第1章 物理学和力学

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1、第一章物理学和力学§1.1发展着的物理学§1.2物理学研究的方法§1.3时间和长度的测量§1.4单位制和量纲§1.5数量级估计§1.6参考系·坐标系与时间坐标轴§1.7力学——学习物理学的开始第一章物理学和力学没有今日的基础科学,就没有明日的科技应用,可以想象,我们现在的基础科学将怎样地影响21世纪的科技文明.——李政道物理学属于基础科学范畴,是一门素质课,物理思想和物理方法是一个科学工作者灵感之所在,基础之所在.力学——学习物理学的开始.§1.1发展着的物理学§1.1.1经典物理学与现代物理学经典物理学经典力学经典热力学,经典统计物理学经典电磁学现代物理学基础狭义相对论量子力学广义相

2、对论牛顿开普勒伽利略他们为经典力学的建立做出贡献玻尔兹曼他们为经典热力学统计物理的建立做出贡献他们为经典电磁理论的建立做出贡献X射线、电子、放射性的发现，物理学的研究由宏观转向微观.伦琴发现X射线J.J.Thomson发现电子A.H.Becquerel发现放射性爱因斯坦他们奠定了现代物理学基础§1.1.2微观世界1914年卢瑟福发现射线,β射线,建立了原子有核模型.电子的发现，确认了原子是可分的，为探索原子结构以及为探索更深层次的结构开辟了道路.物质是由轻子和夸克组成.轻子有电子、子、子、电子中微子、子中微子和子中微子，每一种均有反粒子，共有12种.夸克有6种味，即上夸克、下

3、夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克.每种味又分红、蓝和绿3种色.粒子之间有四种基本相互作用：引力相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用.粒子之间的基本相互作用是通过交换某种粒子来传递的，即基本相互作用都是由媒介粒子传递的，这类媒介粒子统称为规范玻色子.电磁力以光子为媒介，弱力的媒介为Z0和W±粒子，强力的媒介有8种颜色的胶子.§1.1.3宇宙的早期演化强子时代轻子时代辐射时代恒星星系形成直至现在0§1.1.4非线性系统的复杂行为一旦系统出现非线性,便可能呈现复杂行为.这种复杂行为有时会表现为规则的时空或功能有序,有时也会表现为貌似无序的序.复杂行为不仅能发生于物理和化学系统

4、,也能发生于生命和社会系统.§1.2物理学科的特点一、物理学的研究方法和步骤修改理论理论预言研究的步骤实验检验应用提出命题(观测、实验、目的、原理)推测答案(模型、定性、定量、假说)二、物理学思维特点敢于想像善于归纳创设模型三、物理学与科学技术笫一次,开始于18世纪60年代,主要标志是蒸汽机的广泛应用,它是牛顿力学和热力学发展的结果.笫二次,开始于19世纪70年代,主要标志是电力的广泛应用和无线电通讯的实现,它是电磁学发展的结果.笫三次,开始于20世纪40年代的电脑、电信革命，也叫做“数字革命”.它是近代物理学发展的结果.科学解决理论问题，技术解决实际问题.发展模式技术－物理－技术物理

5、－技术－物理第一次技术革命第二次技术革命目前国际通用的时间单位是秒（s）.为提高精度，1967年国际计量大会决定采用原子的跃迁辐射作为计时标准,并规定铯--133原子基态的两个超精细能级间跃迁相对应的辐射的9192631770个周期的持续时间作为1s.这样的原子标准称为原子时.§1.3.1时间的计量一切周期运动都可用来量度时间.§1.3时间和长度的测量可用物体来计量长度.如古代测量长度常以人体的某部分作为单位和标准.近代的测量长度单位是在法国的米制单位发展起来的[规定通过巴黎的子午线的1/(1×107)为1m(米)].目前在国际单位制中长度的单位是米(m).在1983年国际计量大会规定

6、:“1m为光在真空中传播(1/299792458)s时间间隔内所经路径的长度”.§1.3.2长度的计量§1.4单位制和量纲物理学中,物理公式总是和一定的“单位制”相联系,“单位制”就是各物理量间相互配套的一组单位.§1.4.1基本单位和导出单位基本单位：选定几个物理量作为基本量,人为地规定其单位，称为基本单位制.导出单位：从基本量导出的量称为导出量，其单位是基本单位的组合，称为导出单位.根据同一规律写出的公式，采用的单位不同，公式中出现的因子不同.§1.4.2国际单位制(SI)基本量:长度质量时间电流温度物质的量光强度单位:mkgsAKmolcd导出量:速度加速度力动量…单位:m/sm

7、/s2Nkg·m/s…辅助单位:平面角立体角单位：radsr（球面度）辅助单位可以参与导出单位，如角速率rad/sSI词头：因为用很大单位测很小的量或用很小单位测很大的量都不方便，为使单位大小相济，适应不同问题的需要，在SI中规定了“SI词头”.如表1.3.§1.4.3量纲式量纲：表示一个物理量由基本量的幂次组合的式子.基本量选定后,导出量的量纲可由基本量的量纲的组合而得.在国际单位制中,表示力学量A的量纲式为如：L为长度的量纲，M为质量的量纲