基础。 物质世界 物理学的骄傲在于研究对象无所不包,大至宇宦,小至 原子内部(宇观、宏观、介观、微观)。 ☆空间尺度(相差1045-104) 1026m(约150亿光年宇宙)-10-20m(夸克) 时间尺度相差1045): 1018(150亿年,宇宙年龄)-1027s(硬?射线周期) 速率范围 0(静止)-3×10°m/(光速)
4 一、物质世界 物理学的骄傲在于研究对象无所不包，大至宇宙，小至 原子内部(宇观 、 宏观 、介观、微观)。 物理学是探讨物质结构和相互作用以及它们的运 动规律的学科，是自然科学的基础。 ❖ 时间尺度(相差1045)： ❖ 空间尺度(相差1045－1046)： ❖ 速率范围： 1018s (150亿年, 宇宙年龄) － 10-27s(硬 射线周期) 1026 m(约150亿光年, 宇宙)－10－20 m(夸克) 0(静止) - 3108 m/s(光速) ㈠ 物理学与物质世界
物质世界总图象: 今人们从自己向小尺度追问 探索物质的组成,物理学上对应粒子物理学微观理论) 粒子物理的标准模型泪目前,粒子物理的所有观测结果 都可以用存在三族基本粒子(夸克、轻子、规范玻色子) 和三种(或四种)基本相互作用来解释。 今人们从自己向大尺度追问 探索宇宙的奥秘,物理学上对应天体物理学宇观理论) 宇宙是怎样运动的呢?宇宙有限又无边有中心?无中心? 宇宙学的标准模型:大爆炸宇宙学 从整个物理学的发展中,可以看到一条鲜明的主线,这 就是执着地追求宇宙的统一,找寻支配宇宦万物的最基本、 最统一的规律
5 物质世界总图象： 从整个物理学的发展中，可以看到一条鲜明的主线，这 就是执着地追求宇宙的统一，找寻支配宇宙万物的最基本、 最统一的规律. 探索物质的组成 , 物理学上对应粒子物理学(微观理论) ❖ 人们从自己向小尺度追问 粒子物理的标准模型 :目前，粒子物理的所有观测结果 都可以用存在三族基本粒子（夸克、轻子、规范玻色子） 和三种（或四种）基本相互作用来解释。 ❖ 人们从自己向大尺度追问 探索宇宙的奥秘, 物理学上对应天体物理学(宇观理论) 宇宙是怎样运动的呢？宇宙有限又无边!有中心？无中心？ 宇宙学的标准模型:大爆炸宇宙学
天体物埋两大尖端紧密衔接 星系 早 粒子/如 宇观 微观) 15 太阳系 原子核 地球 原子 山 〈介观)DNA 人 宏观
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三、物理学使人们深入认识世界 今物质存在的基本形式 场与粒子是统一体的两种表现形式; 场论给出最新认识,每种粒子对应一种场,场有不同能量状态 心基本相互作用 强相互作用(强度1,作用距离10-15m) 电磁相互作用(强度02,作用距离长m) 弱相互作用(强度10°,作用距离10 引力相互作用(强度1038,作用距离长) 物质的凝聚状态 凝聚态:固、液、气态、等离子体 致密态:恒星晚年,白矮星、中子星、黑洞
7 三、物理学使人们深入认识世界 •场与粒子是统一体的两种表现形式； •场论给出最新认识, 每种粒子对应一种场, 场有不同能量状态 ❖ 物质存在的基本形式 ❖ 物质的凝聚状态 • 凝聚态: 固、液、气态、等离子体 • 致密态: 恒星晚年，白矮星、中子星、黑洞 ❖ 基本相互作用 • 强相互作用 （强度1，作用距离 ） • 电磁相互作用（强度 ，作用距离长 ） • 弱相互作用 （强度 ，作用距离 ） • 引力相互作用（强度 ，作用距离长） 2 10− 13 10− 38 10− m 15 10− m 18 10−
物理学与科学技术 物理学发展 物理学的发展依赖于一种基本的信念:物质世界存在着 完整的因果链条,即自然界是统一的。 从物理学300多年发展的历史看,已经历了三次革命: 牛顿力学率先发展,完成了物理学的笫一次大综合,这是 第一次革命;第二次是把光、电、磁三者统一起来的麦克 斯韦电磁理论的建立;到20世纪,第三次大革命则是由相 对论和量子力学带动起来的。每一次革命物理学在观念上 都产生深刻的转变。 二物理学发展与技术革命
8 ㈡ 物理学与科学技术 从物理学300多年发展的历史看，已经历了三次革命： 牛顿力学率先发展，完成了物理学的笫一次大综合，这是 笫一次革命；笫二次是把光、电、磁三者统一起来的麦克 斯韦电磁理论的建立；到20世纪，第三次大革命则是由相 对论和量子力学带动起来的。每一次革命物理学在观念上 都产生深刻的转变。 一 物理学发展 物理学的发展依赖于一种基本的信念：物质世界存在着 完整的因果链条，即自然界是统一的。 二 物理学发展与技术革命
由于物理学的发展,成为科学技术和社会发展的巨大推动力 引发了三次技术革命:第一次是开始于18世纪60年代,主要标 志是蒸汽机的广泛应用它是牛顿力学和热力学发展的结果。笫 二次是开始于19世纪70年代,主要标志是电力的广泛应用和无线 电通讯的实现,它是电磁学发展的结果。笫三次则是开始于20 世纪40年代的电脑、电信革命,也叫做“数字革命”。目前正处 于笫三次工业革命的初期阶段。它则是近代物理学发展的结果。 三发展模式:技术-物理-技术 物理-技术-物理 实例: 卢瑟福a粒孑散射实验(1909)-核能利用(40年代以后) 爱因斯坦受激辐射理论(1917)-第一台激光器(1960) 量子力学-费米狄拉克统计-固体能带理论(20年代)-晶体管 诞生(1947)-集成电路(1962)-大规模集成电路(70年代后期) 微结构物理
9 三 发展模式： 技术－物理－技术 物理－技术－物理 • 卢瑟福 粒子散射实验(1909)－核能利用(40年代以后) • 爱因斯坦受激辐射理论(1917) －第一台激光器(1960) • 量子力学－费米狄拉克统计－固体能带理论(20年代) －晶体管 诞生(1947)－集成电路(1962)－大规模集成电路 (70年代后期) －微结构物理 实例： 由于物理学的发展，成为科学技术和社会发展的巨大推动力， 引发了三次技术革命：笫一次是开始于18世纪60年代，主要标 志是蒸汽机的广泛应用,它是牛顿力学和热力学发展的结果。笫 二次是开始于19世纪70年代，主要标志是电力的广泛应用和无线 电通讯的实现，它是电磁学发展的结果。笫三次则是开始于20 世纪40年代的电脑、电信革命，也叫做“数字革命” 。目前正处 于笫三次工业革命的初期阶段。它则是近代物理学发展的结果
隧道 效应经典观点 A|灬 量子观点 70年代罗伯特杨制成场发射显微镜。 1981年宾尼和罗雷尔应用隧道效应改进了场发射显微镜,制造 出扫描隧道显微镜(STM),1986年获得诺贝尔物理学奖。 10
10 隧道 效应 经典观点 量子观点 70年代罗伯特. 杨制成场发射显微镜。 1981年 宾尼和罗雷尔应用隧道效应改进了场发射显微镜,制造 出扫描隧道显微镜（STM）， 1986年获得诺贝尔物理学奖