【教学课件】第一节物理学的历史发展.ppt

大学物理学,绪论,第一节 物理学的历史发展,一.1719世纪经典物理,古希腊的文化遗产：,得谟克利特(Democritus)：“原子论”,欧几里得(Euclid)：几何学,亚里士多德(Aristoteles)：研究了运动、空间和时间，著有物理学一书，是Physics一词最早的起源。,阿基米德(Archimedes)：浮力定律、杠杆、简单机械和几何学。,中世纪的欧洲经济和科学：,培根(R.Bacon)：毕生宣传科学知识，提出“知识就是力量”。,哥伦布：1492年发现美洲大陆,麦哲伦船队：15191522年完成环球航行。,达芬奇(L.da Vinci)：最后的晚餐、蒙娜丽莎等，研究过弹道和单摆等。,哥白尼(N.Copernicus)：天体运行论向地心说发出致命的一击。,布拉赫(T.Brahe)和开普勒(J.Keppler)：完成从哥白尼的日心说向科学天文学的过渡。,伽利略：制成了第一个天文望远镜，发现了木星的四颗卫星、看到了金星和月球表面的山谷、发现了太阳黑子。,笛卡尔(R.Discartes)：提出了“运动量守恒”，意味着“动量(mv)”概念的萌芽，明确提出了“惯性定律”。,惠更斯(C.Huygens)：光的波动说，测量重力加速度，向心力和离心力，“活力(mv2)守恒”,1687年发表划时代著作：,自然哲学的数学原理,牛顿(I.Newton)：确立力学的三条基本定律和万有引力定律，发明了微积分，光学和天文学。,第1次综合：以17世纪牛顿力学的建立为标志。,第2次综合：以18、19世纪热力学理论和气体分子动理论的建立为标志。,蒸汽机：导致以解决动力机械为主导的第一次工业革命,能量转化和守恒定律“热力学第一定律”,“热力学第二定律”的建立,“绝对零度”是不可能达到的,第3次综合：以19世纪麦克斯韦电磁场理论的建立为标志。,卡文迪许(H.Cavendish)、库仑(C.A.Coulomb)：静电的库仑定律,伏打(C.A.Volta)：发明了电池,欧姆(G.S.Ohm)：欧姆定律,奥斯特：电流的磁效应,安培(A.M.Ampere)：电流之间相互作用安培定律。,电力和无线电通讯：开始工业电气化进程，导致第二次工业革命。,法拉第(M.Faraday)：发现并确立了电磁感应定律。,麦克斯韦：电磁场理论,赫兹(H.R.Hertz)：实验证明电磁波的存在，导致无线电通讯的发明。,二.20世纪近代物理,1900年英国物理学家开尔文展望20 世纪科学：,“在已经基本建成的科学大厦中，后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了”,“但是，在物理学晴朗天空的远处,还有两朵小小的令人不安的乌云”,黑体热辐射实验,迈克耳逊莫雷实验,引发物理学史的革命风暴,X射线、放射性和电子的发现,爱因斯坦：狭义相对论,卢瑟福：发现原子核,玻尔：量子理论的建立,海森伯、薛定谔：建立量子力学,高新技术核能、晶体管、激光、大规模集成电路、计算机等：导致第三次工业革命。,物理学进一步发展：,核物理、半导体物理、固体物理、激光物理,相对论,量子力学,近代物理的理论基础,第二节 自然界的物理图象,一.物质存在的形态,实物,非凝聚态,液体,等离子体,凝聚态,固体,气体,自然界由物质组成，一切物质都处于永不停息的运动中,场,稳恒场,电场、磁场,物质内强作用场、弱作用场,引力场,运动的场,电磁场(波),二.物质存在的条件,时间、空间是物质存在的条件,“宇”空间“宙”时间,时间,宇宙年龄 约180亿年,地球年龄 约45亿年,时间测量跨越1042量级,空间,银河系直径,空间测量跨越1046量级,三.物质基本属性之一质量,质量内涵,惯性的大小,引力的大小,能量的多少,质量分类,动质量,-物体的质量与运动有关,静质量,-物体静止时的质量,质量测量跨越1083量级,四.物质间的相互作用自然力,物质间的相互作用是物质的基本属性之一,自然界物质间的相互作用无处不有，一切物体都受其周围物体的作用，同时也对周围的物体施加作用,四种相互作用的自然力,弱相互作用：引起粒子间的某些过程，如：衰变(短程相互作用10-18m),强相互作用：原子核结合力，它使原子核牢固地保持为一个整体(短程相互作用10-15m),电磁相互作用：发生在电荷间(电作用)、运动电荷间(磁作用)的相互作用(长程作用),引力相互作用：物体间表现出的固有的相互作用(长程作用),最弱的一种,宏观物体间所能观测的是电磁和引力相互作用,五.物质的微观结构,1808年 道尔顿提出原子说,“物质由分子决定，分子由原子组成，原子是不可再分的最小颗粒”,1897年 发现电子,1911年 卢瑟福提出原子核模型,1919年 发现质子,1932年 发现中子,原子核,1.基本粒子,本世纪40年代，认为光子、电子、质子、中子是物质结构的最小组元,基本粒子,至今，已发现400多种基本粒子,轻子,尚未观察到内部结构,强子,-夸克子,-,-,参加强相互作用,2.强子的夸克模型,预言：夸克通过强相互作用结合成强子，是通过一种粒子-胶子的交换来实现的,-强子由夸克、反夸克和胶子组成,重子由3个夸克组成,反重子由3个反夸克组成,介子由一对夸克和反夸克组成,至今未能从实验上发现孤立的夸克,3.物质的基本构成,现在认为构成物质的最小微粒是夸克、胶子、轻子,六.宇宙大爆炸说,1929年 哈勃发现星系光谱的每条谱线的波长都增加,-宇宙处在膨胀状态,1946年 伽莫夫等人提出大爆炸学说,1965年 彭齐亚斯和威尔逊观察到3K宇宙微波背景辐射,1989年 宇宙背景探索卫星升空，证明背景辐射强度随波长变化,宇宙大爆炸说,180亿年前宇宙为密度极高的宇宙蛋，某一时刻开始大爆炸，粒子飞离，宇宙膨胀,10-2s 温度达1011K，宇宙象一盆由质子、中子、电子和光子组成的宇宙“汤”,3分 温度为109K，中子和质子组成原子核,3万年 进行复合过程，形成物质分子,3亿年 物质分子在空间集中，形成星云、星系,50亿年 太阳系形成,天体物理与粒子物理两大尖端紧密衔接,第三节 为什么要学习物理学,一.物理学是自然科学的基础,物理学：关于自然界最基本形态的科学，它研究物质的结构、相互作用及其运动规律,物理学面向整个自然界,如：,从个体到系统,力学：质点质系,热学：粒子系统,天文学：星球星系,从状态到过程,运动状态运动过程,热力学状态热力学过程,从最大到最小,宇观宏观微观,从最早到最晚,宇宙的创生宇宙的终结,从有序到无序,有序混沌无序,从最快到最慢,光速常速相对静止,物理学研究自然界最基本规律,力学：研究物体机械运动的规律,热学：研究物质宏观性质变化的规律及分子微观运动与物质宏观性质的关系,电磁学：研究电磁现象和电磁相互作用的规律,光学：研究光的传播规律和光的波动特性,相对论：研究高速运动物体的力学规律,量子力学：研究微观粒子运动的理论,物理学定律是自然科学的基本定律,能量守恒,自然界遵守一些普遍定律,动量守恒,角动量守恒,如：,电荷守恒,科学和技术以物理为基础,天文学天体物理地质学地球物理化 学物理化学生物学生物物理,自然科学:,半导体半导体物理激 光激光物理核技术核物理空间技术空间物理,技术科学:,物理学方法是科学研究的基本方法,提出命题：从新的观察或实验事实中提炼出来，或从已有的原理中推演出来,物理模型：把自然现象的主要矛盾或主要矛盾方面科学地描述出来，并推测答案,实验检验：一切理论最终都要以观察或实验事实为准则,修改理论：当一个理论与新的实验事实不符或部分不符，则要修改、部分修改或推翻,二.大学物理教育不同于中学,物理思想和物理概念更强,数学描述更精确,更准确、更深刻地揭示物理规律,物理方法更多,三.物理学是科学素质教育基础,掌握科学技术的基本理论和基本方法,拓宽知识面，增强适应能力和综合能力,物理学最直接触及自然界的各个方面,增强创新精神和创新能力,物理学是在不断探索和创新中发展起来的,为学习新理论、新知识和新技术打下基础,物理学的一些内容在后续专业课程中多不再涉及,第四节 国际单位制(SI)、量纲,