《物理學(xué)和力學(xué)》PPT課件.ppt

第一章 物理學(xué)和力學(xué),1.1發(fā)展著的物理學(xué),1.2 物理學(xué)研究的方法,1.3 時間和長度的測量,1.4 單位制和量綱,1.5 數(shù)量級估計,1.6 參考系坐標(biāo)系與時間坐標(biāo)軸,1.7 力學(xué)學(xué)習(xí)物理學(xué)的開始,第一章 物理學(xué)和力學(xué),沒有今日的基礎(chǔ)科學(xué), 就沒有明日的科技應(yīng)用, 可以想象, 我們現(xiàn)在的基礎(chǔ)科學(xué)將怎樣地影響21世紀(jì)的科技文明.,李政道,物理學(xué)屬于基礎(chǔ)科學(xué)范疇,是一門素質(zhì)課,物理思想和物理方法是一個科學(xué)工作者靈感之所在,基礎(chǔ)之所在.,力學(xué)學(xué)習(xí)物理學(xué)的開始.,1.1發(fā)展著的物理學(xué),1.1.1經(jīng)典物理學(xué)與現(xiàn)代物理學(xué),經(jīng)典物理學(xué),經(jīng)典力學(xué),經(jīng)典熱力學(xué),經(jīng)典統(tǒng)計物理學(xué),經(jīng)典電磁學(xué),現(xiàn)代物理學(xué)基礎(chǔ),狹義相對論,量子力學(xué),廣義相對論,牛頓,開普勒,伽利略,他們?yōu)榻?jīng)典力學(xué)的建立做出貢獻(xiàn),玻爾茲曼,他們?yōu)榻?jīng)典熱力學(xué)統(tǒng)計物理的建立做出貢獻(xiàn),他們?yōu)榻?jīng)典電磁理論的建立做出貢獻(xiàn),X射線、電子、放射性的發(fā)現(xiàn)，物理學(xué)的研究由宏觀轉(zhuǎn)向微觀 .,W.K.Rntgen 倫琴發(fā)現(xiàn)X射線,J.J.Thomson 發(fā)現(xiàn)電子,A.H.Becquerel 發(fā)現(xiàn)放射性,愛因斯坦,他們奠定了現(xiàn)代物理學(xué)基礎(chǔ),1.1.2微觀世界,1914年盧瑟福發(fā)現(xiàn)射線, 射線,建立了原子有核模型.,電子的發(fā)現(xiàn)，確認(rèn)了原子是可分的，為探索原子結(jié)構(gòu)以及為探索更深層次的結(jié)構(gòu)開辟了道路.,物質(zhì)是由輕子和夸克組成.,輕子有電子、 子、 子、電子中微子、 子中微子和 子中微子，每一種均有反粒子，共有12種.,夸克有6種味，即上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克、底夸克和頂夸克.每味又分紅、藍(lán)和綠3種色.,粒子之間有四種基本相互作用：引力相互作用、電磁相互作用、弱相互作用和強(qiáng)相互作用. 粒子之間的基本相互作用是通過交換某種粒子來傳遞的，即基本相互作用都是由媒介粒子傳遞的，這類媒介粒子統(tǒng)稱為規(guī)范玻色子.,電磁力以光子為媒介，弱力的媒介為Z0和W粒子，強(qiáng)子的媒介有8種顏色的膠子.,1.1.3宇宙的早期演化,1.1.4 非線性系統(tǒng)的復(fù)雜行為,一旦系統(tǒng)出現(xiàn)非線性,便可能呈現(xiàn)復(fù)雜行為.這種復(fù)雜行為有時會表現(xiàn)為規(guī)則的時空或功能有序,有時也會表現(xiàn)為貌似無序的序.復(fù)雜行為不僅能發(fā)生于物理和化學(xué)系統(tǒng),也能發(fā)生于生命和社會系統(tǒng).,1.2 物理學(xué)研究的方法,觀察:,實(shí)驗(yàn):,假設(shè):,理論:,在有充分實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上歸納出來的原理、定律、規(guī)律等.,基本方法,抽象:,應(yīng)用:,對現(xiàn)象的考察和研究.,在人工控制下，使現(xiàn)象重演.,抓住本質(zhì)，建立物理模型.如質(zhì)點(diǎn)、剛體.,對于現(xiàn)象的本質(zhì)所提出的一些說明方案或基 本論點(diǎn)等.,將物理學(xué)理論用于實(shí)際.,目前國際通用的時間單位是秒（s）.為提高精度，1967年國際計量大會決定采用原子的躍遷輻射作為計時標(biāo)準(zhǔn),并規(guī)定銫-133原子基態(tài)的兩個超精細(xì)能級間躍遷相對應(yīng)的輻射的9 912 631 770個周期的持續(xù)時間作為1s. 這樣的原子標(biāo)準(zhǔn)稱為原子時.,1.3.1 時間的計量,一切周期運(yùn)動都可用來量度時間。,1.3 時間和長度的測量,可用物體來計量長度.如古代測量長度常以人體的某部分作為單位和標(biāo)準(zhǔn). 近代的測量長度單位是在法國的米制單位發(fā)展起來的（規(guī)定為通過巴黎的自北極至遲到的子午線的千萬分之一為米）,目前在國際單位制中長度的單位是米（m）.在1983年國際計量大會商定以:“1m為光在真空中(1/29792458)s 時間間隔內(nèi)所經(jīng)路徑的長度”.,1.3.2 長度的計量,1.4 單位制和量綱,物理學(xué)中,物理公式總是和一定的“單位制”相聯(lián)系,“單位制”就是各物理量間相互配套的一組單位.,1.4.1 基本單位和導(dǎo)出單位,基本單位：選定幾個物理量作為基本量,人為地規(guī)定 其單位，稱為基本單位制.,導(dǎo)出單位：從基本量導(dǎo)出的量稱為導(dǎo)出量，其單位是基 本單位的組合，稱為導(dǎo)出單位.,根據(jù)同一規(guī)律寫出的公式，采用的單位不同，公式中出現(xiàn)的因子不同。如 s = kvt .,1.4.2國際單位制(SI),基本量:長度 質(zhì)量 時間 電流 溫度 物質(zhì)的量 光強(qiáng)度,單 位: m kg s A K mol cd,導(dǎo)出量: 速度 加速度 力 動量 ,單 位: m/s m/s2 N kg m/s ,輔助單位: 平面角 立體角,單 位： rad sr（球面度）,輔助單位可以參與導(dǎo)出單位，如角速率 rad/s,SI詞頭：因?yàn)橛煤艽髥挝粶y很小的量或用很小單位測很大的量都不方便，為使單位大小相濟(jì)，適應(yīng)不同問題的需要，在SI中規(guī)定了“SI詞頭”. 如表1.3.,1024 yotta 堯它 Y 1021 zetta 澤它 Z 1018 exa 艾可薩 E 1015 peta 排它 P 1012 tera 太拉 T 109 giga 吉咖 G 106 mega 兆 M 103 kilo 千 k 102 hecto 百 h 101 deca 十 da,10-1deci 分 d 10-2 centi 厘 c 10-3 milli 毫 m 10-6 micro 微 10-9 nano 納諾 n 10-12 pico 皮可 p 10-15 femto 飛姆托 f 10-18 atto 阿托 a 10-21 zepto 仄普托 z 10-24 yocto 幺科托 y,1.4.3 量綱式,量綱：表示一個物理量由基本量的冪次組合的式子.,基本量選定后,導(dǎo)出量的量綱可由基本量的量綱的組合而得.,在國際單位制中,表示力學(xué)量A的量綱式為,如：,L為長度的量綱，,M為質(zhì)量的量綱，,T為時間的量綱.,p、q、r 為量綱指數(shù),1.量綱,速度的量綱,加速度的量綱,力的量綱,圓心角的量綱,(3)為推導(dǎo)某些復(fù)雜公式提供線索.,(1)用量綱檢查等式的正誤. 因?yàn)橹挥辛烤V相同的量才能彼此相等，所以等式兩邊的量的量綱必須相同.,(2)用量綱分析方程中比例系數(shù)的單位.,2. 應(yīng)用,1.5 數(shù)量級估計,1.5.1 有效數(shù)字,1.520 有四位有效數(shù)字 567.23 有五位有效數(shù)字,1.35cm 有三位有效數(shù)字 0.0135m有三位有效數(shù)字 1.0035 有五位有效數(shù)字 1.000cm有四位有效數(shù)字,注意：有效數(shù)字的位數(shù)與十進(jìn)制單位的變換無關(guān),即與小數(shù)點(diǎn)的位置無關(guān).用以表示小數(shù)點(diǎn)位置的“0”不是有效數(shù)字,當(dāng)“0”不表示為小數(shù)點(diǎn)位置時是有效數(shù)字.數(shù)據(jù)最后的“0”不能隨便加上,也不能隨便去掉.,某一數(shù)中可靠數(shù)字稱作有效數(shù)字，它的個數(shù)稱作有效數(shù)字的位數(shù).例如：,1.5.2 數(shù)量級的估計,例如：88920 取9104 稱“數(shù)量級估計”，實(shí)際上又將已估計的9104 以105 代之.用10的若干次方表示的數(shù)常稱為“數(shù)量級”.,估計某數(shù)的數(shù)量級時,常取整為一位有效數(shù)字乘以10的若干冪次.,1.6 參考系坐標(biāo)系與時間坐標(biāo)軸,任何物理過程都和時間空間相聯(lián)系.對機(jī)械運(yùn)動而言,空間規(guī)定了運(yùn)動物體的大小與位置;時間則規(guī)定了運(yùn)動過程的長短和順序.在經(jīng)典力學(xué)范圍內(nèi),空間與時間是脫離物質(zhì)與運(yùn)動的獨(dú)立存在;空間是延伸到整個宇宙容納物質(zhì)的三維平直框架,時間猶如一座始終均勻轉(zhuǎn)著的鐘.,1.6.1 參考系和坐標(biāo)系,被選作物體運(yùn)動依據(jù)的物體或物體群稱為參考系，與參考系固連的三維空間稱為參考空間.同一物體的運(yùn)動情況相對不同的參考系是不同的.,為了定量表示物體相對參考系的位置,可在參考系上建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系.即用固定在參考空間的一組坐標(biāo)軸和用來規(guī)定一組坐標(biāo)的方法.,1.6.2 時間坐標(biāo)軸,所謂考察物體的運(yùn)動,也就是考察物體的位置變動與時間的關(guān)系.因而考察物體的運(yùn)動還必須有時間的坐標(biāo)軸,坐標(biāo)原點(diǎn)即計時起點(diǎn),計時起點(diǎn)不一定就是物體開始運(yùn)動的時刻. “時刻”對應(yīng)于時間軸上一點(diǎn),時刻為正或負(fù)表明在計時起點(diǎn)以后或以前.質(zhì)點(diǎn)在某一