复旦大学《大学物理》课件-绪论(1).pdf

12课程简介课程简介什么是物理学？什么是物理学？物理学是研究什么的？物理学是研究什么的？大学物理课程的地位、作用和任务大学物理课程的地位、作用和任务 大学物理课程内容简介大学物理课程内容简介 物理学与物质世界物理学与物质世界物理学与自然科学物理学与自然科学物理学与应用技术物理学与应用技术物理学与科学思维物理学与科学思维大学教育与中学教育大学教育与中学教育 大学物理与中学物理大学物理与中学物理 正确方法与错误方法正确方法与错误方法现代教育与传统教育现代教育与传统教育3物理学是研究物质运动的最基本、最普遍的运动形物理学是研究物质运动的最基本、最普遍的运动形式和规律以及物质的最基本结构的科学式和规律以及物质的最基本结构的科学物理学是一种哲学观和方法论物理学是一种哲学观和方法论物理学是自然科学的一门重要基础学科物理学是自然科学的一门重要基础学科物理学是人类物质文明发展的基础和动力物理学是人类物质文明发展的基础和动力4 大学物理课程是高等学校理工科大学物理课程是高等学校理工科。其基本概念、基本理论和基本方法是构成。其基本概念、基本理论和基本方法是构成学生学生的重要组成部分，是一个科技工作者的重要组成部分，是一个科技工作者。在培养学生树立科学的世界观，增强学生分析问题和解决在培养学生树立科学的世界观，增强学生分析问题和解决问题的能力，培养学生探索精神和创新意识等方面问题的能力，培养学生探索精神和创新意识等方面。通过大学物理课程的学习，使学生对物理学的基本概念、通过大学物理课程的学习，使学生对物理学的基本概念、基本理论和基本方法有比较系统的认识和正确的理解，基本理论和基本方法有比较系统的认识和正确的理解，。56一、一、物理学与物质世界物理学与物质世界二、二、物理学与自然科学物理学与自然科学三、三、物理学与应用技术物理学与应用技术四、四、物理学与科学思维物理学与科学思维7物理学研究的对象十分广泛：宇观物理学研究的对象十分广泛：宇观 宏观宏观 微观微观1 1 认识世界认识世界 认识宇宙认识宇宙空间尺度空间尺度(相差相差1010454510104646)101026 26 m(m(约约150150亿光年亿光年)()(宇宙宇宙)101020 20 m(m(夸克夸克)1010-27-27s(s(硬硬 射线周期射线周期)速率范围速率范围：0(0(静止静止)3 3 10108 8 m/s(m/s(光速光速)时间尺度时间尺度(相差相差10104545)10101818s s150150亿年亿年(宇宙年龄宇宙年龄)一、一、物理学与物质世界物理学与物质世界82 2 当今物理学的两个前沿领域当今物理学的两个前沿领域人们从自己向小尺度追问人们从自己向小尺度追问 以探索物质的组成以探索物质的组成 (研究微观粒子的组成、结构、相互转换、相互研究微观粒子的组成、结构、相互转换、相互作用和运动规律的理论作用和运动规律的理论)标准宇宙模型标准宇宙模型 分析宇宙的起源分析宇宙的起源人们从自己向大尺度追问人们从自己向大尺度追问 以探索宇宙的奥秘以探索宇宙的奥秘 大爆炸宇宙学：大爆炸宇宙学：从遥远的过去宇宙产生于大爆炸从遥远的过去宇宙产生于大爆炸 绝热膨胀至今绝热膨胀至今 我们生活在这样的世界中我们生活在这样的世界中9 宇宙由宇宙由12501250亿个星系组成，每个星系由数千亿个恒亿个星系组成，每个星系由数千亿个恒星组成，浩瀚的宇宙起源于大约星组成，浩瀚的宇宙起源于大约150150亿年前的一次大爆亿年前的一次大爆炸，从那时起至今整个宇宙处于不断的膨胀之中，今后炸，从那时起至今整个宇宙处于不断的膨胀之中，今后宇宙是永远膨胀下去，还是膨胀到一定时候再收缩？或宇宙是永远膨胀下去，还是膨胀到一定时候再收缩？或者是其他的命运？还有待于继续研究。者是其他的命运？还有待于继续研究。：10 世界是物质的，物质是运动的，运动是永恒的。世界是物质的，物质是运动的，运动是永恒的。3 3 建立正确的宇宙观和时空观建立正确的宇宙观和时空观 时间和空间是相对的、相互关联的，时间和空间是相对的、相互关联的，“同时同时”是相对的，而且时间和空间与物质的存在有关是相对的，而且时间和空间与物质的存在有关，离开物质谈时间是没有意义的。，离开物质谈时间是没有意义的。时间和空间是绝对的、均匀的、相互独立的。时间和空间是绝对的、均匀的、相互独立的。有了正确的宇宙观、世界观和时空观有了正确的宇宙观、世界观和时空观 人生观人生观11二、物理学与自然科学二、物理学与自然科学建楼房为什么要打地基？建楼房为什么要打地基？物理学是物理学是各专业的重要基础课各专业的重要基础课1 1 物理学是自然科学的基础物理学是自然科学的基础目前许多大学的目前许多大学的等专业也开设了大等专业也开设了大学物理学课程。学物理学课程。12物理学物理学力学力学 热学热学 电磁学电磁学 光学光学 原子物理学原子物理学 核物理核物理 固体物理固体物理 统计物理统计物理 电动力学电动力学 理论物理理论物理 相对论相对论 量子场论量子场论 粒子物理粒子物理 天体物理天体物理 量子力学量子力学 流体力学流体力学 弹性力学弹性力学 无线电电子学无线电电子学 金属物理学金属物理学 半导体物理半导体物理 电介质物理学电介质物理学 超导物理学超导物理学 等离子体物理等离子体物理天文学天文学 物理化学物理化学 生物物理生物物理 固体发光固体发光 液晶及激光液晶及激光 电子技术电子技术 电工与电子学电工与电子学 传感器与测量技术传感器与测量技术 真空技术真空技术 金属材金属材料及热处理料及热处理 材料力学性能材料力学性能 电子电路电子电路 电磁场与微波技术电磁场与微波技术 微机微机原理原理 电子与现代通信系统电子与现代通信系统 13推动了电子学信息技术的发推动了电子学信息技术的发展展第三次产业革命使人第三次产业革命使人类进入了类进入了“信息化时代信息化时代”2 2 物理学是当代工程技术的基础物理学是当代工程技术的基础物理学的三次大的突破，导致了三次大的工业革命：物理学的三次大的突破，导致了三次大的工业革命：18世纪世纪热力学与统计热力学与统计物理学的发展物理学的发展推动了第一次产业革命推动了第一次产业革命使人类进入了使人类进入了“蒸汽机时代蒸汽机时代”19世纪末世纪末20世纪世纪初电磁学的发展初电磁学的发展推动了第二次产业革命推动了第二次产业革命使人类进入了使人类进入了“电气化时代电气化时代”20世纪初世纪初现在现在相对论与相对论与量子物理学量子物理学14三、物理学与应用技术三、物理学与应用技术1 1 迅速发展的汽车工业迅速发展的汽车工业 汽车的驱动力、阻力矩问题汽车的驱动力、阻力矩问题平稳性与汽车的减震问题汽车的平稳性与汽车的减震问题汽车的制动器与离合器问题。制动器与离合器问题。汽车的发动机工作效率问题汽车的发动机工作效率问题力学力学RFM00RfMfkxf Nf热学热学热力学第二定律、卡诺定理、循环效率热力学第二定律、卡诺定理、循环效率121QQ152 2 家用电器家用电器电冰箱、空调机电冰箱、空调机制冷机制冷机热力学第二定律，卡诺定理，制冷系数热力学第二定律，卡诺定理，制冷系数2122QQQAQ微波炉微波炉电磁场电磁场 位移电流位移电流 电介质极化电介质极化 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组IddtdDIDtdSdSDEP0改变电偶极矩，使电介质反复极化，使分子热运动加剧，改变电偶极矩，使电介质反复极化，使分子热运动加剧，有热效应，但与焦耳热完全不同有热效应，但与焦耳热完全不同微波炉微波炉163 3 信息存储技术信息存储技术光盘光盘激光信息处理：极高的信息存储密度、激光信息处理：极高的信息存储密度、读取信息时间短、使用寿命长读取信息时间短、使用寿命长磁盘（软盘、硬盘磁盘（软盘、硬盘）电磁记录、电磁记录、U U盘盘 4 4 激光技术的应用激光技术的应用爱因斯坦爱因斯坦受激辐射理论受激辐射理论(1917)(1917)第一台激光器第一台激光器(1960)(1960)激光技术的应用激光技术的应用：光通信、光计算、激光加工（焊接、：光通信、光计算、激光加工（焊接、切割）、激光印刷（激光打印机、激光照排机、激光复切割）、激光印刷（激光打印机、激光照排机、激光复印机、激光制版机）、激光生物应用、激光医学应用（印机、激光制版机）、激光生物应用、激光医学应用（激光刀、激光治疗）、激光测距、激光测速、激光准直激光刀、激光治疗）、激光测距、激光测速、激光准直导向、激光雷达、激光制导、激光武器导向、激光雷达、激光制导、激光武器175 5 国防航天领域国防航天领域运载火箭和航天飞机：运载火箭和航天飞机：同步轨道卫星：同步轨道卫星：保持在地球某一经度的地面上空、运行周期与地球自转保持在地球某一经度的地面上空、运行周期与地球自转周期相同。通信卫星、气象卫星、导航卫星。周期相同。通信卫星、气象卫星、导航卫星。根据根据开普勒第三定律开普勒第三定律可以计算出卫星的高度，再由可以计算出卫星的高度，再由克服克服地球引力所做的功地球引力所做的功和和机械能守恒定律机械能守恒定律可计算出发射速度。可计算出发射速度。火箭推进原理，火箭推进原理，动量定理、动量守恒定律动量定理、动量守恒定律导弹的制导：导弹的制导：有线指令制导、电视制导、微波雷达制导、激光制导、红有线指令制导、电视制导、微波雷达制导、激光制导、红外制导、毫米波制导。外制导、毫米波制导。嫦娥一号卫星嫦娥一号卫星 神五、神六神五、神六、神七、神八、神九、神七、神八、神九蛟龙号载人潜水器挑战7000米深海【天宫一号天宫一号与与神舟十号神舟十号对接对接】186 6 医疗器械与医学诊断技术医疗器械与医学诊断技术 目前医学上主要用于观察：肝脏、胆囊、肝外胆管、肾脏、目前医学上主要用于观察：肝脏、胆囊、肝外胆管、肾脏、肾上腺、胰腺、脾脏、前列腺、卵巢等。肾上腺、胰腺、脾脏、前列腺、卵巢等。真实、直观、快捷、真实、直观、快捷、方便、容易、无痛苦。方便、容易、无痛苦。B B超超B B型超声波诊断仪型超声波诊断仪 声波、超声波、超声波的传播、反射、折射、透射、吸声波、超声波、超声波的传播、反射、折射、透射、吸收、衰减、多谱勒效应、探测、显示、成像、记录；除物理收、衰减、多谱勒效应、探测、显示、成像、记录；除物理学外还涉及电子学、人体组织学等。学外还涉及电子学、人体组织学等。三维图像（立体）三维图像（立体）从从 静静 态态 黑黑 白白 动态（快速成像）动态（快速成像）彩色（彩超）彩色（彩超）二维图像二维图像19 目前在医学上主要用于观察：大脑中病变、中枢神经系目前在医学上主要用于观察：大脑中病变、中枢神经系统疾病五宫疾病的检查与诊断等。对颅内肿瘤、脓肿、外伤统疾病五宫疾病的检查与诊断等。对颅内肿瘤、脓肿、外伤血肿、脑损伤、脑梗塞、脑出血及椎管内肿瘤、椎间盘脱出血肿、脑损伤、脑梗塞、脑出血及椎管内肿瘤、椎间盘脱出等病诊断效果很好。等病诊断效果很好。X X射线与射线与CTCT扫描扫描 X X射线、强度衰减、穿透特性、电离效应、射线、强度衰减、穿透特性、电离效应、光化学效应、荧光效应、光化学效应、荧光效应、CTCT（计算机断层成像技（计算机断层成像技术术)电子束、扫描、接收、造影、成像等。电子束、扫描、接收、造影、成像等。第一代第一代CTCT扫描机、第二代扫描机、第二代CTCT扫描机、扫描机、第三代第三代CTCT扫描机、第四代扫描机、第四代CTCT扫描机扫描机 郑全录，毕业于郑全录，毕业于东北大学东北大学物理系。现任物理系。现任东软集团有限公司副总裁、东软数字医疗系东软集团有限公司副总裁、东软数字医疗系统股份有限公司副董事长、国家数字医学影统股份有限公司副董事长、国家数字医学影像设备工程技术研究中心主任。像设备工程技术研究中心主任。郑全录成功地主持了国家级火炬计划项郑全录成功地主持了国家级火炬计划项目目“全身全身CT扫描机研制与生产扫描机研制与生产”，使我国成，使我国成为世界上能研制生产为世界上能研制生产CT机的第四个国家，东机的第四个国家，东大阿尔派成为能研制生产大阿尔派