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1、歡迎大家進(jìn)入物理世界 物理學(xué)的研究對(duì)象物理學(xué)的研究對(duì)象 物理學(xué)的研究方法物理學(xué)的研究方法 教學(xué)的基本要求教學(xué)的基本要求 大家的建議大家的建議物理學(xué)的研究對(duì)象物理學(xué)的研究對(duì)象宇宙宇宙( (一一) )勇氣號(hào)于勇氣號(hào)于20032003年六月升空年六月升空“勇氣勇氣”號(hào)和號(hào)和“機(jī)遇機(jī)遇”號(hào)分別于號(hào)分別于20042004年年1 1月月3 3日日和和1 1月月2424日在火星不同區(qū)域著陸機(jī)遇號(hào)傳回照日在火星不同區(qū)域著陸機(jī)遇號(hào)傳回照片片火星人類的第二家園?火星人類的第二家園?勇氣號(hào)找到水存在的證據(jù)勇氣號(hào)找到水存在的證據(jù)機(jī)遇號(hào)證實(shí)遠(yuǎn)古海洋機(jī)遇號(hào)證實(shí)遠(yuǎn)古海洋“卡西尼卡西尼”號(hào)土星探測(cè)器進(jìn)入土星號(hào)土星探測(cè)器進(jìn)入土
2、星軌道效果圖軌道效果圖(NASA(NASA圖片圖片) ) 美航空航天局美航空航天局(NASA)(NASA)和歐空局和歐空局(ESA)(ESA)合作合作研究的研究的“卡西尼卡西尼惠更斯惠更斯”土星探測(cè)土星探測(cè)器經(jīng)過(guò)器經(jīng)過(guò)6 6年半年半35.235.2億億公里的飛行,公里的飛行,20042004年年7 7月月1 1日成功進(jìn)入日成功進(jìn)入了土星軌道。并且了土星軌道。并且向地球傳回了幾組向地球傳回了幾組照片。照片。 美麗的土星及土星環(huán)美麗的土星及土星環(huán) X X光照片光照片距土星距土星150150多萬(wàn)公里以外多萬(wàn)公里以外使用濾鏡拍攝使用濾鏡拍攝 TitanTitan土星的月亮土星的月亮( (衛(wèi)衛(wèi)6 6)理
3、想與現(xiàn)實(shí)理想與現(xiàn)實(shí)讓科學(xué)家興奮的土星環(huán)照片讓科學(xué)家興奮的土星環(huán)照片真實(shí)的真實(shí)的Titan Titan 中國(guó)人的光榮與夢(mèng)想中國(guó)人的光榮與夢(mèng)想神舟系列飛船神舟系列飛船探索宇宙的代價(jià)探索宇宙的代價(jià)20032003年年2 2月月1 1號(hào),哥倫比亞號(hào)返航時(shí)墜毀號(hào),哥倫比亞號(hào)返航時(shí)墜毀ABWhich is a picture of the Milky Way?A is what we see from Earth inside the Milky Way while B is what the Milky Way “might” look like if we were far away looking
4、back at our own galaxy from some other galaxy.What is a Galaxy?200,000 light-yearsGalaxy :a massive collection of stars, gas, and dust kept together by gravitySuns Stellar Region太陽(yáng)系在銀河系中不過(guò)是太陽(yáng)系在銀河系中不過(guò)是滄海一栗,銀河系在宇宙滄海一栗,銀河系在宇宙中僅為天地之一落葉中僅為天地之一落葉What is a Galaxy?If our solar system was only the size of a
5、cell in the human body, our galaxy would still measure over one mile across.宇宙從哪里來(lái)宇宙從哪里來(lái)? ?又向何處去又向何處去? ?上帝創(chuàng)世說(shuō)與盤古開天地上帝創(chuàng)世說(shuō)與盤古開天地老子老子: :天下萬(wàn)物生于有天下萬(wàn)物生于有, ,有有生于無(wú)生于無(wú)道生一道生一, ,一生二一生二, ,二生三二生三, ,三生萬(wàn)物三生萬(wàn)物霍金霍金: :宇宙存在起始點(diǎn)宇宙存在起始點(diǎn), ,而而且有生于無(wú)且有生于無(wú)Edwin Hubble at Mt. WilsonHubble guiding the Hooker100 inch telescope i
6、n 1923.The Hooker 100 inch telescope atop Mt. Wilsonnear Pasadena, CA. It was the largest telescope in the world from 1917-1947.Hubbles observations at the 100 inch during the1920s led him to the conclusion that the universe is expanding, and that an objects recession velocityis proportional to its
7、distance from the observer.Using the Doppler Effect to Measure VelocityBlueshiftRedshiftCalciumMagnesiumSodiumGalaxy SpectrumStellar Spectrumn Spectra of a nearby star and a distant galaxyn Star is nearby, approximately at restn Galaxy is distant, traveling away from us at 12,000 km/sGalaxy Spectros
8、copy大爆炸宇宙學(xué)大爆炸宇宙學(xué) 1940s Gamov和和Alpher首先提首先提出宇宙起源于約出宇宙起源于約150億年前一次億年前一次猛烈的巨大爆炸。猛烈的巨大爆炸。 宇宙的爆炸是空間的膨脹,物宇宙的爆炸是空間的膨脹,物質(zhì)則隨著空間膨脹(宇宙是無(wú)質(zhì)則隨著空間膨脹(宇宙是無(wú)中心的)。中心的)。 隨著宇宙膨脹和溫度降低,構(gòu)隨著宇宙膨脹和溫度降低,構(gòu)成物質(zhì)的原初元素相繼形成成物質(zhì)的原初元素相繼形成 。 George GamovPossible Fates of the Universe物理學(xué)的研究對(duì)象物理學(xué)的研究對(duì)象物質(zhì)物質(zhì)( (二二) ) 物質(zhì)是無(wú)限可分的嗎物質(zhì)是無(wú)限可分的嗎? ? 什么是場(chǎng)物
9、質(zhì)什么是場(chǎng)物質(zhì)? ? 微電子學(xué)微電子學(xué) 光電子學(xué)光電子學(xué) 介觀物理與納電子學(xué)介觀物理與納電子學(xué)J.J. Thomsons Plum Pudding Model of the Atom (1897)He proposed that the electrons are embedded in a positively charged puddingThe Nobel Prize in Physics 1906 Joseph John ThomsonUnited Kingdom University of Cambridge Cambridge, United Kingdom b.1856d.194
10、0in recognition of the great merits of his theoretical and experimental investigations on the conduction of electricity by gasesAlpha Scattering Rutherfords Discovery of the Atomic Nucleus (1911) He found that, once in a while, the a-particles were scattered backwards by the targetSolar System Model
11、 of the AtomThe atom consists of electrons orbiting around small but dense central nucleusLord Ernest Rutherford 19081908諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)Bohrs Model of the Hydrogen Atom(1913)He proposed that only certain orbits for the electron are allowedBohrs Empirical ExplanationElectrons can only take discrete ener
12、gies (energy is related to radius of the orbit)Electrons can jump between different orbits due to the absorption or emission of photonsDark lines in the absorption spectra are due to photons being absorbedBright lines in the emission spectra aredue to photons being emittedThe Nobel Prize in Physics
13、1922Copenhagen University Copenhagen, Denmark Niels Henrik David Bohr b.1885d.1962for his services in the investigation of the structure of atoms and of the radiation emanating from themThe Nobel Prize in Physics 1935for the discovery of the neutronJames Chadwick United Kingdom Liverpool University
14、Liverpool, United Kingdom b.1891d.1974The Nobel Prize in Physics 1990 for their pioneering investigations concerning deep inelastic scattering of electrons on protons and bound neutrons, which have been of essential importance for the development of the quark model in particle physics Jerome I. Frie
15、dman Henry W. Kendall Richard E. Taylor 物質(zhì)是無(wú)限可分的嗎物質(zhì)是無(wú)限可分的嗎-“-“毛子毛子” 我們?yōu)槭裁匆芯炕玖W游覀優(yōu)槭裁匆芯炕玖W? ?介觀物理學(xué)與單原子操做介觀物理學(xué)與單原子操做iron atoms on a copper surface The Scanning Tunneling Microscope The Nobel Prize in Physics 1986for their design of the scanning tunneling microscope 什么是場(chǎng)物質(zhì)什么是場(chǎng)物質(zhì)The most famous photo
16、graph This is one of the most famous images in photographic history and propelled him within two more weeks into an international celebrity. The medical implications were immediately realised and the first images of fractured bones were being made by January 1896 even though none yet knew what the m
17、ystery rays were.The Nobel Prize in Physics 1901磁場(chǎng)的應(yīng)用(磁場(chǎng)的應(yīng)用(MRIMRI)The Nobel Prize in Physics 2003物理學(xué)的研究對(duì)象物理學(xué)的研究對(duì)象運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)( (三三) ) 運(yùn)動(dòng)的四種形式運(yùn)動(dòng)的四種形式: : 物理物理( (化學(xué)化學(xué)) )運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng) 生物運(yùn)動(dòng)生物運(yùn)動(dòng) 思維運(yùn)動(dòng)思維運(yùn)動(dòng) 社會(huì)運(yùn)動(dòng)社會(huì)運(yùn)動(dòng) 物理運(yùn)動(dòng)的分類物理運(yùn)動(dòng)的分類:(:(低高速低高速) ) 機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng); ; 分子熱運(yùn)動(dòng)分子熱運(yùn)動(dòng); ; 電磁運(yùn)動(dòng)電磁運(yùn)動(dòng); ; 原子及原子核內(nèi)部運(yùn)動(dòng)原子及原子核內(nèi)部運(yùn)動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)分子熱運(yùn)動(dòng)分子熱運(yùn)動(dòng)Bose-
18、Einstein condensate (BEC) Nobel Prize in Physics in 2001 電磁運(yùn)動(dòng)(電磁運(yùn)動(dòng)(MaxwellMaxwell方程組)方程組)原子及原子核內(nèi)部運(yùn)動(dòng)原子及原子核內(nèi)部運(yùn)動(dòng)Fusion Powers the Sun and Other Stars 倫琴與倫琴與X X射線射線誰(shuí)真的理解運(yùn)動(dòng)誰(shuí)真的理解運(yùn)動(dòng)?? 教學(xué)的基本要求教學(xué)的基本要求建立正確的物理概念建立正確的物理概念 時(shí)間時(shí)間? ?空間空間? ?質(zhì)量質(zhì)量?掌握基本的物理理論掌握基本的物理理論 力學(xué)力學(xué) 熱學(xué)熱學(xué) 電磁學(xué)電磁學(xué) 光學(xué)光學(xué)體會(huì)物理學(xué)的學(xué)習(xí)方法體會(huì)物理學(xué)的學(xué)習(xí)方法 理論與實(shí)驗(yàn)理論與實(shí)驗(yàn)
19、 繼承與創(chuàng)新繼承與創(chuàng)新 相對(duì)與絕對(duì)相對(duì)與絕對(duì)適當(dāng)了解物理學(xué)前沿適當(dāng)了解物理學(xué)前沿 納米科學(xué)納米科學(xué) 半導(dǎo)體技術(shù)半導(dǎo)體技術(shù) 激光技術(shù)激光技術(shù) 超導(dǎo)技術(shù)超導(dǎo)技術(shù) 絕對(duì)時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀絕對(duì)時(shí)空觀與相對(duì)時(shí)空觀 時(shí)間是絕對(duì)的均勻的嗎時(shí)間是絕對(duì)的均勻的嗎? ? 空間是彎曲的嗎空間是彎曲的嗎? ? 質(zhì)量與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)嗎質(zhì)量與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)嗎? ?How did Einstein arrive at the specialtheory of relativity?過(guò)去與未來(lái)過(guò)去與未來(lái)彎曲時(shí)空與黑洞彎曲時(shí)空與黑洞Lecture 8: Warped SpacebackClassical Physics TimelineM
20、odern Physics TimelineModern Physics OutlineSpecial and General RelativitySpace and time, the nature of light, E=mc2, matter and anti-matter, curved space-time, the big bang, black holes and wormholes, uses of relativity in the modern worldQuantum PhysicsWave-particle duality, the uncertainty principle, probability waves, atoms and nuclei, technological applications, unification of forcesBACK物理學(xué)本質(zhì)上是實(shí)驗(yàn)科學(xué)物理學(xué)本質(zhì)上是實(shí)驗(yàn)科學(xué)永遠(yuǎn)沒(méi)有實(shí)驗(yàn)支持的永遠(yuǎn)沒(méi)有實(shí)驗(yàn)支持的物理理論是無(wú)意義的物理理論是無(wú)意義的理論的指導(dǎo)作用對(duì)物理學(xué)發(fā)展的影響理論的指導(dǎo)作用對(duì)物理學(xué)發(fā)展的影響理論家與實(shí)驗(yàn)家理論家與實(shí)驗(yàn)家物理規(guī)律的相對(duì)性與絕對(duì)性物理規(guī)律的相對(duì)性與絕對(duì)性相對(duì)性的存在相對(duì)性的存在-例一例一未來(lái)的證明未來(lái)的證明-例二例二繼承與創(chuàng)新繼承與創(chuàng)新Tych
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