大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)

大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)緒論一.什么是物理學(xué)？Physics物理學(xué)是研究自然界基本規(guī)律的科學(xué)。大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)緒論一.什1緒論一.什么是物理學(xué)？

物理學(xué)(Physics)物質(zhì)結(jié)構(gòu)物質(zhì)相互作用物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律Physics物理學(xué)是研究自然界基本規(guī)律的科學(xué)。緒論一.什么是物理學(xué)？物理學(xué)(Physics)物21.物理學(xué)研究的范圍：★空間尺度(跨度1045－1046)

1026

m(宇宙)—10－20

m(夸克)★時(shí)間尺度(跨度1045)

1018s(宇宙年齡)—10-27s(硬

射線周期)

★速率范圍

0(靜止)—3

108

m/s(光速)1.物理學(xué)研究的范圍：★空間尺度(跨度1045－1046)★3E-15E-12E-09E-06E-031mE+03E+06E+09E+12E+15E+18E+21E+24最小的細(xì)胞原子原子核基本粒子DNA長(zhǎng)度星系團(tuán)銀河系最近恒星的距離太陽系太陽山哈勃半徑超星系團(tuán)人10－1510－1210－910－610－31m103106109101210151018102110241027蛇吞尾圖，形象地表示了物質(zhì)空間尺寸的層次E-15E-12E-09E-06E-031mE+03E+064★經(jīng)典力學(xué)（ClassicalMechanics）研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律及關(guān)于時(shí)空相對(duì)性的規(guī)律★熱力學(xué)（Thermodynamics）研究物質(zhì)熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律及其宏觀表現(xiàn)★電磁學(xué)（Electromagnetism）研究電磁現(xiàn)象、物質(zhì)的電磁運(yùn)動(dòng)規(guī)律及電磁輻射等規(guī)律★相對(duì)論（Relativity）研究物體的高速運(yùn)動(dòng)效應(yīng)以及相關(guān)的動(dòng)力學(xué)規(guī)律2.物理學(xué)的分類★量子力學(xué)（QuantumMechanics）

研究微觀物質(zhì)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象以及基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律★經(jīng)典力學(xué)（ClassicalMechanics）★相對(duì)論5二、為什么要學(xué)習(xí)物理學(xué)？

地球物理學(xué)生物物理學(xué)天體物理學(xué)宇宙射線物理學(xué)物理學(xué)交叉學(xué)科數(shù)學(xué)、天文學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等等1.物理學(xué)是自然科學(xué)的帶頭學(xué)科二、為什么要學(xué)習(xí)物理學(xué)？62.物理學(xué)是現(xiàn)代技術(shù)革命的先導(dǎo)雷震子肋長(zhǎng)雙翅翱翔長(zhǎng)空土行孫縮身入土日行千里哼哈二將發(fā)射白光殺人制勝千里眼順風(fēng)耳探事千里之外——《封神演義》激光器的產(chǎn)生層析成像技術(shù)(CT)超導(dǎo)電子技術(shù)X射線的發(fā)現(xiàn)受激輻射理論低溫超導(dǎo)微觀理論2.物理學(xué)是現(xiàn)代技術(shù)革命的先導(dǎo)雷震子肋長(zhǎng)雙翅翱翔長(zhǎng)空激光器的73.物理學(xué)是科學(xué)的世界觀和方法論的基礎(chǔ)★創(chuàng)造性思維方法：理想化方法物理類比物理假說★邏輯思維方法：分析—綜合法歸納—演繹法3.物理學(xué)是科學(xué)的世界觀和方法論的基礎(chǔ)★創(chuàng)造性思維方法：理8三.怎樣學(xué)習(xí)物理學(xué)？

6.認(rèn)真完成作業(yè)。（規(guī)范、及時(shí)、獨(dú)立完成）5.掌握預(yù)習(xí)、做筆記、查閱參考資料、復(fù)習(xí)總結(jié)等學(xué)習(xí)技巧。4.重視數(shù)學(xué)知識(shí)和技巧應(yīng)用。（矢量與微積分）3.掌握教材結(jié)構(gòu)，用類比等方法學(xué)習(xí)或記憶。2.學(xué)習(xí)物理學(xué)中研究和解決問題一套獨(dú)特的方法。1.重視每個(gè)概念的引入、定義、方向、大小和單位；規(guī)律的文字表述、數(shù)學(xué)表達(dá)式、適用范圍和條件。三.怎樣學(xué)習(xí)物理學(xué)？6.認(rèn)真完成作業(yè)。（規(guī)范、及時(shí)、獨(dú)9

內(nèi)容學(xué)時(shí)第5章流體力學(xué)（5.1－5.3）4第6章多粒子體系統(tǒng)計(jì)理論初步6第7章熱物理學(xué)基礎(chǔ)8第8章輸運(yùn)過程與相變（8.1－8.2）1第9章靜電場(chǎng)8第10章穩(wěn)恒電場(chǎng)電動(dòng)勢(shì)（10.3－10.5）1第11章恒定磁場(chǎng)4第12章交變電磁場(chǎng)（12.1－12.5）4第13章光的波動(dòng)性（13.1－13.8）8第15章量子力學(xué)初步（15.1）2四.教學(xué)計(jì)劃內(nèi)10流體力學(xué)

實(shí)驗(yàn)：用漏斗吹小球

流體佯謬流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)：用漏斗吹小球流體佯謬11流體力學(xué)一.研究對(duì)象流體靜止和運(yùn)動(dòng)的力學(xué)規(guī)律，及其和相鄰物體間的作用。二.研究?jī)?nèi)容①流動(dòng)性②可壓縮性③粘滯性流體：具有流動(dòng)性的連續(xù)介質(zhì)，是液體與氣體的總稱。流體力學(xué)一.研究對(duì)象流體靜止和運(yùn)12一.基本概念§1.理想流體的定常流動(dòng)與勻速流動(dòng)（流體內(nèi)空間各點(diǎn)流速相同）相區(qū)別。流體流動(dòng)不隨時(shí)間變化。2.定常流動(dòng)（穩(wěn)定流動(dòng)）不可壓縮，無粘滯性，突出流動(dòng)性特征。——理想模型1.理想流體一.基本概念§1.理想流體的定常流動(dòng)與勻速流133.流線——假想曲線4.流管：流線組成的管道。定常流動(dòng)的流線是否隨時(shí)間變化？流線能否相交？流速大?。毫骶€疏密流速方向：流線切線3.流線——假想曲線4.流管：流線組成的管道。定常流14二.連續(xù)性原理v1v2給出流體截面積與速度的關(guān)系（對(duì)理想流體適用）二.連續(xù)性原理v1v2給出流體截面積與速度的關(guān)系15體積流量：QV=Sv＝常量稱為體積流量守恒方程。質(zhì)量流量：Qm=ρSv＝常量稱為質(zhì)量流量守恒方程。三.伯努利方程討論流體各處高度，流速和壓強(qiáng)的關(guān)系v2p1p1v1體積流量：QV=Sv＝常量v2p1p1v1161.導(dǎo)出：由功能原理導(dǎo)出aa’bb’1.導(dǎo)出：由功能原理導(dǎo)出aa’bb’17大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)18大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)19大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)202.應(yīng)用：（1）空吸現(xiàn)象PP02.應(yīng)用：PP021（2）小孔流速見P165例5.1：BA（2）小孔流速見P165例5.1：BA22（3）流速計(jì)(比多管）見P166例5.3：⊿h⊿h+dBA取流線AB（3）流速計(jì)(比多管）見P166例5.3：⊿h⊿h+dB23（4）流量計(jì)（汾丘里管）（4）流量計(jì)（汾丘里管）24§2.粘滯流體一.流動(dòng)形態(tài)1.雷諾實(shí)驗(yàn)層流湍流§2.粘滯流體一.流動(dòng)形態(tài)1.雷諾實(shí)驗(yàn)層流湍流252.層流與湍流實(shí)驗(yàn)表明層流與湍流決定于液體、管徑、流速。3.雷諾數(shù)Re——判斷流動(dòng)形態(tài)密度流速管徑粘滯系數(shù)層流：分層流動(dòng)，流層不混合。湍流：流速出現(xiàn)橫向分量，流層相混。臨界雷諾數(shù)Rec:由層流向湍流過渡的雷諾數(shù)。2.層流與湍流實(shí)驗(yàn)表明層流與湍流決定于液體、26湍流的學(xué)說：1.湍流的運(yùn)動(dòng)是瞬息萬變、捉摸不透的，其形成完全是偶然的、隨機(jī)的，湍流在每一點(diǎn)上的速度極不規(guī)則，極度混亂。要準(zhǔn)確描述，就必須知道所有的初始條件，而這又是不現(xiàn)實(shí)的，也是不可能的，這完全類似于企圖借助力學(xué)方程來研究宏觀物體的所有分子的運(yùn)動(dòng)。因此，只能用統(tǒng)計(jì)的方法研究湍流在一段充分長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)（此時(shí)，初始條件將不起作用）。所以，湍流的理論應(yīng)具有統(tǒng)計(jì)的性質(zhì)。2.湍流的紊亂中必存在基本秩序，湍流在原理上是可以知道的。物理學(xué)家哈洛認(rèn)為：湍流的基本形式是小渦湍流的學(xué)說：27流，或是渦流，湍流中有千百個(gè)旋渦，任何一個(gè)單獨(dú)的小旋渦均與其他的旋渦有關(guān)，湍流的這些特性可用非線性方程描述。我國(guó)著名科學(xué)家周培源等人就是從湍流的旋渦結(jié)構(gòu)入手，找到了組成最簡(jiǎn)單的湍流運(yùn)動(dòng)——均勻各向同性流——湍流圓渦流，并獲得了與實(shí)踐相符合的湍流衰變規(guī)律和湍流微尺度的擴(kuò)散規(guī)律。雖然人們?cè)缇妥⒁獾搅送牧鳜F(xiàn)象，并提出了各種觀點(diǎn)和理論，有些還解決了局部的、簡(jiǎn)化的問題，但至今還無一個(gè)完滿的、有說服力的湍流理論。湍流問題被認(rèn)為是流體力學(xué)中最根本也是最困難的問題。流，或是渦流，湍流中有千百個(gè)旋渦，任何一個(gè)單獨(dú)的小旋渦均與其28二.粘滯阻力（僅討論層流情況）1.速度分布與速度梯度B板勻速運(yùn)動(dòng)，液體的速度分布：BAv二.粘滯阻力（僅討論層流情況）1.速度分布與速度梯29液體在管道中的速度分布Z表示各層流速的變化情況，一般為Z的函數(shù)。液體在管道中的速度分布Z表示各層流速的變化情況，302.粘滯阻力（內(nèi)摩擦力）粘滯系數(shù)流速梯度接觸面積流速變化越快，粘滯系數(shù)越大，流層接觸面積越大，則粘滯阻力越大，不易流動(dòng)。1.粘滯系數(shù)與溫度有關(guān)。液體——分子引力氣體——分子碰撞2.與接觸面積有關(guān)，區(qū)別于固體間摩擦力。2.粘滯阻力（內(nèi)摩擦力）粘滯系數(shù)流速梯度接觸面積311.泊肅葉公式——流量方程條件：圓形管道，水平放置，穩(wěn)定流動(dòng)管道兩端壓強(qiáng)差管道半徑管道長(zhǎng)度粘滯系數(shù)2.平均流速三.流動(dòng)規(guī)律1.泊肅葉公式——流量方程條件：圓形管道，水平放置，穩(wěn)定流32四.斯托克斯阻力定律討論球狀物體在粘滯液體中的運(yùn)動(dòng)情況。小球所受粘滯阻力：粘滯系數(shù)小球半徑小球速度受力分析極限速率四.斯托克斯阻力定律討論球狀物體在粘滯液體中的運(yùn)動(dòng)33直徑為微米的紅血球可直接在重力場(chǎng)中沉降，而直徑小于微米的蛋白質(zhì)、病毒分子則無法在重力場(chǎng)中沉降。

用高速離心機(jī)加速微粒的沉降速率，分離微粒。直徑為微米的紅血球可直接在重力場(chǎng)中沉降，而直34自然之迷：鄱陽湖的“魔鬼三角”這是江西鄱陽湖的北湖區(qū)被稱為“老爺廟”的水域?！澳Ч砣恰彼虬l(fā)生的災(zāi)難是驚心動(dòng)魄的。1945年4月16日，一艘日本運(yùn)輸巨輪“神戶號(hào)”駛到老爺廟水域，突然無聲無息的沉入水中，船上200多人無一生還。其后，日本海軍曾派人潛入湖中偵察，下水的人除一人返回外，其他人均神秘失蹤。返岸者脫下潛水服后，神情恐懼，接著就精神失常了。

抗戰(zhàn)勝利后，美國(guó)的愛德華波爾一行人來到鄱陽湖，經(jīng)數(shù)月打撈仍一無所獲，幾名美國(guó)潛水隊(duì)員也相繼失蹤。40年過去了，愛德華波爾終于向世人首次披露了他在鄱陽湖底攝人魂魄的經(jīng)過。他寫到：“幾天自然之迷：鄱陽湖的“魔35內(nèi)，我和三個(gè)伙伴在幾公里的水域搜尋神戶號(hào)，沒發(fā)現(xiàn)一點(diǎn)蹤影，龐然大物究竟在哪里？正當(dāng)我們沿著湖底繼續(xù)向西北方向?qū)とr(shí)，忽然不遠(yuǎn)處閃出一道耀眼的白光，飛快的向我射來。頓時(shí)平靜的湖底出現(xiàn)了劇烈的震動(dòng)，耳邊呼嘯如雷的巨聲隆隆滾來。白光在鄱陽湖底滾動(dòng)，我的三個(gè)伙伴隨著白光的吸引力翻滾而去，我掙扎出水面，我的同伴下落不明……這里為何多災(zāi)多難？前些年江西省政府組成以氣象工作者為主的考察隊(duì)進(jìn)行考察，經(jīng)過近兩年的設(shè)點(diǎn)觀測(cè)，取得20多萬個(gè)原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析后初步揭開了這個(gè)“魔鬼三角”之迷”。“老爺廟”水域位于鄱陽湖的咽喉要道，水域好似一個(gè)喇叭口，每當(dāng)冷氣南下，盛吹偏北風(fēng)時(shí)，由于“狹管效應(yīng)”，使湖面風(fēng)速巨增，春夏季節(jié)，天氣變化較劇烈復(fù)雜，湖岸地帶每年內(nèi)，我和三個(gè)伙伴在幾公里的水域搜尋神戶號(hào)，沒發(fā)現(xiàn)一點(diǎn)蹤影，龐36此外，這里水文情況復(fù)雜，許多江河支流的強(qiáng)大水流在這里交匯，有五大江河必經(jīng)這里注入長(zhǎng)江，由于這里是狹窄的咽喉要道，同樣造成水流的“狹管效應(yīng)”，使流速增大，水流紊亂并產(chǎn)生漩渦。都會(huì)出現(xiàn)破壞力極強(qiáng)的龍卷風(fēng)。如1985年8月3日6時(shí)，在水域的西南方湖面出現(xiàn)一次龍卷風(fēng)，把一條小船卷起十多米高，摔成碎片，把另一條船從湖邊卷到了圍堤外邊。由此可見，“老爺廟”水域的地理環(huán)境、天氣和氣侯特點(diǎn)及復(fù)雜的水文狀況是這里頻頻發(fā)生災(zāi)難的主要原因。此外，這里水文情況復(fù)雜，許多江河支流的強(qiáng)大水流37不過，“魔鬼三