中国科学技术大学

1. 中国科学技术大学 《普通物理》多媒体电子教案 （力学） 张璞扬 张权制作 中国科学技术大学《基础物理教程》课题组

2. 我曾对中国科技大学的同学们提出过“三P” ： Perception， Persistence， Power 意思是：直觉，坚持，力量。要有科学的 直觉意识去创造，用坚持不懈的努力去奋斗， 以扎实的知识力量去克服困难。 杨振宁

3. 绪 论 目 录 1、物理学与物质世界 2、物理学与科学技术 3、物理学与科学思维 4、悟物穷理

4. 联合国第58次会议决议 联合国大会于2004年6月10日通过了2005年为“国际物理年” 的决议。决议全文如下： 联合国大会， 承认物理学为了解自然提供了重要基础， 注意到物理学及其应用是当今众多技术进步的基石， 确信物理教育提供了建设人类发展所必需的科学基础设施 的工具。 意识到2005年是爱因斯坦关键性科学发现一百周年，这 些发现为现代物理学奠定了基础， 1、欢迎联合国教科文组织宣布2005年为国际物理年； 2、邀请联合国教科文组织，与世界各国，包括发展中国 家的物理学会和团体一道，组织活动庆祝2005年国际物理年； 3、宣告2005年为国际物理年。

5. ㈠ 物理学与物质世界 一、物质世界 物理学的骄傲在于研究对象无所不包，大至宇宙，小至原子内部(宇观 、 宏观 、介观、微观)。 • 空间尺度(相差1045－1046)： 1026 m(约150亿光年, 宇宙)－10－20 m(夸克) • 时间尺度(相差1045)： 1018s (150亿年, 宇宙年龄) － 10-27s(硬 射线周期) • 速率范围： 0(静止) - 3108 m/s(光速) 物理学是探讨物质结构和相互作用以及它们的运动规律的学科，是自然科学的基础。

6. 人们从自己向小尺度追问 探索物质的组成 , 物理学上对应粒子物理学(微观理论) 粒子物理的标准模型 :目前，粒子物理的所有观测结果都可以用存在三族基本粒子（夸克、轻子、规范玻色子）和三种（或四种）基本相互作用来解释。 • 人们从自己向大尺度追问 探索宇宙的奥秘, 物理学上对应天体物理学(宇观理论) 宇宙是怎样运动的呢？宇宙有限又无边!有中心？无中心？ 宇宙学的标准模型:大爆炸宇宙学 物质世界总图象： 从整个物理学的发展中，可以看到一条鲜明的主线，这就是执着地追求宇宙的统一，找寻支配宇宙万物的最基本、最统一的规律.

8. 物质存在的基本形式 • 场与粒子是统一体的两种表现形式； • 场论给出最新认识, 每种粒子对应一种场, 场有不同能量状态 • 基本相互作用 • 强相互作用 （强度1，作用距离 ） • 电磁相互作用（强度 ，作用距离长 ） • 弱相互作用 （强度 ，作用距离 ） • 引力相互作用（强度 ，作用距离长） • 物质的凝聚状态 • 凝聚态: 固、液、气态、等离子体 • 致密态: 恒星晚年，白矮星、中子星、黑洞 三、物理学使人们深入认识世界

9. 一 物理学的发展 物理学的发展依赖于一种基本的信念：物质世界存在着 完整的因果链条，即自然界是统一的。自然界的运动现象是 多种多样的，物理学的责任就是寻找支配这些现象的统一的 力。 ㈡ 物理学与科学技术 从物理学300多年发展的历史看，已经历了三次革命： 17世纪牛顿力学率先发展，完成了物理学的笫一次大综合，这是笫一次革命；笫二次是18世纪到19世纪，把光、电、磁三者统一起来的麦克斯韦电磁理论的建立；到20世纪，第三次大革命则是由相对论和量子力学带动起来的。每一次革命物理学在观念上都产生深刻的转变。

10. 三 发展模式： 技术－物理－技术 物理－技术－物理 实例： • 卢瑟福  粒子散射实验(1909)－核能利用(40年代以后) • 量子力学－费米狄拉克统计－固体能带理论(20年代) －晶体管 • 诞生(1947)－集成电路(1962)－大规模集成电路 (70年代后期) • －微结构物理 二 物理学发展与技术革命 由于物理学的发展，成为科学技术和社会发展的巨大推动力， 引发了三次技术革命：笫一次是开始于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 二次是开始于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。笫三次则是开始于20 世纪40年代的电脑、电信革命，也叫做“数字革命” 。目前正处 于笫三次工业革命的初期阶段。它则是近代物理学发展的结果。

11. 量子力学－隧道效应－扫描隧道显微镜（STM） 隧道效应 经典观点 量子观点 70年代罗伯特. 杨制成场发射显微镜。 1981年 宾尼和罗雷尔应用隧道效应改进了场发射显微镜,制造 出扫描隧道显微镜（STM）， 1986年获得诺贝尔物理学奖。

12. Ⅰ Ⅱ Ⅲ a 0 x 扫描探针 电子云 样品表面 隧道效应及隧道显微镜（STM） 1. 隧道效应 粒子能穿透比其更高的势垒的现象。 2. 扫描隧道显微镜（STM） 横向分辨率0.1nm 纵向分辨率0.01nm 电子显微镜分辨率0.3－0.5nm

13. 操纵原子不是梦－“ 原子书法” 中国科学院科学家“ 写”出的 平均每个字的面积仅百万分之一平方厘米

14. 在扫描隧道显微镜下，科学家将48个铁原子排列在铜表面上，形成一个圆形围栏.在扫描隧道显微镜下，科学家将48个铁原子排列在铜表面上，形成一个圆形围栏.

15. ㈢ 物理学与科学思维 提出命题 推测答案 研究的步骤 理论预言 实验检验 应用 修改理论 一、物理学的研究方法和步骤 • 演绎－推理 演算 • 归纳－假设 模型 • 估算－定性和半定量 直觉、想象力、 洞察力

16. 二、物理学思维特点 物理教学，重要的是要启发学生的思维，加强科学方法论的 教学。如果学生能从学习中体会到物理学特有的思维方式，将 终生受益。 物理学思维特点主要表现在： 一 1. 敢于想像。要认识敢想才有物理学，不敢想就没有物理学。 爱因斯坦说：“想像力比知识更重要。”例如，麦克斯韦的位移 电流假说，爱因斯坦的狭义相对论和光电效应的论述。 2. 善于归纳。物理学的构架是一系列大大小小的定律。这些 定律都是从实验（或观察）中归纳出来的。但这种所用的科学 方法，只能是“不完全”归纳法，而不是数学的完全归纳法。例 如“势”概念的应用。

17. “细推物理须行乐，何用浮名绊此身” 唐朝 杜甫（中文的“物理”一词源出此） “求学问，需学问；只学答，非学问” 李政道（1957年与杨振宁同获诺贝尔 物理学奖） 3. 创设模型。物理学并不讳言自身只研究模型。模型并不全同 于真实，但物理学的成功正在于创造出许多成功的模型。模型是 “理想化”的，但不是“伪劣”的，它突出了许多表面上看是千差万 别的物体最本质的特征。 （四） 悟物穷理 学好物理学，关键是勤于思考，悟物穷理。