大學(xué)物理學(xué)緒論(清華大學(xué)出版社)

1、請把手機調(diào)成請把手機調(diào)成靜音、震動或靜音、震動或關(guān)閉！關(guān)閉！北京化工大學(xué)本科生課程北京化工大學(xué)本科生課程 大學(xué)物理學(xué)（大學(xué)物理學(xué)（ I ）Course of College Physics (I)理學(xué)院物理學(xué)部理學(xué)院物理學(xué)部 2014-02-13參考教材 11張三慧張三慧. . 大學(xué)物理學(xué)大學(xué)物理學(xué). . 北京：北京：清華大學(xué)清華大學(xué)出版社出版社 22張達宋張達宋. . 物理學(xué)基本教程物理學(xué)基本教程. . 北京：北京：高等高等教育出版社教育出版社 33馬文蔚等馬文蔚等. . 物理學(xué)物理學(xué). . 北京：北京：高等教育出高等教育出版社版社 關(guān)于物理學(xué)：一個錯誤但流行的觀念關(guān)于物理學(xué)：一個錯誤但流行

2、的觀念 目前一個廣為流傳但是非常錯誤的觀念：目前一個廣為流傳但是非常錯誤的觀念：那就是認為物理學(xué)作為一個有科學(xué)意義和價那就是認為物理學(xué)作為一個有科學(xué)意義和價值的研究領(lǐng)域已經(jīng)大為過時了。值的研究領(lǐng)域已經(jīng)大為過時了。 然而事實是，在物理學(xué)領(lǐng)域，亟待我們?nèi)ト欢聦嵤?，在物理學(xué)領(lǐng)域，亟待我們?nèi)ネ姨剿鞯目茖W(xué)規(guī)律和我們已經(jīng)探知的科學(xué)忘我探索的科學(xué)規(guī)律和我們已經(jīng)探知的科學(xué)規(guī)律一樣多。規(guī)律一樣多。 - John Maddox, Nature雜志前主編 決不要把學(xué)習(xí)看成是任務(wù)，而應(yīng)看成是一決不要把學(xué)習(xí)看成是任務(wù)，而應(yīng)看成是一個令人羨慕的機會。為了你們自己的歡樂個令人羨慕的機會。為了你們自己的歡樂和今后你們工作

3、所屬社會的利益，去學(xué)和今后你們工作所屬社會的利益，去學(xué)習(xí)習(xí) A.愛因斯坦愛因斯坦 無論您從事什么，都應(yīng)該好無論您從事什么，都應(yīng)該好好編織自己的夢想！好編織自己的夢想！ 既然選擇了攻讀研究生學(xué)位，既然選擇了攻讀研究生學(xué)位，就應(yīng)該腳踏實地的走好這幾年！就應(yīng)該腳踏實地的走好這幾年！ 不能辜負親人的期望，更不不能辜負親人的期望，更不能對不起自己！能對不起自己！ 對任何領(lǐng)域的學(xué)生來說，對任何領(lǐng)域的學(xué)生來說，閱讀相關(guān)的原始文獻都是極閱讀相關(guān)的原始文獻都是極有益處的，因為處在雛形中有益處的，因為處在雛形中的科學(xué)最容易被消化。的科學(xué)最容易被消化。-James Clark Maxwell一個小建議：一個小建議：

4、( (一)物理學(xué)與物質(zhì)世界物理學(xué)與物質(zhì)世界( (二二) )物理學(xué)與科學(xué)技術(shù)物理學(xué)與科學(xué)技術(shù)( (三三) )幾點說明幾點說明一、一、物理學(xué)與物質(zhì)世界物理學(xué)與物質(zhì)世界物理學(xué)是一門基礎(chǔ)學(xué)科，探索物理學(xué)是一門基礎(chǔ)學(xué)科，探索物質(zhì)物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)和的基本結(jié)構(gòu)和物質(zhì)運動物質(zhì)運動的基本規(guī)律。是自然科學(xué)的的基本規(guī)律。是自然科學(xué)的基礎(chǔ)基礎(chǔ)。 物質(zhì)：物質(zhì)：一切物質(zhì)都在不停地運動著一切物質(zhì)都在不停地運動著：機械運動機械運動分子熱運動分子熱運動電磁運動電磁運動（基本）粒子的運動（基本）粒子的運動整個自然界場、引力場等場：電場、磁場、重力子等微觀：分子、原子、電體等宏觀：氣體、液體、固實物：1. 空間尺度空間尺度物理學(xué)的研

5、究對象十分廣泛：物理學(xué)的研究對象十分廣泛：宇宙學(xué)、粒子物理學(xué)的奇妙銜接宇宙學(xué)、粒子物理學(xué)的奇妙銜接2. 時間尺度時間尺度 現(xiàn)代的標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型告現(xiàn)代的標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型告訴我們，宇宙是在一百多億訴我們，宇宙是在一百多億年前的一次大爆炸中誕生的。年前的一次大爆炸中誕生的。以以s（秒）為單位，宇宙的（秒）為單位，宇宙的年齡約為年齡約為1018s的數(shù)量級的數(shù)量級 。銀河系銀河系人們從自己向小尺度追問人們從自己向小尺度追問-粒子物理學(xué)粒子物理學(xué)質(zhì)子、中子由夸克組成質(zhì)子、中子由夸克組成夸克是不是最基本的粒子？夸克是不是最基本的粒子？人們從自己向大尺度追問人們從自己向大尺度追問-天體物理學(xué)天體物理學(xué)哈勃根據(jù)多普勒

6、效應(yīng)發(fā)現(xiàn)宇宙在膨脹哈勃根據(jù)多普勒效應(yīng)發(fā)現(xiàn)宇宙在膨脹宇宙有沒有邊？宇宙有沒有邊？ 宇宙有沒有中心？宇宙有沒有中心？粒子物理學(xué)和天體物理學(xué)目前已成為粒子物理學(xué)和天體物理學(xué)目前已成為密不可分的姐妹學(xué)科。密不可分的姐妹學(xué)科。3. 速度范圍速度范圍 0 0 ( (靜止靜止) ) 3 3 10108 8 m/s( (光速光速) ) 二、物理學(xué)與科學(xué)技術(shù)二、物理學(xué)與科學(xué)技術(shù)物理學(xué)是現(xiàn)代技術(shù)革命的先導(dǎo)物理學(xué)是現(xiàn)代技術(shù)革命的先導(dǎo)科學(xué)是一種方法，它教導(dǎo)人們：一些事物科學(xué)是一種方法，它教導(dǎo)人們：一些事物是怎樣被了解，什么事情是已知的，現(xiàn)在是怎樣被了解，什么事情是已知的，現(xiàn)在了解到什么程度（因為沒有事情是絕對已了解到

7、什么程度（因為沒有事情是絕對已知的），如何對待疑問和不確定性，證據(jù)知的），如何對待疑問和不確定性，證據(jù)服從什么法則，如何去思考事物，做出判服從什么法則，如何去思考事物，做出判斷，如何區(qū)別真?zhèn)魏捅砻娆F(xiàn)象。斷，如何區(qū)別真?zhèn)魏捅砻娆F(xiàn)象。理查德理查德. 費曼費曼物理學(xué)是除數(shù)學(xué)以外的一切自然科學(xué)的基物理學(xué)是除數(shù)學(xué)以外的一切自然科學(xué)的基礎(chǔ)，也是一切工程科學(xué)的基礎(chǔ)。礎(chǔ)，也是一切工程科學(xué)的基礎(chǔ)。 18世紀(jì)中葉，蒸汽機的發(fā)明得益于熱學(xué)的研究。蒸世紀(jì)中葉，蒸汽機的發(fā)明得益于熱學(xué)的研究。蒸汽機的使用，促進了手工生產(chǎn)向機械化大生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，汽機的使用，促進了手工生產(chǎn)向機械化大生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，并使陸上和海上較大規(guī)模的長途運輸

8、成為可能，這大大并使陸上和海上較大規(guī)模的長途運輸成為可能，這大大推動了社會發(fā)展。推動了社會發(fā)展。第一次工業(yè)革命第一次工業(yè)革命歷史上第一輛蒸汽機車歷史上第一輛蒸汽機車第二次工業(yè)革命第二次工業(yè)革命 19世紀(jì)后半葉，在電磁學(xué)研究的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的電世紀(jì)后半葉，在電磁學(xué)研究的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的電力的開發(fā)與利用，給生產(chǎn)和生活帶來深刻的影響，產(chǎn)生了力的開發(fā)與利用，給生產(chǎn)和生活帶來深刻的影響，產(chǎn)生了今日的發(fā)電機、電動機、電報、電視、雷達，創(chuàng)立了現(xiàn)代今日的發(fā)電機、電動機、電報、電視、雷達，創(chuàng)立了現(xiàn)代的電力工程與無線電技術(shù)，使人類社會進入了電的時代。的電力工程與無線電技術(shù)，使人類社會進入了電的時代。電能的開發(fā)與利

9、用電能的開發(fā)與利用 秦山核電站秦山核電站 上個世紀(jì)原子核物理學(xué)的研究，上個世紀(jì)原子核物理學(xué)的研究， 向人們展示了新的能向人們展示了新的能源源 核能。人類社會已經(jīng)進入了核能時代。目前，許多核能。人類社會已經(jīng)進入了核能時代。目前，許多國家都建起了核能發(fā)電站。迄今，核能發(fā)電已經(jīng)達到世界國家都建起了核能發(fā)電站。迄今，核能發(fā)電已經(jīng)達到世界總發(fā)電量的總發(fā)電量的17。 在當(dāng)今世界中，相對論和量子論的建立，物理學(xué)已成在當(dāng)今世界中，相對論和量子論的建立，物理學(xué)已成為現(xiàn)代高技術(shù)發(fā)展的先導(dǎo)與基礎(chǔ)學(xué)科。在為現(xiàn)代高技術(shù)發(fā)展的先導(dǎo)與基礎(chǔ)學(xué)科。在核能、信息、超核能、信息、超導(dǎo)、激光、電子技術(shù)導(dǎo)、激光、電子技術(shù)中有突出作用。

10、中有突出作用。第三次工業(yè)革命第三次工業(yè)革命激光手術(shù)刀激光手術(shù)刀高能加速器高能加速器北京正負電子對撞機（北京正負電子對撞機（BEPCBEPC）的正電子源）的正電子源19881988年建成，年建成，19921992年成果：將年成果：將 子質(zhì)量測量精度提高子質(zhì)量測量精度提高1010倍倍20032003年：發(fā)現(xiàn)新粒子年：發(fā)現(xiàn)新粒子20042004年：國家投入年：國家投入6.46.4億元改造，搭建通向諾貝爾獎平臺億元改造，搭建通向諾貝爾獎平臺重大新技術(shù)的產(chǎn)生總是經(jīng)歷長期的物理醞釀。重大新技術(shù)的產(chǎn)生總是經(jīng)歷長期的物理醞釀。如愛因斯坦質(zhì)量能量公式（如愛因斯坦質(zhì)量能量公式（19051905） -盧瑟福粒子散射

11、（盧瑟福粒子散射（19091909） -核能利用（上世紀(jì)核能利用（上世紀(jì)4040年代以后）年代以后）如愛因斯坦受激輻射理論（如愛因斯坦受激輻射理論（19171917） -第一臺激光器問世（第一臺激光器問世（19601960）如微電子技術(shù)的發(fā)展：如微電子技術(shù)的發(fā)展： 量子力學(xué)、固體能帶理論（上世紀(jì)量子力學(xué)、固體能帶理論（上世紀(jì)2020、3030年代）年代） -晶體管誕生（晶體管誕生（19471947） -集成電路（集成電路（19621962） -大規(guī)模集成電路（上世紀(jì)大規(guī)模集成電路（上世紀(jì)7070年代后期）年代后期） -人工微結(jié)構(gòu)人工微結(jié)構(gòu)大學(xué)物理主要內(nèi)容大學(xué)物理主要內(nèi)容力學(xué)力學(xué)光學(xué)光學(xué)量子物理

12、量子物理熱學(xué)熱學(xué)電磁學(xué)電磁學(xué)機械機械運動運動規(guī)律規(guī)律分子分子運動運動規(guī)律規(guī)律電磁電磁運動運動規(guī)律規(guī)律光運光運動的動的規(guī)律規(guī)律微觀微觀領(lǐng)域領(lǐng)域里粒里粒子的子的運動運動規(guī)律規(guī)律三、幾點說明三、幾點說明 大學(xué)物理與中學(xué)物理的關(guān)系與差別大學(xué)物理與中學(xué)物理的關(guān)系與差別1 1、中學(xué)物理是學(xué)習(xí)大學(xué)物理的基礎(chǔ)；大學(xué)物理是中、中學(xué)物理是學(xué)習(xí)大學(xué)物理的基礎(chǔ)；大學(xué)物理是中學(xué)物理的繼承與發(fā)展，但不是簡單的重復(fù)。學(xué)物理的繼承與發(fā)展，但不是簡單的重復(fù)。 2 2、有三點主要差別：、有三點主要差別：（1 1）研究的對象不同研究的對象不同：由簡單到復(fù)雜，由特殊到一般。：由簡單到復(fù)雜，由特殊到一般。如：勻速到變速，恒力到變力，均

13、勻到非均勻，質(zhì)點到如：勻速到變速，恒力到變力，均勻到非均勻，質(zhì)點到剛體等。剛體等。 （2 2）研究的方法和使用的工具不同研究的方法和使用的工具不同：如：由初等數(shù)學(xué)到高等數(shù)學(xué)，由標(biāo)量到矢量等。如：由初等數(shù)學(xué)到高等數(shù)學(xué)，由標(biāo)量到矢量等。（3 3）研究的目的不同研究的目的不同：如：由只知其然到知其所以然，由了解知識到應(yīng)用知如：由只知其然到知其所以然，由了解知識到應(yīng)用知識等。識等。條件不同，定義不同條件不同，定義不同計算復(fù)雜計算復(fù)雜興趣興趣 預(yù)習(xí)預(yù)習(xí) 認真聽課認真聽課 復(fù)習(xí)復(fù)習(xí) 作業(yè)、小結(jié)作業(yè)、小結(jié)是蛋碎瓦全還是瓦碎蛋全？是蛋碎瓦全還是瓦碎蛋全？帶電鳥籠里的鳥會安然無恙嗎？帶電鳥籠里的鳥會安然無恙嗎？

14、+ 方法方法+ 努力努力 = 效果效果n怎樣學(xué)好物理學(xué)？怎樣學(xué)好物理學(xué)？建議：重視預(yù)習(xí)，培養(yǎng)自學(xué)能力建議：重視預(yù)習(xí)，培養(yǎng)自學(xué)能力華人著名物理學(xué)家華人著名物理學(xué)家楊振寧、李政道由于發(fā)現(xiàn)宇稱不守恒，獲楊振寧、李政道由于發(fā)現(xiàn)宇稱不守恒，獲1957年年諾貝爾物理學(xué)獎諾貝爾物理學(xué)獎獲諾貝爾物理獎的華裔獲諾貝爾物理獎的華裔物理學(xué)家物理學(xué)家丁肇中：丁肇中：由于發(fā)現(xiàn)由于發(fā)現(xiàn)J粒子，粒子，獲獲1976年諾貝爾年諾貝爾物理學(xué)獎。物理學(xué)獎。 朱棣文：朱棣文：由于激光冷卻和由于激光冷卻和捕獲原子的研究捕獲原子的研究獲獲1997年諾貝爾年諾貝爾物理學(xué)獎。物理學(xué)獎。獲諾貝爾物理獎的華裔獲諾貝爾物理獎的華裔物理學(xué)家物理學(xué)家

15、崔琦：崔琦： 由于在分?jǐn)?shù)量子霍由于在分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)量子現(xiàn)象的爾效應(yīng)量子現(xiàn)象的研究獲研究獲1998年諾貝年諾貝爾物理學(xué)獎。爾物理學(xué)獎。獲諾貝爾物理獎的華裔獲諾貝爾物理獎的華裔物理學(xué)家物理學(xué)家高錕高錕 ：由于在光學(xué)通信領(lǐng)域光由于在光學(xué)通信領(lǐng)域光在纖維中傳輸方面的突在纖維中傳輸方面的突破性成就分享破性成就分享20092009年諾年諾貝爾物理學(xué)獎。貝爾物理學(xué)獎。李遠哲：李遠哲： 發(fā)明了交叉分子束發(fā)明了交叉分子束方法使詳細了解化方法使詳細了解化學(xué)反應(yīng)的過程成為學(xué)反應(yīng)的過程成為可能，獲可能，獲19861986年諾年諾貝爾化學(xué)獎貝爾化學(xué)獎。獲諾貝爾化學(xué)獎的華裔獲諾貝爾化學(xué)獎的華裔科學(xué)家科學(xué)家錢永健錢永健

16、： 由于在多色熒光由于在多色熒光蛋白標(biāo)記技術(shù)的蛋白標(biāo)記技術(shù)的貢獻獲貢獻獲20082008年諾年諾貝爾化學(xué)獎。貝爾化學(xué)獎。要求要求:1 1、勤于思考、勤于思考: : 對概念、公式能用自己的語言陳對概念、公式能用自己的語言陳述；對定理的證明，能自己獨立演算出來述；對定理的證明，能自己獨立演算出來. .3 3、獨立、獨立、按時完成布置的習(xí)題按時完成布置的習(xí)題. .2 2、要善于提出問題、要善于提出問題. . 4 4、平時成績：平時成績：2020分分. . 作業(yè)平時出勤課堂表現(xiàn)作業(yè)平時出勤課堂表現(xiàn)注意注意每年下半年有北京化工大學(xué)舉辦的大學(xué)物理和物理實每年下半年有北京化工大學(xué)舉辦的大學(xué)物理和物理實驗競賽

17、。大約驗競賽。大約12月份有全國部分地區(qū)大學(xué)物理競賽。月份有全國部分地區(qū)大學(xué)物理競賽。 期中成績：期中成績：1010分分. . 期末成績：期末成績：7070分分. . 本學(xué)期的教學(xué)安排本學(xué)期的教學(xué)安排 如果一個人掌握了他的如果一個人掌握了他的學(xué)科基礎(chǔ)理論，并且學(xué)會了學(xué)科基礎(chǔ)理論，并且學(xué)會了獨立思考與工作，他必定會獨立思考與工作，他必定會找到自己的道路。找到自己的道路。 愛因斯坦愛因斯坦矢量的基本知識矢量的基本知識一、矢量一、矢量二、矢量的表示二、矢量的表示三、矢量的加法（或減法）三、矢量的加法（或減法）四、矢量的正交分解與合成四、矢量的正交分解與合成五、矢量的標(biāo)積和矢積五、矢量的標(biāo)積和矢積六、

18、矢量的求導(dǎo)與積分六、矢量的求導(dǎo)與積分矢量的基本知識矢量的基本知識一、矢量：既有大小又有方向，而且相加時遵從平一、矢量：既有大小又有方向，而且相加時遵從平行行 四邊形的運算法則。如：力，速度，動量等。四邊形的運算法則。如：力，速度，動量等。（標(biāo)量只有大小和正負，沒有方向。如：質(zhì)（標(biāo)量只有大小和正負，沒有方向。如：質(zhì)量、溫度、功等。）量、溫度、功等。）二、矢量的表示二、矢量的表示（反映其大小和方向）（反映其大小和方向）或或 A 或圖示或圖示A（2）AeAAAeAA矢量的模即矢量的大小矢量的模即矢量的大小Ae模等于模等于1，方向和，方向和A相同相同（1）A單位矢量單位矢量（3）矢量的坐標(biāo)表示方法）矢

19、量的坐標(biāo)表示方法kAjAiAAzyxijk直角坐標(biāo)系中的直角坐標(biāo)系中的x、y、z方向的單位矢量。方向的單位矢量。分別表示分別表示（4）矢量相等）矢量相等大小相等，方向相同的兩矢量相等大小相等，方向相同的兩矢量相等ABBAAyrOzxyAxAzA如果矢量大小相等、方向相反如果矢量大小相等、方向相反BA三、矢量的加法（或減法）三、矢量的加法（或減法）（幾何方法）（幾何方法）BABABAC（1）矢量相加）矢量相加CBAa 平行四邊形方法平行四邊形方法b 三角形方法三角形方法BBAAC以矢量以矢量A末端為起點，作矢量末端為起點，作矢量B再由矢量再由矢量AB的起點連到矢量的起點連到矢量的末端即為合矢量的

20、末端即為合矢量c 多邊形方法多邊形方法RDCBAC（2）矢量相減）矢量相減CBA可以寫成可以寫成CBA)(ABCD從矢量從矢量A出發(fā)，首尾相接的依次作出矢量出發(fā)，首尾相接的依次作出矢量,DCB和再由矢量再由矢量DR的始端到最后矢量的始端到最后矢量的末端的末端A畫一矢量即為合矢量畫一矢量即為合矢量R三角形法三角形法，從一點畫矢量，從一點畫矢量C由矢量由矢量的末端向矢量的末端作一矢量即矢量的末端向矢量的末端作一矢量即矢量,BA和BBCACBAABxyO四、矢量的正交分解與合成四、矢量的正交分解與合成1、 矢量沿直角坐標(biāo)系的正交分解矢量沿直角坐標(biāo)系的正交分解AAxAy22xyAAAjAiAjAiAA

21、AAyxyxsincosxyAAarctan注意：注意：是由是由Ox軸按軸按逆時針方向逆時針方向旋轉(zhuǎn)至旋轉(zhuǎn)至 角度。角度。A（1）二維直角坐標(biāo)系）二維直角坐標(biāo)系kAjAiAAzyxAAxAyAz O Oijk222zyxAAAAA cosAAx cosAAy cosAAz （2）三維直角坐標(biāo)系）三維直角坐標(biāo)系xyz方向：由方向：由 確定。確定。、CAByxO xAyAxByBjAiAAyxjBiBByxjBAiBABACyyxx)()(jCiCCyx22yxCCCxyCCarctansincosAAAAyxsincosBBBByxxxxBACyyyBAC2、 矢量合成的解析法矢量合成的解析法（1）兩個矢量合成：）兩個矢量合成：BAC12nRAAA121212xxxnxyyynyzzznzRAAARAAARAAA222xyzRRRRcosxRRcosyRRcoszRR（2）多