《大學(xué)物理》第一章

1、大學(xué)物理辦公室：信息理學(xué)院（2號(hào)）樓 559電話：67792090轉(zhuǎn)559（交換機(jī)不是很好，要有耐心）E-mail: fczhong（來(lái)信要有主題）公共郵箱： 密碼： zhong559（郵箱中的文件中心供課件上傳下載使用）緒 論一、何謂物理學(xué)（Physics） 物理學(xué)來(lái)源于希臘，原意是自然，它是研究一切自然現(xiàn)象的科學(xué)。世紀(jì)處之前，也稱“自然哲學(xué)”。定義： 物理學(xué)是一門科學(xué)，目的是研究物質(zhì)的構(gòu)成以及它們之間的相互作用，并以這些作用來(lái)解釋宏觀物質(zhì)以及我們所觀察到的其它自然現(xiàn)象。 二、物理學(xué)傳統(tǒng)分類、經(jīng)典物理：力學(xué)、熱學(xué)、波動(dòng)、聲學(xué) 光學(xué)、電磁學(xué)。、近代物理：相對(duì)論（狹義、廣義）、 量子論。 三、物

2、理學(xué)范疇、研究物質(zhì)的構(gòu)成：基本粒子、原子、 分子、宏觀物質(zhì)、 宇宙星體。 、研究基本相互作用萬(wàn)有引力相互作用電磁相互作用弱相互作用強(qiáng)相互作用超統(tǒng)一理 論大統(tǒng)一理論電弱相互作用 、 研究物質(zhì)相態(tài)的性質(zhì) 氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)、等離子體態(tài)、費(fèi)米態(tài)、玻色態(tài)、 物質(zhì)與反物質(zhì)態(tài)四、物理學(xué)發(fā)展展望、粒子物理（極小領(lǐng)域）：研究大 統(tǒng)一理論及超統(tǒng)一理論。、天體物理（極大領(lǐng)域）：研究宇宙的形成、黑洞等天體現(xiàn)象。、生物物理（極復(fù)雜領(lǐng)域）：非平衡態(tài)熱力學(xué)、即耗散性結(jié)構(gòu)理論 、混沌：非線性物理物理學(xué)認(rèn)識(shí)自然現(xiàn)象的科學(xué)。物理學(xué)是其他自然學(xué)科的基礎(chǔ)。3 物理學(xué)的科學(xué)方法具有普遍性，可以被其他學(xué)科使用或借鑒。 為什么要學(xué)習(xí)物理學(xué)

3、自然科學(xué)大廈數(shù)學(xué)物理學(xué)物理學(xué)發(fā)展推動(dòng)了社會(huì)的發(fā)展,人類文明的進(jìn)步牛頓力學(xué)和熱力學(xué)的發(fā)展(17,18世紀(jì))蒸汽機(jī)的廣泛使用 第一次工業(yè)革命電磁波理論發(fā)展(19世紀(jì))工業(yè)電氣化第二次工業(yè)革命量子力學(xué)和相對(duì)論的誕生(20世紀(jì))電子技術(shù),信息技術(shù),核能技術(shù).第三次工業(yè)革命物理學(xué)是我們認(rèn)識(shí)世界的基礎(chǔ)，.物理學(xué)曾經(jīng)是、現(xiàn)在是、將來(lái)也是全球技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力! 因此物理學(xué)是大學(xué)中理工科各個(gè)專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課。通過(guò)學(xué)習(xí)物理： 不但要學(xué)習(xí)物理學(xué)中的基本知識(shí)和規(guī)律,認(rèn)識(shí)自然世界。同時(shí)也要學(xué)習(xí)物理學(xué)的處理問(wèn)題的基本方法、優(yōu)秀的物理思想、許多實(shí)驗(yàn)的技能、運(yùn)算的能力、獨(dú)立鉆研的能力等。如何學(xué)好物理3.勤于思考

4、，在學(xué)習(xí)的過(guò)程常常自問(wèn)“為什么”、“這句話的意思我是否真正理解？” .要建立起清晰的物理圖象，尋求本質(zhì)所在，認(rèn)識(shí)解決問(wèn)題的關(guān)鍵所在。1. 弄清基本概念和基本原理、定理，正確掌握物理定律及其適用條件和范圍，注意分析公式中的物理量之間的關(guān)系及其物理意義。一、學(xué)習(xí)方法大學(xué)期間應(yīng)更多地注意自學(xué)能力的培養(yǎng)。二、學(xué)習(xí)態(tài)度 .課后要復(fù)習(xí)消化。課堂上、課本中所介紹的一些理論推導(dǎo)尤其是例題不能匆匆學(xué)過(guò)就算完事，應(yīng)該用草稿紙親手演算一遍或幾遍。1.要認(rèn)真上課。3.認(rèn)真獨(dú)立完成作業(yè)！一定不要抄作業(yè)！做題要精做,不要濫做。忠告：危險(xiǎn)在于不聽課，不做習(xí)題，不及時(shí)解決問(wèn)題。當(dāng)你每一天都取得一點(diǎn)點(diǎn)進(jìn)步,你的人生就能取得更大

5、成功!珍惜你的機(jī)遇清楚你的責(zé)任確定你的目標(biāo)增強(qiáng)你的毅力造就你的輝煌(1-0.01)365=0.0255 (1+0.01)365= 37.78引言 測(cè)量 估算第一章1-1 科學(xué)的本質(zhì) （The Nature of Science）科學(xué)目標(biāo)：包括物理，是探尋物質(zhì)世界的基本規(guī)律。觀察：包括細(xì)心的實(shí)驗(yàn)與測(cè)量。觀察和實(shí)驗(yàn) 需要想象力。創(chuàng)建理論：用于解釋和發(fā)現(xiàn)規(guī)律?？茖W(xué)與其他創(chuàng)造性活動(dòng)的不同：科學(xué)需要驗(yàn)證，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。1-2 模型、理論和定律（Models, Theories and Laws)模型:是利用已熟悉的現(xiàn)象，對(duì)觀測(cè)的現(xiàn)象進(jìn)行類比和想象。如質(zhì)點(diǎn)模型、光的波動(dòng)模型等。模型通常相對(duì)簡(jiǎn)單

6、，與研究現(xiàn)象結(jié)構(gòu)相似。理論：在模型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析。適用性更廣，更細(xì)致，并能作出定量的、并且往往非常精確的、可以驗(yàn)證的預(yù)測(cè)。定律：對(duì)自然規(guī)律的簡(jiǎn)明概述（例如能量守恒定律）。作為定律，必須經(jīng)由大量的現(xiàn)象觀察和實(shí)驗(yàn)證實(shí)。在適用范圍比較小的規(guī)律，則被稱為原理。常用的單位制有：國(guó)際單位制（SI） M-K-S (米-千克-秒）高斯制 C-G-S（厘米-克-秒）英制 ft-pound-s(英尺-磅-秒） 1-4 單位、標(biāo)準(zhǔn)、SI制測(cè)量的物理量都具有一定的標(biāo)準(zhǔn)或單位，即數(shù)值+單位。當(dāng)處理物理學(xué)的定律或公式時(shí)，使用同一套單位制非常重要。長(zhǎng)度(Length)標(biāo)準(zhǔn)米是光在真空中1 / 299792458秒的時(shí)間

7、間隔內(nèi)行進(jìn)的路徑。標(biāo)準(zhǔn)米在18世紀(jì)被選擇為地球赤道到南極或北極距離的一千萬(wàn)分之一，用一根鉑棒代表這個(gè)長(zhǎng)度。時(shí)間(Time)秒很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)被定義為平均太陽(yáng)日（24小時(shí)/天60分鐘/小時(shí)60秒分鐘= 86400秒/天）的1 / 86400。標(biāo)準(zhǔn)秒現(xiàn)在更精確地根據(jù)銫原子兩個(gè)特定狀態(tài)的輻射頻率進(jìn)行定義，1秒被定義為9192631770個(gè)輻射周期。質(zhì)量（Mass）標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量是保持在法國(guó)巴黎附近國(guó)際度量衡局的一個(gè)特別的鉑銥圓柱體，其質(zhì)量定義為標(biāo)準(zhǔn)1kg。單位前綴（Unit Prefixes)前綴簡(jiǎn)寫值PetaP1015TeraT1012GigaG109MegaM106KiloK103CentiC10-2mil

8、im10-3Micro10-6前綴簡(jiǎn)寫值Nanon10-9PicoP10-12femtoF10-15attoa10-18基本量 單位 單位縮寫 Length長(zhǎng)度meter米mTime時(shí)間second秒sMass質(zhì)量kilogram千克kgElectric current電流ampere安培ATemperature溫度kelvin開爾文KAmount of substance物質(zhì)量mole摩爾molLuminous intensity光強(qiáng)candela坎德拉cd基本量和導(dǎo)出量(Base versus Derived Quantities) 1-5 單位間的換算由于單位制的不同，同一物理量在不同單

9、位制的數(shù)值是不一樣的，它們之間需要一定的換算關(guān)系。1 in=2.54cm 1cm=1/2.54=0.3937 in1 ft=12 in=30.48 cm=0.3048m 1m=3.28 ft1 mile=5280ft=1609m=1.609km 1 pound=0.4536kg1ounces=1/16 pound=28.3495g 例 1-3 公寓面積Sunny的漂亮公寓面積為880平方英尺(ft2). 那是多少平方米呢？解: 因?yàn)?1 in. = 2.54cm = 0.0254m, 所以 1ft 2 = (12 in.)2(0.0254 m/in.)2 =0.0929 m 2 . 所以 88

10、0 ft 2 = (880 ft 2 )(0.0929 m 2 /ft 2 )82 m 2 所以通常我們可以認(rèn)為平方英尺給出的面積大約是平方米面積的10倍（更準(zhǔn)確些為10.8倍)。量綱是指一個(gè)物理量由哪些基本單位或基本量構(gòu)成的。*1-7 量綱和量綱分析法 面積的量綱，總是長(zhǎng)度的平方，用方括號(hào)縮寫為L(zhǎng)2；單位可以是平方米、平方英尺、平方厘米等等。 速度可以以km/h、m/s或mi/h來(lái)測(cè)量，但其量綱始終是長(zhǎng)度L除以時(shí)間T： 即 L/T。一個(gè)量的公式可能會(huì)不同，但量綱保持不變。例如，三角形面積用基底b和高度h描述是 ，而半徑為r的圓的面積是A=r 2。在這兩種情況面積公式不同，但面積的量綱總是 L2。量綱可以