大物上绪论-付传技

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1、大学物理（上）物理电子学院付传技fcj@mail.ustc.edu.cn一.什么是物理学物理学是研究物质世界最基本形态的科学物理学研究的范围——物质世界的层次和数量级物理学(Physics)质子10-15m空间尺度：物质结构物质相互作用物质运动规律微观粒子Microscopic介观物质mesoscopic宏观物质macroscopic宇观物质cosmological类星体1026m时间尺度：基本粒子寿命10-25s宇宙寿命1018s绪论E-15E-12E-09E-06E-031mE+03E+06E+09E+12E+15E+18E+21E+24E+27最小的细胞原

2、子原子核基本粒子DNA长度星系团银河系最近恒　星的距离太阳系太阳山哈勃半径超星系团人蛇吞尾图，形象地表示了物质空间尺寸的层次物理现象按空间尺度划分：量子力学经典物理学宇宙物理学按速率大小划分：相对论物理学非相对论物理学按客体大小划分：微观系统宏观系统按运动速度划分：低速现象高速现象实验物理理论物理计算物理今日物理学物理学的发展●牛顿力学(Mechanics)研究物体机械运动的基本规律及关于时空相对性的规律●电磁学(Electromagnetism)研究电磁现象、物质的电磁运动规律及电磁辐射等规律●热力学(Thermodynamics)研究物质热运动的统计规律及其

3、宏观表现●相对论(Relativity)研究物体的高速运动效应以及相关的动力学规律●量子力学(Quantummechanics)研究微观物质运动现象以及基本运动规律二.物理学的五大基本理论物理学是一门最基本的科学;是最古老、但发展最快的科学;它提供最多、最基本的科学研究手段。●物理学依赖于一种基本的信念：物理世界存在着完整的因果链条,即自然界是统一的,牛顿力学是体现这种信念的第一个成功的范例。●经典力学时代的追求和目标，可以说时至今日仍然是整个物理学的追求和目标。这个最基本的追求和目标，就是自然界的统一。的确，从整个物理学的发展中，可以看到一条鲜明的主线，这就是

4、执着地追求宇宙的统一，找寻支配宇宙万物的最基本最统一的规律。三.物理学的信念天体地面时间空间电磁光原子量子力学1925核子弱相互作用1958夸克强相互作用1934－？物原？牛顿力学1687电动力学1867狭义相对论1905广义相对论1916量子电动力学1948弱电统一理论1967大统一理论1970－？超统一理论（？）物理学是一切自然科学的基础物理学派生出来的一些分支及交叉学科物理学构成了化学、生物学、材料科学、地球物理学等学科的基础，物理学的基本概念和技术被应用到所有自然科学之中。物理学与数学之间有着深刻的内在联系粒子物理学原子核物理学原子分子物理学固体物理学凝

5、聚态物理学激光物理学等离子体物理学地球物理学生物物理学天体物理学宇宙射线物理学四.物理学是构成自然科学的理论基础五.物理学与技术20世纪，物理学被公认为科学技术发展中最重要的带头学科●热机的发明和使用，提供了第一种模式：●电气化的进程，提供了第二种模式：核能的利用激光器的产生层析成像技术(CT)超导电子技术技术——物理——技术物理——技术——物理粒子散射实验X射线的发现受激辐射理论低温超导微观理论电子计算机的诞生●1947年贝尔实验室的巴丁、布拉顿和肖克来发明了晶体管，标志着信息时代的开始●1962年发明了集成电路●70年代后期出现了大规模集成电路●1925

6、26年建立了量子力学●1926年建立了费米狄拉克统计●1927年建立了布洛赫波的理论●1928年索末菲提出能带的猜想●1929年派尔斯提出禁带、空穴的概念同年贝特提出了费米面的概念●1957年皮帕得测量了第一个费米面超晶格材料纳米材料光子晶体晶体管的发明大规模集成电路电子计算机信息技术与工程●几乎所有的重大新(高)技术领域的创立，事先都在物理学中经过长期的酝酿。●当今物理学和科学技术的关系两种模式并存，相互交叉，相互促进“没有昨日的基础科学就没有今日的技术革命”。——李政道量子力学能带理论人工设计材料六.物理学的方法和科学态度提出命题推测答案理论预言实验验证

7、修改理论现代物理学是一门理论和实验高度结合的精确科学从新的观测事实或实验事实中提炼出来，或从已有原理中推演出来建立模型；用已知原理对现象作定性解释，进行逻辑推理和数学演算新的理论必须提出能够为实验所证伪的预言一切物理理论最终都要以观测或实验事实为准则当一个理论与实验事实不符时，它就面临着被修改或被推翻七.怎样学习物理学著名物理学家费曼说：科学是一种方法。它教导人们：一些事物是怎样被了解的，什么事情是已知的，现在了解到了什么程度，如何对待疑问和不确定性，证据服从什么法则；如何思考事物，做出判断，如何区别真伪和表面现象。著名物理学家爱因斯坦说：发展独立思考和独立判断

8、地一般能力，应当始终放在