我眼中的物理学精.ppt

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1、我眼中的物理学第1页，本讲稿共30页 总述 物理学 是什么？即自然知识，注重研究物质、能量、空间、时间 他是最古老的学术之一是自然科学中最基础的学科之一第2页，本讲稿共30页研究流程图解自然科学概论自然科学概论历历 史史科科 学学 方方 法法神奇的现象神奇的现象第3页，本讲稿共30页 物理学的起源物理学的起源 1.公元前公元前600年以前年以前 公元前公元前650-前前550年，古希腊人发现年，古希腊人发现摩擦琥摩擦琥珀珀可使之吸引轻物体，发现磁石吸铁。泰勒斯可使之吸引轻物体，发现磁石吸铁。泰勒斯首先记录了这个现象。首先记录了这个现象。第4页，本讲稿共30页公元前公元前221年，秦始皇统一中国

2、度、量、衡，其进位体年，秦始皇统一中国度、量、衡，其进位体制沿用到二十世纪。制沿用到二十世纪。公元前二世纪，中国西汉记载用漏壶公元前二世纪，中国西汉记载用漏壶(刻漏刻漏)计时，水钟计时，水钟使用更早。使用更早。公元前二世纪，发明水钟、水风琴、压缩空气抛弹机公元前二世纪，发明水钟、水风琴、压缩空气抛弹机(用于战争用于战争)(埃及悌西比阿斯埃及悌西比阿斯)。第5页，本讲稿共30页公元前一世纪，最先记载过磁铁石的排斥作用和铁屑实验公元前一世纪，最先记载过磁铁石的排斥作用和铁屑实验(罗马卢克莱修罗马卢克莱修)。公元前公元前31年，中国西汉时创用平向水轮，通过滑轮和皮带年，中国西汉时创用平向水轮，通过滑

3、轮和皮带推动风箱，用于炼铁炉的鼓风。推动风箱，用于炼铁炉的鼓风。第6页，本讲稿共30页我们熟悉的物理学家 1501-1650年年1)哥白尼哥白尼2)伽利略伽利略 做自由落体的科学实验，发现落体加速度与重量做自由落体的科学实验，发现落体加速度与重量无关无关3)开普勒开普勒 三大定律三大定律第7页，本讲稿共30页哥白尼 -日心说开普勒-三大定律第8页，本讲稿共30页物理百年回顾物理百年回顾 人类的生活在20世纪发生了翻天覆地的变化，其中物理学起了至关重要的作用；同时物理学本身在20世纪里也产生了令人难以置信的前进。狭义相对论、广义相对论，量子力学使物理学发生了革命性的变化；20世纪也出现了许多伟大

4、的科学家：爱因斯坦、海森伯、薛定愕等等难以计数。第9页，本讲稿共30页1900-19091900年，瑞利发表适用于长波范围的黑体辐射公式。1900年，普朗克（MPlank，18581947）提出了符合整个波长范围的黑体辐射公式，开用能量量子化假设从理论上导出了这个公式。1900年，维拉尔德（PWillard，1860一1934）发现射线。1901年，考夫曼（WKaufmann，18711947）从镭辐射测射线在电场和磁场中的偏转，从而发现电子质量随速度变化。第10页，本讲稿共30页 1901年，理查森（OWRichardson，18791959）发现灼热金属表面的电子发射规律。后经多年实验和理

5、论研究，又对这一定律作进一步修正1902年，勒纳德从光电效应实验得到光电效应的基本规律：电子的最大速度与光强无关，为爱因斯坦的光量子假说提供实验基础。1902年，吉布斯出版统计力学的基本原理，创立统计系综理论。1903年，卢瑟福和索迪（FSoddy，1877一1956）发表元素的嬗变理论1905年，爱因斯坦（AEinstein，18791955）发表关于布朗运动的论文，并发表光量子假说，解释了光电效应等现象。第11页，本讲稿共30页 1905 1905年，年，朗之万（朗之万（P PLangevinLangevin，1872194618721946）发表顺磁性的经典）发表顺磁性的经典 理论。理论

6、。1905 1905年，年，爱因斯坦发表关于运动媒质的电动力学一文，首次提出爱因斯坦发表关于运动媒质的电动力学一文，首次提出狭义相对论的基本原理，发现质能之间的相当性。狭义相对论的基本原理，发现质能之间的相当性。1906 1906年，年，爱因斯坦发表关于固体热容的量子理论。爱因斯坦发表关于固体热容的量子理论。1907 1907年，年，外斯（外斯（P PE EWeissWeiss，1865194018651940）发表铁磁性的分子理）发表铁磁性的分子理 论，提出磁畴假设。论，提出磁畴假设。1908 1908年，年，昂纳斯（昂纳斯（H HKammerlinghOnnesKammerlinghOnn

7、es，1853192618531926）液化了最）液化了最后一种后一种“永久气体永久气体”氦。氦。第12页，本讲稿共30页1906191719061917年，密立根（年，密立根（R RA AMillikanMillikan，1868195318681953）测单个电子电荷值，前后历经测单个电子电荷值，前后历经1111年，实验方法做过三次改年，实验方法做过三次改革，做了上千次数据。革，做了上千次数据。19091909年，盖革与马斯登（年，盖革与马斯登（E EMarsdenMarsden）在卢瑟福的指）在卢瑟福的指导下，从实验发现粒子碰撞金属箔产生大角度散射，导致导下，从实验发现粒子碰撞金属箔产生

8、大角度散射，导致19111911年卢瑟福提出有核原子模型的理论。这一理论于年卢瑟福提出有核原子模型的理论。这一理论于19131913年为盖革和马斯登的实验所证实。年为盖革和马斯登的实验所证实。第13页，本讲稿共30页 1915年，爱因斯坦建立了广义相对论。年，爱因斯坦建立了广义相对论。1916年，密立根用实验证实了爱因斯坦光电方程。年，密立根用实验证实了爱因斯坦光电方程。1916年，爱因斯坦根据量子跃迁概念推出普朗克辐射公式，同时提出了受激辐射理论，后发展年，爱因斯坦根据量子跃迁概念推出普朗克辐射公式，同时提出了受激辐射理论，后发展 为激光技术的理论基础。为激光技术的理论基础。1916年，德拜

9、（年，德拜（PJWDebye，18841966）提出）提出X射线粉末衍射法。射线粉末衍射法。1919年，爱丁顿（年，爱丁顿（ASEddington，18821944）等人在日食观测中证实了爱因斯坦关于引力）等人在日食观测中证实了爱因斯坦关于引力 使光线弯曲的预使光线弯曲的预 言。言。1919年，阿斯顿（年，阿斯顿（FWAston，18771945）发明质谱仪，为同位素的研究提供重要手段。）发明质谱仪，为同位素的研究提供重要手段。1919年，卢瑟福首次实现人工核反应。年，卢瑟福首次实现人工核反应。1919年，巴克豪森（年，巴克豪森（HGBarkhausen）发现磁畴）发现磁畴。第14页，本讲稿共

10、30页1920-19291921年，瓦拉塞克发现铁电性。1922年，斯特恩（OStern，18881969）与盖拉赫（WGerlach，18891979）使银原子束穿过非均匀磁场，观测到分立的磁矩，从而证实空间量子化理论。1923年，康普顿（AHCompton，18921962）用光子和电子相互碰撞解释X射线散射中波长变长的实验结果，称康普顿效应。1924年，德布罗意（LdeBroglie，18921987）提出微观粒子具有波粒二象性的假设。1924年，玻色（SBose，18941974）发表光子所服从的统计规律，后经爱因斯坦补充建立了玻色一爱因斯坦统计。第15页，本讲稿共30页神奇的物理现象

11、【日晕】和彩虹一样，日晕也是高空的太阳光受到潮湿空气（特别是冰晶）折射而形成的。有时环绕太阳的两个甚至更多个圈形或弧形日晕变得极亮，形成所谓的“幻日景象”。月亮和其它亮星，如金星，有时也会有光晕。第16页，本讲稿共30页北极光 【北极光】在南半球产生的话也称为南极光，太阳风穿过地球高空的大气层，带电粒子被激发，产生电磁风暴和可见光，这便是极光。多见于两极，春分秋分之时。第17页，本讲稿共30页第18页，本讲稿共30页月亮彩虹 【月亮彩虹】彩虹是太阳光受到空气中小水珠折射引起的，尤其在雨后常见。而月亮彩虹则罕见得多，只有在满月或临近满月之夜且月亮低垂之时才会出现。一个欣赏月亮彩虹的胜地便是美国肯

12、塔基州的坎伯兰大瀑布，图正是坎伯兰的月亮彩虹之景。第19页，本讲稿共30页乳状云【乳状云】这种形状怪异的乌云总是预示着暴风雨的即将来临，更常见于雷暴雨前，我们至今无法完全破解它的形成秘密。第20页，本讲稿共30页小孔成像摩擦起电第21页，本讲稿共30页 包含学科包含学科应用物理学物理学史电动力学量子力学物理光学第22页，本讲稿共30页 研究领域力学电磁学粒子物理学热学原子物理学第23页，本讲稿共30页思维方式定量 v s 定性定定量量定性定性第24页，本讲稿共30页定量要求 对物质的组成以及在各物质的含量问题具体到数值，比较精确，曾被称为精密科学第25页，本讲稿共30页定性要求只是对物质的组成

13、有所了解仅仅涉及性质，概念比较模糊，曾被称为描述科学第26页，本讲稿共30页定量必须将问题数学化，通过数值结果直观的比较得出研究意义 比如 拉动我国经济的三架马车，投资投资 消费消费 出口出口 必须说必须说 把这三者的和看做把这三者的和看做100，投资占，投资占30，消费，消费25，出口，出口45第27页，本讲稿共30页定性将问题的性质阐明但不能量化，就是不能建立数学模型进行量化研究比如 对醉驾的研究，就属于定性研究，不能描述一个人的醉驾程度0-100，只能说是否醉驾，而不能给出一个量化的东西，去进一步深入研究第28页，本讲稿共30页定量与定性相结合定量和定性具有互补性和统一性为了保证定性分析与定量分析相结合的科学性，我们提出三个基本原则应用 归纳和演绎、分析与综合、抽象与概括 统计分析 建立模型 逻辑推理 历史比较第29页，本讲稿共30页 谢谢 谢谢 观观 赏赏第30页，本讲稿共30页