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1、经典力学经典力学（上）（上）电子课件电子课件易凡易凡绪绪 论论一、为什么要学习物理学一、为什么要学习物理学3 3（一）（一）物理学的研究对象与方法物理学的研究对象与方法 物理学物理学是研究是研究物质、能量物质、能量和它们的和它们的相互作用相互作用的学科。的学科。第第2323届国际纯粹物理与应用物理联合会届国际纯粹物理与应用物理联合会（IUPAPIUPAP）大会（）大会（99.3.162199.3.1621）通过的）通过的“决决议五议五”中指出：中指出：4 4 空间尺度空间尺度（相差（相差1045 1046）1026 m（约（约150亿光年）亿光年）（宇宙）（宇宙）1020 m（夸克）（夸克）时
2、间尺度时间尺度（相差（相差1045）1018s（宇宙年龄（宇宙年龄150亿年）亿年）10-27s（硬硬 射线周期）射线周期）速率范围速率范围 0（静止）（静止）3 108 m/s（光速）（光速）1.1.物理学的研究对象（十分广泛）物理学的研究对象（十分广泛）5 5不同尺度和速度范围的对象要用不同的物理学不同尺度和速度范围的对象要用不同的物理学研究：研究：6 62.2.物理学的研究方法物理学的研究方法提出命题提出命题应用应用修改理论修改理论实验检验实验检验理论预言理论预言n物理学是一门理论和实验高度结合的精确科学，其物理学是一门理论和实验高度结合的精确科学，其研究方法可概括为：研究方法可概括为：
3、物理的直觉和想象力物理的直觉和想象力及洞察力也常常产生及洞察力也常常产生重大突破和发现重大突破和发现观测、实验观测、实验推测答案推测答案对称性分析对称性分析守恒量的利用守恒量的利用简化模型的选取简化模型的选取概念和方法的类比概念和方法的类比 n从方法论上讲，物理学的研究方法可分为：从方法论上讲，物理学的研究方法可分为：演绎法：演绎法：归纳法：归纳法：基本定律基本定律 推理、演算推理、演算新理论新理论归纳实验、观测事实归纳实验、观测事实 假设、模型假设、模型新理论新理论具体地说，物理学还有许多有特色的方法，比如：具体地说，物理学还有许多有特色的方法，比如：定性和半定量分析定性和半定量分析量纲分析
4、量纲分析能量分析能量分析 （二）物理学是自然科学与技术的基础（二）物理学是自然科学与技术的基础2004200420042004年年年年6 6 6 6月月月月10101010日，联合国通过决议，规定日，联合国通过决议，规定日，联合国通过决议，规定日，联合国通过决议，规定2005200520052005年为年为年为年为“世界物理年世界物理年世界物理年世界物理年”。决议确认：。决议确认：。决议确认：。决议确认：物理学是认识自然界的基础；物理学是认识自然界的基础；物理学是认识自然界的基础；物理学是认识自然界的基础；物理学是当今众多技术发展的基石；物理学是当今众多技术发展的基石；物理学是当今众多技术发展
5、的基石；物理学是当今众多技术发展的基石；物理教育为培养人的发展提供了必要的科学基础。物理教育为培养人的发展提供了必要的科学基础。物理教育为培养人的发展提供了必要的科学基础。物理教育为培养人的发展提供了必要的科学基础。物理学极大地推动了科学、技术的发展物理学极大地推动了科学、技术的发展历史上物理与技术的关系大致有两种模式历史上物理与技术的关系大致有两种模式技术技术物理物理技术技术(以第一次工业革命为标志以第一次工业革命为标志)物理物理技术技术物理物理(以电气化进程为标志以电气化进程为标志)1.1.物理学与技术物理学与技术20世纪两种模式并存、交叉，但几乎所有重大新世纪两种模式并存、交叉，但几乎所
6、有重大新技术的创立，都是以物理学的发展为先导的。技术的创立，都是以物理学的发展为先导的。工业革命推动了热学的发展工业革命推动了热学的发展技术技术物理学物理学技术技术电磁学将人类社会带进了电器化时代电磁学将人类社会带进了电器化时代物理学物理学技术技术物理学物理学20世纪核物理迎来了原子能时代世纪核物理迎来了原子能时代激光是物理学对人类社会的又一重大贡献激光是物理学对人类社会的又一重大贡献以半导体物理为基础的的电子信息技术对人以半导体物理为基础的的电子信息技术对人类社会产生了最大的冲击类社会产生了最大的冲击2.2.物理学与其它学科的关系物理学与其它学科的关系物物理理学学的的基基础础性性和和成成熟熟
7、性性对对其其它它学学科科如如化化学学、生生命命科学或医学、经济学等学科产生影响和促进；科学或医学、经济学等学科产生影响和促进；使使用用物物理理学学的的理理论论、概概念念和和方方法法解解决决其其它它学学科科的的问问题；题；用物理学的实验设备和手段解决其它学科的问题；用物理学的实验设备和手段解决其它学科的问题；物物理理学学所所体体现现的的科科学学精精神神（实实验验检检验验）和和方方法法（理理论演绎，建立模型）对科学工作者的启示和影响。论演绎，建立模型）对科学工作者的启示和影响。(三三)学习物理学的目的学习物理学的目的n打好学习其它学科的基础打好学习其它学科的基础n提高科学素质和能力提高科学素质和能
8、力,以适应高新技术和市场经以适应高新技术和市场经济的发展济的发展u学习物理对提高科学素质有重要作用：学习物理对提高科学素质有重要作用：（1 1）培养辩证唯物主义的世界观）培养辩证唯物主义的世界观（2 2）学会掌握科学的方法）学会掌握科学的方法（3 3）培养科学思维能力、发展智力）培养科学思维能力、发展智力（4 4）培养探索与创新精神）培养探索与创新精神n学习的方法学习的方法 注意观察，勤于思考注意观察，勤于思考 大胆假设，严谨求证大胆假设，严谨求证 学好数学，重视外语学好数学，重视外语 坚持真理，老实做人坚持真理，老实做人2经典力学体系的建立经典力学体系的建立1.1.伽利略对力学贡献伽利略对力
9、学贡献伽利略伽利略（Galileo ,15641642）意大利科学家。运动的描写与分类 自由落体定理 惯性 抛体运动 相对性原理伽利略的研究方法伽利略的研究方法观观察察假假设推推论实验检验假假设的的修修正和推广正和推广爱因斯坦因斯坦对伽利略的伽利略的评价：价：“伽伽利利略略的的发发现现以以及及他他所所应应用用的的科科学学推推理理方方法法是是人人类类思思想想史史上上最最伟伟大大的的成成就就之之一一，而且标志着物理学的真正开端。而且标志着物理学的真正开端。”2.万有引力定律的发现万有引力定律的发现开普勒开普勒（Johannes Kepler，15711630）德国天文学家德国天文学家行星运动三定律
10、行星运动三定律英国的科学家英国的科学家胡克胡克（Robert Hooke，16351703）哈雷哈雷（Edmund Halley，16561742）对引力问题做了研究对引力问题做了研究牛顿牛顿（Isaac Newton，16421727）他据开）他据开普勒三定律证明了：普勒三定律证明了：据面积速度得出物体受中心力作用由轨道定律可得中心力是吸引力由周期定律得出吸引力与半径的平方成正比在这种平方力作用下，物体的轨道是圆锥曲线：圆、椭圆、双曲线质量引进了万有引力定律n n牛牛顿引力定律的引力定律的检验关于地球形状是椭球的验证；哈雷彗星的预言；1846年，海王星的发现。3.牛顿力学体系的建立牛顿力学体
11、系的建立n n1687年，年，自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理发表发表质量、运动的量；绝对时空观；机械运动的三个基本定律；万有引力定律和有心运动问题；物体在有阻力的介质中的运动；天体力学理论等。n n牛顿力学的建立是物理学第一次伟大的综牛顿力学的建立是物理学第一次伟大的综合合 n n用数学方法来系统地整理物理理论，并发用数学方法来系统地整理物理理论，并发展了数学，成为微积分的发明人展了数学，成为微积分的发明人n n为经典力学奠定了基础为经典力学奠定了基础4.牛顿力学的完善牛顿力学的完善n n牛顿力学的新表述及应用牛顿力学的新表述及应用19世纪，经典力学的发展表现为科学家用新的、更简洁的形式
12、重新表述牛顿定律，如拉格朗日方程组、哈密顿方程组等；牛牛顿顿定定律律推推广广到到连连续续介介质质的的力力学学问问题题中中去去，出现了出现了弹性力学弹性力学、流体力学流体力学等；等；2020世世纪纪，流流体体力力学学发发展展，最最终终导导致致航航空空甚甚至航天的出现。至航天的出现。n n不可积问题不可积问题20世纪四五十年代发展的世纪四五十年代发展的KAM理论理论在在可可积积与与不不可可积积之之间间，存存在在一一个个近近可可积积区区域域，KAM理理论论是是讲讲这这种种近近可可积积区区域域里里运运动动规规律律是是怎怎样样的的。KAM理理论论是是由由前前苏苏联联科科学学家家科科尔尔莫莫戈戈罗罗夫夫（
13、）、阿阿诺诺尔尔德德（）和和瑞瑞士士科科学学家莫泽（家莫泽（）三人证明的。）三人证明的。n n混沌理论混沌理论7070年年代代出出现现的的混混沌沌理理论论说说明明了了不不可可积积系系统统中中粒粒子子轨轨道道是是不不确确定定的的。也也就就是是说说，牛牛顿顿定定律律本本身身虽虽是是确确定定性性的的，但但它它所所描描述述的的具具体体事事物物，很很可可能能出出现现随随机机行行为为。因因此此初初始始条条件件的的微微量量变变化化，就就有有可可能能会会造造成成运运动动轨轨迹迹完完全全不不可可预预测测。这这表表明明经经典典力力学学具具有有非非常常丰丰富富的的内内容，有些尚待进一步探索。容，有些尚待进一步探索。经典力学经典力学（上）参考书目（上）参考书目1.1.力学力学，赵凯华，高等教育出版社，赵凯华，高等教育出版社2.2.力学力学，郑永令，复旦大学出版社，郑永令，复旦大学出版社3.3.理论力学教程理论力学教程，周衍伯，高等教育出，周衍伯，高等教育出版社版社4.4.Classical Mechanics(Third Edition),Herbert Goldstein,高等教育出版社高等教育出版社(影印版影印版)