1、1大學物理大學物理IIIUniversity Physics for Non-Science Students姚文靜姚文北工業大學理學院應用物理系2結合所學物理知識和自身專業背景結合所學物理知識和自身專業背景開展如下主題的討論開展如下主題的討論 1 1）一只蘋果引發的思考）一只蘋果引發的思考 2 2）我眼中的對稱與守恒）我眼中的對稱與守恒 3 3）熵與社會和經濟）熵與社會和經濟 4 4）縈繞身邊的電磁波）縈繞身邊的電磁波 5 5）神奇的光）神奇的光3第第1章章 緒論緒論一、課程信息一、課程信息1、課程代碼：11100532、課程名稱：大學物理III3、學時/學分：72

2、/104、先修課程：經濟數學5、面向對象：文科各專業本科生6、開課院系：理學院應用物理系7、開課學期：第2學期4二、教材、教學參考書二、教材、教學參考書物理學概論 王曉鷗主編、同濟大學出版社、2007大學物理導論、向義和等編、清華大學出版社、1996年大學物理、張淳民等編、西安交通大學出版社、2002年今日物理、高崇壽，謝柏青編著、高等教育出版社、2004年物理與藝術、施大寧編著、科學出版社、2005年現代科學技術導論（第3版）、宗占國主編、高等教育出版社、2004年物理學史、（美）弗卡約里著，戴念祖譯、廣西師范大學出版社、2002年物理的挑戰、李政道著、中國經濟出版社、2002年5三、為什么

3、要學習物理學三、為什么要學習物理學 1、什么是物理學？ 物理學Physics來源于希臘文，意為“自然”，中文中的含義為“物”（物質的結構、性質）和“理”（物質的運動、變化規律）。 物理學是研究物質結構和運動基本規律的科學。它是自然科學中與自然界的基本規律關系最直接的一門科學。其他的學科和工程技術都是以物理學為基礎的。62、什么是大學物理III? 物理學是整個自然科學的基礎，物理學是整個自然科學的基礎，大學物理大學物理III課程是以課程是以自然界中最基本的物理現象、物質形態和關于物質運動的自然界中最基本的物理現象、物質形態和關于物質運動的一般規律的理論體系為基本內容，同時介紹人們在科學歷一般規律

4、的理論體系為基本內容，同時介紹人們在科學歷史長河中了解自然、認識自然、改造自然的認識論和方法史長河中了解自然、認識自然、改造自然的認識論和方法論，激發學生不斷探索科學奧秘、深化對物質世界認識的論，激發學生不斷探索科學奧秘、深化對物質世界認識的興趣和志向。因此，該課程是學生了解物質世界、認識自興趣和志向。因此，該課程是學生了解物質世界、認識自然規律、樹立辨證唯物史觀、掌握科學方法的重要基礎；然規律、樹立辨證唯物史觀、掌握科學方法的重要基礎；是激發學生熱愛科學、崇尚科學、不斷進取的重要課程。是激發學生熱愛科學、崇尚科學、不斷進取的重要課程。73、我們為什么要學習大學物理III?情情 商商 與與 智

5、智 商商 對文管類專業開設大學物理課程的目的，是為了適應現代對文管類專業開設大學物理課程的目的，是為了適應現代社會發展對高素質人才的需要，實現對學生知識結構的優社會發展對高素質人才的需要，實現對學生知識結構的優化，培養和提高學生的科學思維能力和全面素質?；?，培養和提高學生的科學思維能力和全面素質。84、物理學與其它學科的關系 1）物理學使數學有了用武之地 數學是物理學定量描述的工具；物理學為數學數學是物理學定量描述的工具；物理學為數學的發展提供空間。的發展提供空間。2）物理學與天文學密不可分 物理學為天文學的發展提供各種探測手段；天物理學為天文學的發展提供各種探測手段；天文學為物理的發展提供素

6、材和佐證。文學為物理的發展提供素材和佐證。3）物理學為化學提供理論依據 唇齒相依、息息相關。唇齒相依、息息相關。94）物理學在生物學發展中的貢獻 物理學一是為生命科學提供現代化實驗手段：物理學一是為生命科學提供現代化實驗手段：X-ray、B超、核磁共振、電子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡；二是為生超、核磁共振、電子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡；二是為生命科學提供理論概念和方法。生物學有可能潛藏著人類尚命科學提供理論概念和方法。生物學有可能潛藏著人類尚未認識的運動規律。未認識的運動規律。5）物理學是信息科學的基礎 信息科學的發展是建立在先進的能夠存儲，傳輸和處理信息科學的發展是建立在先進的能夠存儲，傳輸和處理

7、數據的硬件（存儲介質、數據的硬件（存儲介質、CPU、光纜等等）基礎之上的科、光纜等等）基礎之上的科學。自然是物理學發展的結果。學。自然是物理學發展的結果。6）物理學在經濟領域的作用10 5、物理學與技術的關系 三次工業革命 物理學為技術的形成提供科學原理物理學影響技術進行的路線物理學左右技術的實施方案 兩種基本的模式： 一是由于生產實踐的需要而創建了技術，然后提高到理論上來，再反饋到技術中去，促進技術的進一步發展；二是先在實驗室中揭示了基本規律，建立比較完整的理論，然后再在生產中發展成為一種全新的技術。116、物理學與方法論和世界觀 物理學描繪了世界的一幅完整的圖像，它揭示出各種運動形態的相互

8、聯系與相互轉化，充分體現了世界的物質性與物質世界的統一性。理解世界的方法論：1）邏輯方法 分析-綜合法 歸納-演繹法2）與物理學基本原理相聯系的方法（不能違背的法則） 能量守恒原理，熵增大原理（有序-無序）3）科學發現中創造性的思維方法 物理模型，理想實驗，物理類比，物理假說看待世界的世界觀（唯物主義）： 這個世界是由物質構成的，物質是運動著的和普遍聯系著的。這個世界是由物質構成的，物質是運動著的和普遍聯系著的。12 例：掃描隧道顯微鏡 (STM)的發明70年代 羅伯特.楊制成場發射顯微鏡。1981年 賓尼和羅雷爾應用隧道效應，正是由于其掌握了量子力學方面的知識，改進了場發射顯微鏡研制成了掃描

9、隧道顯微鏡（STM），1986年諾貝爾物理學獎，得益于深厚的科學素養。7、物理學素質的重要性只有堅實的物理學基礎，才能在科學領域有所發現，有所只有堅實的物理學基礎，才能在科學領域有所發現，有所創造。創造。13 硅表面77重構圖象 “原子和分子的觀察與操縱” - 白春禮 插頁彩圖2解決許多理論和實驗上的疑難問題14用AFM得到的癌細胞的表面圖象“原子和分子的觀察與操縱” - 白春禮 P.98 圖 4-8基于STM工作原理或掃描成像方法的派生顯微鏡系列原子力(AFM) 磁力 分子力顯微鏡 等等15 1994年中國科學院科學家“寫”出平均每個字的面積僅百萬分之一平方厘米 10-10 m2“原子和分子

10、的觀察與操縱” - 白春禮 插頁彩圖13操縱原子不是夢“原子書法”16 一氧化碳“分子人”“原子和分子的觀察與操縱” - 白春禮 P.151 圖7-8掃描隧道繪畫17四、物理學的重要發展階段四、物理學的重要發展階段 18 迄今為止，物理學已實現了五次大統一。 牛頓的力學定律和萬有引力定律是物理學上的第一次大統一。牛頓發現天體運動和地面落體運動遵循相同的規律。 19世紀中葉，能量守恒定律的發現，實現了物理學第二次大統一。它揭示了熱、機械、電、化學等各種運動形式之間的統一性。 19世紀末，法拉第和麥克斯韋建立了統一的電磁場理論，預見了電磁波，揭示光、電、磁現象本質上的統一性。19 20世紀初，愛因

11、斯坦把牛頓力學和電磁理論統一起來，創建了相對論。它把牛頓力學作為一種特殊的情況（低速情況）概括在內，使力學、電磁學在新的時空觀基礎上達到了協調統一。 20世紀30年代，法國的德布羅意、德國的海森堡和奧地利的薛定諤創建了物質波理論，把波動性與粒子性統一起來，建立了量子力學體系，成功地揭示了微觀物質世界的基本規律。20五、物理學基本理論分支五、物理學基本理論分支（要學習的內容）（要學習的內容） 不同的運動形式具有不同的運動規律，因而要用不同的研究方法處理，因此，有發展起來了諸多的物理學分支，其中最為重大的基本理論分支基本理論分支有：有： 牛頓力學牛頓力學或經典力學（Mechanics）：研究物體的

12、機械運動（質點，宏觀，簡單有形系統）； 熱力學熱力學（Thermodynamics）：研究溫度、熱、能量守恒以及熵原理等等； 電磁學電磁學（Electromagnetism）：研究電、磁以及電磁輻射等等； 相對論相對論（Relativity）：研究高速運動、時間和空間、物理規律不變性等等； 量子力學量子力學（Quantum mechanics）：研究微觀世界。按照物理學的歷史發展歷史發展又可以分為經典物理學經典物理學與近代物理學近代物理學（泛指以相對論和量子力學為基礎的物理學）。21六、自然界物質的物理圖像六、自然界物質的物理圖像 1、按照物體的線度劃分：宏觀(10-7m)，微觀(10-7m)

13、，介觀(10-7m)，宇觀(1026m) 2、按聚集狀態分：（1）固態 （2）液態 （3）氣態 （4）等離子態 （5）中子態 （6）反物質 （7）真空態 3、物質按其存在形式 ：實物與場 物質特性：與其它物質有相互作用力；具有對其它物質做功的本領具有能量。2223七、自然界四種基本相互作用力七、自然界四種基本相互作用力 在自然界中，從宇宙天體到基本粒子這樣廣泛的運動，均起因于四種基本相互作用力： 引力相互作用（引力子，？）引力相互作用（引力子，？） 弱相互作用（弱力，弱相互作用（弱力，W W、Z Z粒子）粒子） 電磁相互作用（電磁力，光子）電磁相互作用（電磁力，光子） 強相互作用（強力，強相互

14、作用（強力， 粒子）粒子）24八、物理學國際基本單位八、物理學國際基本單位 1、七個基本單位（基本量）長度米，m質量千克，kg時間秒，s電流安培，A熱力學溫度開爾文，K物質的量摩爾，mol發光強度坎德拉，cd2、兩個輔助單位平面角弧度，rad立體角球面度，sr其他物理量都可由以上基本量導出。25九、基本單位標準九、基本單位標準米米: : 光在真空中（1/299 792 458）s時間間隔內所經過路徑的長度。千克：千克：國際千克原器的質量。秒：秒：銫-133原子基態的兩個超精細能級之間躍遷所對應的輻射的9 192 631 770個周期所持續的時間。安培：安培：在真空中，截面積可忽略的兩根相距1

15、m的無限長平行圓直導線內通以等量恒定電流時，若導線間相互作用力在每米長度上為210-7 N，則每根導線中的電流為1 A。開爾文：開爾文：水三相點熱力學溫度的1/273.16。摩爾：摩爾：是一系統的物質的量，該系統中所包含的基本單元（原子、分子、離子、電子及其他粒子，或這些粒子的特定組合）數與0.012 kg碳-12的原子數目相等?？驳吕驳吕菏且还庠丛诮o定方向上的發光強度，該光源發出頻率為5401012 Hz的單色輻射，且在此方向上的輻射強度為（1/683）W/sr。26十、怎樣學好大學物理十、怎樣學好大學物理勤于思考，悟物窮理。整個大學學習的目的就是要學會思考！1.首先要有一個正確的態度樹

16、立科學的觀念與精神2.學習目的要轉變掌握零散的科學知識掌握系統理論，思想方法培養創新能力應試學習知識的積累，能力的訓練，素質的培養的學習被動學習主動學習273.學習方法要轉變單獨學習相互討論、交流為了作題而學習為了學習而作題先看書后獨立完成作業課堂完成課堂的聽講+課后的閱讀盲從的學習 要有批判的精神帶著問題聽課讀書284.幾點具體的建議有疑問要交流和答疑不要簡單的問：題怎么做。課后閱讀以課堂筆記的框架閱讀。及時獨立完成作業不能照例題做作業， 推理過程要表達清楚規范。堅持上課必須學會記筆記 (問題的提出, 解決的方法, 重要的結論)。29十一、對學生能力培養的要求十一、對學生能力培養的要求 在大

17、學物理課的各個教學環節中，不僅要重視知識的傳授，同時著重培養科學研究的基本能力和素質，使學生初步學習科學的思想方法和研究問題的方法，通過本課程的教學，應使學生初步具備以下能力：1能夠獨立地閱讀相當于大學物理水平的教材，參考書和文獻資料，并能理解其主要內容和寫出條理較清晰的筆記、小結或讀書心得。302了解各種理想物理模型并能夠根據物理概念、問題的性質和需要，抓住主要的因素，略去次要要素，對所研究的對象進行合理的簡化。 3掌握物理學中各種理論體系的基本內容和知識；并學會運用物理學的理論、觀點和方法分析、研究、計算或估算一般難度的物理應用問題；并能根據單位、數量級與已知典型結果的比較，判斷結果的合理性。31十二、作業規范與考試資格十二、作業規范與考試資格 （1）學生在完成作業時，應書寫認真、表達規范、論證嚴謹，并完整地完成全部作業。如有未答題目則視為作業缺交。作業書寫潦草、隨意涂劃、符號文字表達混亂者應發回重做。 （2）學生應獨立完成作業，嚴禁相互照抄或抄襲習題解答。發現有抄襲現象2次者，取消課程考試資格。 （3）作業下發后學