第1章物理學(xué)和力學(xué)

一、什么是物理學(xué)？——§1.1發(fā)展著的物理學(xué)二、為什么學(xué)物理學(xué)？三、怎么學(xué)？——§1.2物理學(xué)研究的方法四、主要參考書五、具體要求六、力學(xué)基礎(chǔ)——第一章物理學(xué)和力學(xué)§1.3

時間和長度的測量§1.4單位制和量綱§1.5數(shù)量級估計(jì)§1.6參考系·坐標(biāo)系與時間坐標(biāo)軸§1.1.1經(jīng)典物理學(xué)與現(xiàn)代物理學(xué)經(jīng)典物理學(xué)經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典熱力學(xué),熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)經(jīng)典電磁學(xué)現(xiàn)代物理學(xué)基礎(chǔ)狹義相對論量子力學(xué)廣義相對論物理學(xué)光學(xué)，原子物理物理學(xué)是什么？牛頓開普勒伽利略他們?yōu)榻?jīng)典力學(xué)的建立做出貢獻(xiàn)玻爾茲曼他們?yōu)榻?jīng)典熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理的建立做出貢獻(xiàn)他們?yōu)榻?jīng)典電磁理論的建立做出貢獻(xiàn)

X射線、電子、放射性的發(fā)現(xiàn)，物理學(xué)的研究由宏觀轉(zhuǎn)向微觀.倫琴發(fā)現(xiàn)X射線J.J.Thomson發(fā)現(xiàn)電子A.H.Becquerel發(fā)現(xiàn)放射性愛因斯坦他們奠定了現(xiàn)代物理學(xué)基礎(chǔ)§1.1.2微觀世界1914年盧瑟福發(fā)現(xiàn)射線,β射線,建立了原子有核模型.電子的發(fā)現(xiàn)，確認(rèn)了原子是可分的，為探索原子結(jié)構(gòu)以及為探索更深層次的結(jié)構(gòu)開辟了道路.物質(zhì)是由輕子和夸克組成.輕子有電子、子、

子、電子中微子、子中微子和子中微子，每一種均有反粒子，共有12種.夸克有6種味，即上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克、底夸克和頂夸克.每種味又分紅、藍(lán)和綠3種色.粒子之間有四種基本相互作用：引力相互作用、電磁相互作用、弱相互作用和強(qiáng)相互作用.

粒子之間的基本相互作用是通過交換某種粒子來傳遞的，即基本相互作用都是由媒介粒子傳遞的，這類媒介粒子統(tǒng)稱為規(guī)范玻色子.電磁力以光子為媒介，弱力的媒介為Z0和W±粒子，強(qiáng)力的媒介有8種顏色的膠子.§1.1.3宇宙的早期演化強(qiáng)子時代輕子時代輻射時代恒星星系形成直至現(xiàn)在0§1.1.4非線性系統(tǒng)的復(fù)雜行為一旦系統(tǒng)出現(xiàn)非線性,便可能呈現(xiàn)復(fù)雜行為.這種復(fù)雜行為有時會表現(xiàn)為規(guī)則的時空或功能有序,有時也會表現(xiàn)為貌似無序的序.復(fù)雜行為不僅能發(fā)生于物理和化學(xué)系統(tǒng),也能發(fā)生于生命和社會系統(tǒng).二、為什么學(xué)物理學(xué)沒有今日的基礎(chǔ)科學(xué),就沒有明日的科技應(yīng)用,可以想象,我們現(xiàn)在的基礎(chǔ)科學(xué)將怎樣地影響21世紀(jì)的科技文明.——李政道1物理學(xué)屬于基礎(chǔ)科學(xué)范疇,它著重于物質(zhì)世界普遍基本規(guī)律的研究；與其他學(xué)科交叉融合，引出新的科學(xué)問題，進(jìn)而改善人們的生活水平，比如：激光醫(yī)療，激光美容，激光雷達(dá)……2物理學(xué)與科學(xué)技術(shù)笫一次,開始于18世紀(jì)60年代,主要標(biāo)志是蒸汽機(jī)的廣泛應(yīng)用,它是牛頓力學(xué)和熱力學(xué)發(fā)展的結(jié)果.笫二次,開始于19世紀(jì)70年代,主要標(biāo)志是電力的廣泛應(yīng)用和無線電通訊的實(shí)現(xiàn),它是電磁學(xué)發(fā)展的結(jié)果.笫三次,開始于20世紀(jì)40年代的電腦、電信革命，也叫做“數(shù)字革命”.它是近代物理學(xué)發(fā)展的結(jié)果.科學(xué)解決理論問題，技術(shù)解決實(shí)際問題.發(fā)展模式技術(shù)－物理－技術(shù)物理－技術(shù)－物理第一次技術(shù)革命第二次技術(shù)革命3力學(xué)——學(xué)習(xí)物理學(xué)的開始力學(xué)是物理學(xué)的有機(jī)組成部分.力學(xué)在物理學(xué)的發(fā)展乃至整個人類認(rèn)識發(fā)展中具有重要的地位.它也是高新技術(shù)發(fā)展的源泉和先導(dǎo).§1.2物理學(xué)科的特點(diǎn)一、物理學(xué)的研究方法和步驟修改理論理論預(yù)言研究的步驟實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)應(yīng)用提出命題(觀測、實(shí)驗(yàn)、目的、原理)推測答案(模型、定性、定量、假說)二、物理學(xué)思維特點(diǎn)敢于想像善于歸納創(chuàng)設(shè)模型三、學(xué)好物理的關(guān)鍵是：勤于思考、悟物窮理+適當(dāng)練習(xí)怎么學(xué)好物理學(xué)？四、主要參考書參考教材：《力學(xué)》漆安慎，杜嬋英著《力學(xué)》楊維弘著,《新概念物理-力學(xué)》趙凱華等著《普通物理學(xué)》程守株等著課外讀物：《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》牛頓著，王克迪譯，陜西人民出版社《物理學(xué)》亞里士多德著，徐開來譯，中國人民大學(xué)出版社《愛因斯坦畢加索》阿瑟.I.米勒著，方在慶等譯，上海科技教育出版社《時間簡史》霍金著，吳忠超譯，湖南科學(xué)技術(shù)出版社《果殼中的宇宙》霍金著，吳忠超譯，湖南科學(xué)技術(shù)出版社《宇宙的演化》五、具體要求1掌握物理思想，物理圖像2多觀察、多思考、多做題、多總結(jié)3盡可能多看書，開拓視野4獨(dú)立、按時完成作業(yè)

（準(zhǔn)備2個作業(yè)本，AB本，單雙號交）5成績：平時成績（30%）+考試成績（70%）

缺一次作業(yè)-2，雷同作業(yè)均為0，缺勤：-3

目前國際通用的時間單位是秒（s）.為提高精度，1967年國際計(jì)量大會決定采用原子的躍遷輻射作為計(jì)時標(biāo)準(zhǔn),并規(guī)定銫--133原子基態(tài)的兩個超精細(xì)能級間躍遷相對應(yīng)的輻射的9192631770個周期的持續(xù)時間作為1s.這樣的原子標(biāo)準(zhǔn)稱為原子時.§1.3.1時間的計(jì)量一切周期運(yùn)動都可用來量度時間.§1.3

時間和長度的測量可用物體來計(jì)量長度.如古代測量長度常以人體的某部分作為單位和標(biāo)準(zhǔn).近代的測量長度單位是在法國的米制單位發(fā)展起來的[規(guī)定通過巴黎的子午線的1/(1×107)為1m(米)].目前在國際單位制中長度的單位是米(m).在1983年國際計(jì)量大會規(guī)定:“1m為光在真空中傳播(1/299792458)s時間間隔內(nèi)所經(jīng)路徑的長度”.§1.3.2長度的計(jì)量§1.4單位制和量綱

物理學(xué)中,物理公式總是和一定的“單位制”相聯(lián)系,“單位制”就是各物理量間相互配套的一組單位.§1.4.1基本單位和導(dǎo)出單位基本單位：選定幾個物理量作為基本量,人為地規(guī)定 其單位，稱為基本單位制.導(dǎo)出單位：從基本量導(dǎo)出的量稱為導(dǎo)出量，其單位是基本單位的組合，稱為導(dǎo)出單位.根據(jù)同一規(guī)律寫出的公式，采用的單位不同，公式中出現(xiàn)的因子不同

.§1.4.2國際單位制(SI)基本量:長度質(zhì)量時間電流溫度物質(zhì)的量光強(qiáng)度單位:

mkgsAKmolcd導(dǎo)出量:速度加速度力動量…單位:

m/sm/s2Nkg·m/s…輔助單位:

平面角立體角單位：

rad

sr（球面度）輔助單位可以參與導(dǎo)出單位，如角速率rad/sSI詞頭：因?yàn)橛煤艽髥挝粶y很小的量或用很小單位測很大的量都不方便，為使單位大小相濟(jì)，適應(yīng)不同問題的需要，在SI中規(guī)定了“SI詞頭”.如表1.3.§1.4.3量綱式量綱：表示一個物理量由基本量的冪次組合的式子.基本量選定后,導(dǎo)出量的量綱可由基本量的量綱的組合而得.在國際單位制中,表示力學(xué)量A的量綱式為如：L為長度的量綱，M為質(zhì)量的量綱，T為時間的量綱.p、q、r為量綱指數(shù)

1.量綱速度的量綱加速度的量綱力的量綱圓心角的量綱(3)為推導(dǎo)某些復(fù)雜公式提供線索.(1)用量綱檢查等式的正誤.因?yàn)橹挥辛烤V相同的量才能彼此相等，所以等式兩邊的量的量綱必須相同.(2)用量綱分析方程中比例系數(shù)的單位.2.應(yīng)用§1.5數(shù)量級估計(jì)§1.5.1有效數(shù)字1.520有四位有效數(shù)字567.23有五位有效數(shù)字1.35cm有三位有效數(shù)字0.0135m有三位有效數(shù)字1.0035有五位有效數(shù)字1.000cm有四位有效數(shù)字注意：有效數(shù)字的位數(shù)與十進(jìn)制單位的變換無關(guān),即與小數(shù)點(diǎn)的位置無關(guān).用以表示小數(shù)點(diǎn)位置的“0”不是有效數(shù)字,當(dāng)“0”不表示為小數(shù)點(diǎn)位置時是有效數(shù)字.數(shù)據(jù)最后的“0”不能隨便加上,也不能隨便去掉.某一數(shù)中可靠數(shù)字稱作有效數(shù)字，它的個數(shù)稱作有效數(shù)字的位數(shù).例如：§1.5.2數(shù)量級的估計(jì)例如：88920取9×104稱“數(shù)量級估計(jì)”，實(shí)際上又將已估計(jì)的9×104以105代之.用10的若干次方表示的數(shù)常稱為“數(shù)量級”.估計(jì)某數(shù)的數(shù)量級時,常取整為一位有效數(shù)字乘以10的若干冪次.§1.6參考系·坐標(biāo)系與時間坐標(biāo)軸

任何物理過程都和時間和空間相聯(lián)系.對機(jī)械運(yùn)動而言,空間規(guī)定了運(yùn)動物體的大小與位置;時間則規(guī)定了運(yùn)動過程的長短和順序.在經(jīng)典力學(xué)范圍內(nèi),空間與時間是脫離物質(zhì)與運(yùn)動的獨(dú)立存在;空間是延伸到整個宇宙容納物質(zhì)的三維平直框架,時間猶如一座始終均勻轉(zhuǎn)著的鐘.§1.6.1參考系和坐標(biāo)系

被選作物體運(yùn)動依據(jù)的物體或物體群稱為參考系，與參考系固連的三維空間稱為參考空間.同一物體的運(yùn)動情況相對不同的參考系是不同的.

為了定量表示物體相對參考系的位置,可在參考系上建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系.即用固定在參考空間的一組坐標(biāo)軸和用來規(guī)定一組坐標(biāo)的方法.§1.6.2時間坐標(biāo)軸

所謂考察