北京化工大学普通物理学0绪论课件.ppt

1、请把手机调成请把手机调成静音、震动或静音、震动或关闭！关闭！新学期新气象新学期新气象祝同学们身体健康祝同学们身体健康 普通物理普通物理 General Physics 孔令宝孔令宝2010-03-01Heres the challenge,read it:I warrant theres vinegar and pepper int.-Twelfth Night,Act 3.参考资料 1梁昆淼 力学（上册）2赵凯华新概念物理-力学 3基特尔伯克利物理学教程-力学 4空间解析几何、矢量分析等关于物理学：一个错误但流行的观念关于物理学：一个错误但流行的观念 目前一个广为流传但是非常错误的观念：目前

2、一个广为流传但是非常错误的观念：那就是认为物理学作为一个有科学意义和价那就是认为物理学作为一个有科学意义和价值的研究领域已经大为过时了。值的研究领域已经大为过时了。然而事实是，在物理学领域，亟待我们去然而事实是，在物理学领域，亟待我们去忘我探索的科学规律和我们已经探知的科学忘我探索的科学规律和我们已经探知的科学规律一样多。规律一样多。-John Maddox,Nature杂志前主编学学好，好，难也！难也！难！难！难！道难！难！难！道 最最 玄，玄，莫莫 把把 金金 丹丹 作作 等等 闲。闲。不不 闻闻 至至 人人 传传 妙妙 诀，诀，空空 教教 口口 困困 舌舌 头头 干。干。-西游记西游记三

3、句词与大家共勉三句词与大家共勉古今之成大事业、大学问者，必经过三种之境界：古今之成大事业、大学问者，必经过三种之境界：“昨夜西风凋碧树。独上高楼，望尽天涯路。昨夜西风凋碧树。独上高楼，望尽天涯路。”此第一境此第一境也。也。“衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴。”此第二境也。此第二境也。“众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在，灯火阑珊处众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在，灯火阑珊处。”此第三境也。此第三境也。调调 研研凄凉凄凉,孤独孤独,茫然茫然 过过 程程没有回头路啦没有回头路啦!成成 功功To most of us,never will it happenTo mos

4、t of us,never will it happen 决不要把学习看成是任务，而应看成是一决不要把学习看成是任务，而应看成是一个令人羡慕的机会。为了你们自己的欢乐个令人羡慕的机会。为了你们自己的欢乐和今后你们工作所属社会的利益，去学和今后你们工作所属社会的利益，去学习习 A.爱因斯坦爱因斯坦 颜氏家训颜氏家训上智者不教而成，上智者不教而成，下智者虽教无益，下智者虽教无益，中庸之人，不教不知也。中庸之人，不教不知也。对任何领域的学生来说，对任何领域的学生来说，阅读相关的原始文献都是极阅读相关的原始文献都是极有益处的，因为处在雏形中有益处的，因为处在雏形中的科学最容易被消化。的科学最容易被消化

5、。-James Clark Maxwell一个小建议：一个小建议：(一)物理学与物质世界物理学与物质世界(二二)物理学与科学技术物理学与科学技术(三三)几点说明几点说明一、一、物理学与物质世界物理学与物质世界物理学是一门基础学科，探索物理学是一门基础学科，探索物质物质的基本结构和的基本结构和运动运动的基本规律。是自然科学的的基本规律。是自然科学的基础基础。物质存在的基本形式：粒子，场物质存在的基本形式：粒子，场一切物质都在不停地运动着一切物质都在不停地运动着：机械运动机械运动分子热运动分子热运动电磁（光）运动电磁（光）运动（基本）粒子的运动（基本）粒子的运动1.空间尺度空间尺度物理学的研究对象

6、十分广泛：物理学的研究对象十分广泛：宇宙学、粒子物理的奇妙衔接宇宙学、粒子物理的奇妙衔接2.时间尺度时间尺度 现代的标准宇宙模型告现代的标准宇宙模型告诉我们，宇宙是在一百多亿诉我们，宇宙是在一百多亿年前的一次大爆炸中诞生的。年前的一次大爆炸中诞生的。以以s（秒）为单位，宇宙的（秒）为单位，宇宙的年龄约为年龄约为1018s的数量级的数量级。银河系银河系人们从自己向小尺度追问人们从自己向小尺度追问-粒子物理学粒子物理学质子、中子由夸克组成质子、中子由夸克组成夸克是不是最基本的粒子？夸克是不是最基本的粒子？人们从自己向大尺度追问人们从自己向大尺度追问-天体物理学天体物理学要制造更高能的粒子加速器。要

7、制造更高能的粒子加速器。哈勃根据多普勒效应发现宇宙在膨胀哈勃根据多普勒效应发现宇宙在膨胀宇宙有没有边？宇宙有没有边？宇宙有没有中心？宇宙有没有中心？粒子物理学和天体物理学目前已成为粒子物理学和天体物理学目前已成为密不可分的姐妹学科。密不可分的姐妹学科。3.速度范围速度范围 0 0(静止静止)3 3 10108 8 m/s(光速光速)二、物理学与科学技术二、物理学与科学技术物理学是现代技术革命的先导物理学是现代技术革命的先导科学是一种方法，它教导人们：一些事物科学是一种方法，它教导人们：一些事物是怎样被了解，什么事情是已知的，现在是怎样被了解，什么事情是已知的，现在了解到什么程度（因为没有事情是

8、绝对已了解到什么程度（因为没有事情是绝对已知的），如何对待疑问和不确定性，证据知的），如何对待疑问和不确定性，证据服从什么法则，如何去思考事物，做出判服从什么法则，如何去思考事物，做出判断，如何区别真伪和表面现象。断，如何区别真伪和表面现象。理查德理查德.费曼费曼18世纪中叶，蒸汽机的发明得益于热学的研究。蒸汽世纪中叶，蒸汽机的发明得益于热学的研究。蒸汽机的使用，促进了手工生产向机械化大生产的转变，并机的使用，促进了手工生产向机械化大生产的转变，并使陆上和海上较大规模的长途运输成为可能，这大大推使陆上和海上较大规模的长途运输成为可能，这大大推动了社会发展。动了社会发展。第一次工业革命第一次工业

9、革命历史上第一辆蒸汽机车历史上第一辆蒸汽机车第二次工业革命第二次工业革命 19世纪后半叶，在电磁学研究的基础上发展起来的电世纪后半叶，在电磁学研究的基础上发展起来的电力的开发与利用，给生产和生活带来深刻的影响，产生了力的开发与利用，给生产和生活带来深刻的影响，产生了今日的发电机、电动机、电报、电视、雷达，创立了现代今日的发电机、电动机、电报、电视、雷达，创立了现代的电力工程与无线电技术，使人类社会进入了电的时代。的电力工程与无线电技术，使人类社会进入了电的时代。电能的开发与利用电能的开发与利用 秦山核电站秦山核电站 上个世纪原子核物理学的研究，上个世纪原子核物理学的研究，向人们展示了新的能向人

10、们展示了新的能源源 核能。人类社会已经进入了核能时代。目前，许多核能。人类社会已经进入了核能时代。目前，许多国家都建起了核能发电站。迄今，核能发电已经达到世界国家都建起了核能发电站。迄今，核能发电已经达到世界总发电量的总发电量的17。在当今世界中，相对论和量子论的建立，物理学已成在当今世界中，相对论和量子论的建立，物理学已成为现代高技术发展的先导与基础学科。在为现代高技术发展的先导与基础学科。在核能、信息、超核能、信息、超导、激光、电子技术导、激光、电子技术中有突出作用。中有突出作用。第三次工业革命第三次工业革命激光手术刀激光手术刀高能加速器高能加速器北京正负电子对撞机（北京正负电子对撞机（B

11、EPCBEPC）的正电子源）的正电子源19881988年建成，年建成，19921992年成果：将年成果：将 子质量测量精度提高子质量测量精度提高1010倍倍20032003年：发现新粒子年：发现新粒子20042004年：国家投入年：国家投入6.46.4亿元改造，搭建通向诺贝尔奖平台亿元改造，搭建通向诺贝尔奖平台重大新技术的产生总是经历长期的物理酝酿。重大新技术的产生总是经历长期的物理酝酿。如爱因斯坦质量能量公式（如爱因斯坦质量能量公式（19051905）-卢瑟福粒子散射（卢瑟福粒子散射（19091909）-核能利用（上世纪核能利用（上世纪4040年代以后）年代以后）如爱因斯坦受激辐射理论（如爱

12、因斯坦受激辐射理论（19171917）-第一台激光器问世（第一台激光器问世（19601960）如微电子技术的发展：如微电子技术的发展：量子力学、固体能带理论（上世纪量子力学、固体能带理论（上世纪2020、3030年代）年代）-晶体管诞生（晶体管诞生（19471947）-集成电路（集成电路（19621962）-大规模集成电路（上世纪大规模集成电路（上世纪7070年代后期）年代后期）-人工微结构人工微结构大学物理主要内容大学物理主要内容力学力学光学光学原子物理学原子物理学热学热学电磁学电磁学机械机械运动运动规律规律分子分子运动运动规律规律电磁电磁运动运动规律规律光运光运动的动的规律规律微观微观领域

13、领域里粒里粒子的子的运动运动规律规律三、几点说明三、几点说明 大学物理与中学物理的关系与差别大学物理与中学物理的关系与差别1 1、中学物理是学习大学物理的基础；大学物理是中、中学物理是学习大学物理的基础；大学物理是中学物理的继承与发展，但不是简单的重复。学物理的继承与发展，但不是简单的重复。2 2、有三点主要差别：、有三点主要差别：（1 1）研究的对象不同研究的对象不同：由简单到复杂，由特殊到一般。：由简单到复杂，由特殊到一般。如：匀速到变速，恒力到变力，均匀到非均匀，质点到如：匀速到变速，恒力到变力，均匀到非均匀，质点到刚体等。刚体等。（2 2）研究的方法和使用的工具不同研究的方法和使用的工

14、具不同：如：由初等数学到高等数学，由标量到矢量等。如：由初等数学到高等数学，由标量到矢量等。（3 3）研究的目的不同研究的目的不同：如：由只知其然到知其所以然，由了解知识到应用知如：由只知其然到知其所以然，由了解知识到应用知识等。识等。条件不同，定义不同条件不同，定义不同计算复杂计算复杂兴趣兴趣华人著名物理学家华人著名物理学家 预习预习 认真听课认真听课 复习复习 作业、小结作业、小结是蛋碎瓦全还是瓦碎蛋全？是蛋碎瓦全还是瓦碎蛋全？带电鸟笼里的鸟会安然无恙吗？带电鸟笼里的鸟会安然无恙吗？+方法方法+努力努力=效果效果n怎样学好物理学？怎样学好物理学？建议：重视预习，培养自学能力建议：重视预习，

15、培养自学能力惯性演示实验杨振宁、李政道由于发现宇称不守恒，获杨振宁、李政道由于发现宇称不守恒，获1957年年诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖获诺贝尔物理奖的华裔获诺贝尔物理奖的华裔物理学家物理学家丁肇中：丁肇中：由于发现由于发现J粒子，粒子，获获1976年诺贝尔年诺贝尔物理学奖。物理学奖。朱棣文：朱棣文：由于激光冷却和由于激光冷却和捕获原子的研究捕获原子的研究获获1997年诺贝尔年诺贝尔物理学奖。物理学奖。崔琦：崔琦：由于在分数量子霍由于在分数量子霍尔效应量子现象的尔效应量子现象的研究获研究获1998年诺贝年诺贝尔物理学奖。尔物理学奖。获诺贝尔物理奖的华裔获诺贝尔物理奖的华裔物理学家物理学家李远哲

16、：李远哲：发明了交叉分子束发明了交叉分子束方法使详细了解化方法使详细了解化学反应的过程成为学反应的过程成为可能，获可能，获19861986年诺年诺贝尔化学奖贝尔化学奖。获诺贝尔化学奖的华裔获诺贝尔化学奖的华裔科学家科学家钱永健钱永健：由于在多色荧光由于在多色荧光蛋白标记技术的蛋白标记技术的贡献获贡献获20082008年诺年诺贝尔化学奖。贝尔化学奖。要求要求:1 1、勤于思考、勤于思考:对概念、公式能用自己的语言陈对概念、公式能用自己的语言陈述；对定理的证明，能自己独立演算出来述；对定理的证明，能自己独立演算出来.3 3、独立、独立、按时完成布置的习题按时完成布置的习题.2 2、要善于提出问题、

17、要善于提出问题.4 4、作业作业1111次（缺一次扣次（缺一次扣2 2分）分）+期中考试一次，期中考试一次，记记2 2分分 +三个总结三个总结(力、热、电力、热、电)各各2 2分分 =30=30分分.注意注意每年下半年有北京化工大学举办的大学物理和物理实每年下半年有北京化工大学举办的大学物理和物理实验竞赛。大约验竞赛。大约12月份有全国部分地区大学物理竞赛。月份有全国部分地区大学物理竞赛。本学期的教学安排本学期的教学安排 如果一个人掌握了他的如果一个人掌握了他的学科基础理论，并且学会了学科基础理论，并且学会了独立思考与工作，他必定会独立思考与工作，他必定会找到自己的道路。找到自己的道路。爱因斯

18、坦爱因斯坦矢量的基本知识矢量的基本知识一、矢量既有大小又有方向，而且相加时遵从平行一、矢量既有大小又有方向，而且相加时遵从平行四四 边形的运算法则。如：力，速度，动量等。边形的运算法则。如：力，速度，动量等。（标量只有大小和正负，没有方向。如：质（标量只有大小和正负，没有方向。如：质量、温度、功等。）量、温度、功等。）二、矢量的表示二、矢量的表示（反映其大小和方向）（反映其大小和方向）（1）A或或 A 或图示或图示A（2）AeAAAeAA矢量的模即矢量的大小矢量的模即矢量的大小Ae的模（大小）等于的模（大小）等于1，方向和，方向和A相同相同单位矢量单位矢量（3）矢量的坐标表示方法）矢量的坐标表

19、示方法AyrOZXYAxAzMkAjAiAAzyxijk直角坐标系中的直角坐标系中的X、Y、Z方向的单位矢量。方向的单位矢量。分别表示分别表示（4）矢量相等）矢量相等大小相等，方向相同的两矢量相等大小相等，方向相同的两矢量相等ABBA如果矢量大小相等、方向相反如果矢量大小相等、方向相反BA三、矢量的加法（或减法）三、矢量的加法（或减法）（几何方法）（几何方法）BABABAC（1）矢量相加）矢量相加CBAa 平行四边形方法平行四边形方法b 三角形方法三角形方法BBAAC以矢量以矢量A末端为起点，作矢量末端为起点，作矢量B再由矢量再由矢量AB的起点连到矢量的起点连到矢量的末端即位矢量的末端即位矢量

20、Cc 多边形方法多边形方法RDCBA从矢量从矢量A出发，首尾相接的依次作出矢量出发，首尾相接的依次作出矢量,DCB和再由矢量再由矢量DR的始端到最后矢量的始端到最后矢量的末端的末端A画一矢量即为合矢量画一矢量即为合矢量（2）矢量相减）矢量相减CBA可以写成可以写成CBA)(三角形法，从一点画矢量三角形法，从一点画矢量C由矢量由矢量的末端向矢量的末端作一矢量即矢量的末端向矢量的末端作一矢量即矢量,BA和BBCACBAAxyo四、矢量的正交分解与合成四、矢量的正交分解与合成1、矢量沿直角坐标系的正交分解矢量沿直角坐标系的正交分解AAxAycossinxyAAAAiAj22xyAAAarctanxy

21、AAkAjAiAAzyx AAxAyAz O OXYZijk222zyxAAAAA cosAAx cosAAy cosAAz CAByxo xAyAxByBjAiAAyxjBiBByxjBAiBABACyyxx)()(jCiCCyx22yxCCCxyCCarctgsincosAAAAyxsincosBBBByxxxxBACyyyBAC2、矢量合成的解析法矢量合成的解析法1111xyzAAAA2222xyzAAAAnnxnynzAAAA12nRAAA121212xxxnxyyynyzzznzRAAARAAARAAA222xyzRRRRcosxRRcosyRRcoszRR五、矢量的标积和矢积五、矢

22、量的标积和矢积1 矢量的标积矢量的标积cosA BAB BA两平行矢量的标积标积等于它们的模的乘积cos0oA BABAB 两垂直矢量的标积标积等于0cos900oA BAB 10i ij jk ki jj ii kj kk jk i 2 矢量的矢积矢量的矢积CBA大小大小sinABC 方向方向BA右手螺旋法则右手螺旋法则右手四指从右手四指从A经小于经小于0180转向转向B时，右手拇指时，右手拇指所指的方向就是所指的方向就是C的方向。的方向。ABBACBA两平行矢量的矢积矢积等于0两垂直矢量的矢积矢积等于它们的模的乘积ABBA0 AAijkjkikijjikkjiikj ijkijkijk记忆方式记忆方式正向叉乘为正，逆向叉乘为负。正向叉乘为正，逆向叉乘为负。叉乘具有以下性质：叉乘具有以下性质：(1)不遵守交换率：不遵守交换率：ABBA(2)遵守分配率：遵守分配率：()CABCACB(3)平行或反平行的两矢量的矢积为平行或反平行的两矢量的矢积为0。注意坐注意坐标轴的标轴的右手螺右手螺旋定则旋定则0iijjkk练习：判断矢量练习：判断矢量 的方向：的方向：CBACABABAB五、矢量的求导与积分五、矢量的求导与积分1 导数导数kdtdAjdtdAidtdAdtAdzyx2 积分积分kdtAjdtAidtAdtAzyx)()()(