普通物理學物理學院崔士舉第一章物理學導論

物理學是研究物質結構和相互作用以及物質的運動規律的學科。物質存在的主要基本形式，它們的性質、運動和轉化以及內部結構，這些結構的組元及其相互作用、運動和轉化的基本規律。具體什么是物理學？物理學的研究對象物質世界及其層次物質世界及物質間的相互作用1①物質：實物＋場②物質間的相互作用強相互作用電磁相互作用弱相互作用引力相互作用相對強度110-210-510-39力程/m10-15長程<10-18長程物理世界的空間尺度210-15m（質子半徑）～～1026m（哈勃半徑）某些量的空間尺度石英晶體（10-1m）紅血球（10-6m）量子圍欄（10-10m）獵戶座氣體星云（1020m）不同空間尺度的景象物理世界的時間尺度310-25m（粒子壽命）～～1039m（質子壽命）某些量的時間尺度17世紀伽利略開普勒牛頓(1867,《自然哲學之數學原理》)經典力學18世紀︱19世紀焦耳、開尓文、克勞修斯等熱力學玻爾茲曼、吉布斯等統計物理學庫侖、法拉第、麥克斯韋等

電磁學經典物理學20世紀愛因斯坦（1905、1915）相對論普朗克、愛因斯坦、玻爾薛定諤、海森伯、狄拉克量子力學物理學近代古希臘亞里士多德等自然哲學§1-1

物理學的發展簡史經典物理力學（實物粒子）電磁學（場）熱力學統計物理（多粒子體系）相對論力學量子力學量子統計物理相對論量子力學相對論量子場論？§1-2

物理學的基本框架分支學科：激光物理，半導體物理，原子物理，核物理…交叉學科：生物物理，量子化學，地球物理，海洋物理…①物理學是自然科學中的最基礎學科提供了基本的理論框架、研究方法和實驗手段②物理學是定量的、精確的學科是在一定范圍內、一定精確程度上對客觀世界的近似描述③物理學是以實驗為基礎的學科理論理論實驗實驗實驗理論§1-3物理學的特點§1-4物理學與技術*第一次工業革命（17～18世紀）：建立在牛頓力學和熱力學發展的基礎上，其標志是以蒸汽機為代表的一系列機械的產生和應用。

*第二次工業革命（19世紀）：建立在電磁理論發展的基礎上，其標志是發電機、電動機、電訊設備的出現和應用。*第三次工業革命（20世紀）：建立在相對論和量子力學發展的基礎上，其標志是以信息技術為代表的一系列新學科、新材料、新能源、新技術的興起和發展。物理學與技術關系的兩種模式*技術物理技術（典型例子：熱學）*物理技術物理（典型例子：電磁學）在現代社會中主要以第二種方式進行。[例]計算機技術、激光技術、核技術、空間技術……其基礎正是過去大半個世紀的現代物理學的研究成果。電子和信息技術的物理基礎1925年量子力學建立1926年Fermi-Dirac統計法提出1929年能帶理論提出并得到證實，從理論上解釋了導體、半導體、絕緣體的性質和區別；

Fermi面概念及其可測量的提出1947年發明晶體管

（肖克萊、巴丁、布拉頓獲1956年諾貝爾物理獎）1957年建立Fermi面編目1962年制成集成電路（IC）

1965年摩爾定律：芯片容量每18－24個月翻番。70年代末大規模和超大規模集成電路（VLIC）核技術的物理基礎1896年Becquerel發現鈾的天然放射性1905年Einstein創立狹義相對論，得1911年Rutherford提出原子的有核模型1925年量子力學建立1932年建立原子核的質子——中子模型1933年發現人工放射性1945年實現核裂變——原子彈1952年實現核聚變——氫彈1954年建立第一座核電站（安全、清潔、經濟的能源）原理發現（年）工業產品（年）經歷時間（年）電動機1821188665真空管1882191533無線電1887192235X光1895191318雷達193519005原子反應堆193919423半導體194819513激光195819602從基本原理轉變為技術的速度加快直接從各分支物理實驗室移植到工業上的新技術納米（）技術皮秒（）技術超導技術…...IBM公司構成的鉑片表面的“一氧化碳人”身高5納米。物理學提供科學原理指導技術路線的選擇和技術方案的改進培養技術人員的科學品格和創新能力，使其眼光遠，層次高，后勁足演繹法－推理演算歸納法－假設模型定性和半定量直覺想象力洞察力§1-5物理學的方法和科學態度

物理書都充滿了復雜的數學公式。可是思想及理念，而非公式，才是每一物理理論的開端。

－－愛因斯坦

《物理學的進化》物理學的研究方法理想化方法理想模型（單擺、彈簧振子、理想氣體……)理想實驗（伽利略、牛頓…...）理想過程(準靜態、絕熱……)[例]方法實質:

簡化、純化，抓住主要矛盾，摒棄次要因素。重要意義：人類認識世界的基本策略牛頓的理想實驗物理學的基本思想方法用模型來描述自然，用數學來表達模型，用實驗來檢驗模型。（1858-1947）感覺世界物理科學世界真實世界大量唯象定律較高層次定律自然界的基本法則(中介)逼近目標歸納總結氣體定律胡克定律……牛頓定律麥氏方程……物理學描述的是關于實在世界的模型學習目的1.獲得生活、學習、工作所需的知識和技能。2.開啟智慧，獲得科學思想、科學精神、科學態度和科學方法的熏陶和培養。載體定位不僅僅是為后續課服務不僅僅是為專業服務立足于提高自身科學素質，有益于終身學習和發展§1-6學習物理學的意義§1-7怎樣學好物理學？

“科學是一種方法，它教導人們：一些事物是怎樣被了解的，什么事情是已知的，現在了解到什么程度，如何對待疑問和不確定性，證據服從什么法則，如何去思考事物，做出判斷，如何區別真偽和表面現象?！?/p>

－－－－理查德·費曼掌握和利用物理學的思想方法掌握最基本的物理概念應用于練習和實踐關于考試總成績＝平時成績＋期末考試成績（30％）（70％）平時成績構成作業：每章交一次考勤：次數不定E－Mail

：cuisj820@參考書目1.《力學》漆安慎、杜嬋英編高等教育出版社2.《電磁學》趙凱華、陳熙謀編高等教育出版社3.《力學》趙凱華、羅蔚茵編高等教育出版社第二章矢量分析初步§2-1矢量的定義

矢量表示力、加速度、角速度、力矩、電場強度和磁感應強度等物理量都是矢量單位矢量：具有一定的大小和方向，且加法遵從平行四邊形法則的量。模：指矢量的大小，表示為：零矢量（印刷符號中用黑體字A

表示）§2-2矢量的加減法矢量的加法應滿足平行四邊形法則，而減法是加法的逆運算，可用三角形法則；如圖所示。§2-3矢量的數乘

以實數

乘以矢量稱為矢量的數乘，記作，

實數只是一個系數，矢量的數乘可以看作是把原矢量的模伸縮為原來的倍。的方向為：時，與方向不變；時，與方向相反。滿足分配律

滿足交換律§2-4矢量的正交分解

把矢量分解成沿著幾個正交單位矢量方向上的分矢量，各分矢量按照平行四邊形法則，又可合成原矢量。模方向余弦*一、矢量在直角坐標系中的正交分解加減法數乘二、矢量在平面極坐標系中的正交分解ArAθθαA0則矢量可分解為：若、為兩個對應相同P（r,θ）點的矢量，則pP點不同，單位矢量，的方向也不同。Oa§2-5矢量的標積（點乘）矢量A和矢量B的標積是一個標量，等于A和B的模與其夾角余弦的乘積，記為

，即兩矢量點乘的結果是標量

交換律分配律§2-6矢量的矢積（叉乘、叉積、外積）

反交換律分配律

矢積的結果為矢量；大小為以A、B為邊的平行四邊形的面積，方向垂直于A、B構成的平面，且呈右手螺旋關系兩矢量所在平面AB的方向ABa幾何意義兩個重要公式混合積雙重矢量積§2-7矢量對時間的導數

對矢量函數（簡稱矢函數），如果極限存在，就稱它為矢函數的導數，記作，矢函數的導數仍為矢函數，從而可以求其二階導數、高階導數。對矢量函數求導數，一般是對它的各個分量分別求導，這時矢量導數就變成了標量函數的求導，但是如果坐標也在變，也必須對單位矢量求導，如自然坐標系中的切向單位矢量和法向單位矢量?；厩髮Ч剑?1)(C)

=0，(2)(xm)

=m

xm-1，(3)(sinx)

=cos

x，(4)(cos

x)

=-sinx，(5)(tanx)

=sec2x，