高職高專物理學-課程概述

課程概述物理學.宇宙最不行理解之處，就在于它是可以理解的。A=X+Y+Z。A代表成功，X代表艱苦的勞動，Y代表正確的方法，Z代表少說空話?！獝垡蛩固钩３Ｓ型瑢W問我做物理工作成功的要素是什么？我想要素可以歸納為三個P，Perception,Persistence,andPower。Perception——眼光，看準了什么東西，就要抓住不放；Persistence——堅持，看對了就要堅持；Power——力氣，有了力氣能夠闖過關(guān)，遇到困難你要闖下去?！獥钫駥幹灰o我一個支點，我就可以撬動地球?！⒒椎?/p>

☆.什么是物理學物理是探討物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)相互作用和運動規(guī)律的自然科學。是一門以試驗為基礎(chǔ)的自然科學,物理學的一個永恒主題是找尋各種序（orders）、對稱性（symmetry）和對稱破缺（symmetry-breaking）、守恒律（conservationlaws）或不變性（invariance）?！拔锢怼币辉~的最先出自希臘文φυσικ，原意是指自然。古時歐洲人稱呼物理學作“自然哲學”。從最廣泛的意義上來說即是探討大自然現(xiàn)象及規(guī)律的學問。漢語、日語中“物理”一詞起自于明末清初科學家方以智的百科全書式著作《物理小識》。在物理學的領(lǐng)域中，探討的是宇宙的基本組成要素：物質(zhì)、能量、空間、時間及它們的相互作用；借由被分析的基本定律與法則來完整了解這個系統(tǒng)。物理在經(jīng)典時代是由與它極相像的自然哲學的探討所組成的，直到近代物理才從哲學中分別出來成為一門實證科學。課程概述.☆.物理學的學科性質(zhì)物理學是人們對無生命自然界中物質(zhì)的轉(zhuǎn)變的學問做出規(guī)律性的總結(jié)。這種運動和轉(zhuǎn)變應(yīng)有兩種。一是早期人們通過感官視覺的延長。二是近代人們通過獨創(chuàng)創(chuàng)建供視察測量用的科學儀器，試驗得出的結(jié)果。物理學從探討角度及觀點不同，可分為微觀與宏觀兩部分，宏觀是不分析微粒群中的單個作用效果而干脆考慮整體效果，是最早期就已經(jīng)出現(xiàn)的，微觀物理學隨著科技的發(fā)展理論漸漸完善。課程概述.其次，物理又是一種智能，是概括規(guī)律性的總結(jié)，是概括閱歷科學性的理論相識。誠如諾貝爾物理學獎得主、德國科學家玻恩所言：“與其說是因為我發(fā)表的工作里包含了一個自然現(xiàn)象的發(fā)覺，倒不如說是因為那里包含了一個關(guān)于自然現(xiàn)象的科學思想方法基礎(chǔ)?！蔽锢韺W之所以被人們公認為一門重要的科學，不僅僅在于它對客觀世界的規(guī)律作出了深刻的揭示，還因為它在發(fā)展、成長的過程中，形成了一整套獨特而卓有成效的思想方法體系。正因為如此，使得物理學當之無愧地成了人類智能的結(jié)晶，文明的珍寶。課程概述.☆.物理學的學科性質(zhì)☆.物理學的學科性質(zhì)大量事實表明，物理思想與方法不僅對物理學本身有價值，而且對整個自然科學，乃至社會科學的發(fā)展都有著重要的貢獻。有人統(tǒng)計過，自20世紀中葉以來，在諾貝爾化學獎、生物及醫(yī)學獎，甚至經(jīng)濟學獎的獲獎?wù)咧?，有一半以上的人具有物理學的背景；——這意味著他們從物理學中吸取了智能，轉(zhuǎn)而在非物理領(lǐng)域里獲得了成功?！催^來，卻從未發(fā)覺有非物理專業(yè)出身的科學家問鼎諾貝爾物理學獎的事例。這就是物理智能的力氣。難怪國外有專家特別尖銳地指出：沒有物理修養(yǎng)的民族是愚蠢的民族！課程概述.總的來說，物理學探討的內(nèi)容特別廣泛，自然界發(fā)生的一切物理現(xiàn)象，諸如物理的位置變動，聲、熱、光、電、磁等現(xiàn)象，以及物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、聚集狀態(tài)和各種特性，都是物理學所要探討的。依據(jù)所探討的物質(zhì)運動和具體對象的不同，通常物理學分為力學、聲學、光學、電磁學、分子原理、原子原理、原子核物理等分支。課程概述.☆.物理學探討的內(nèi)容☆.物理學探討的內(nèi)容力學探討的是物體的機械運動規(guī)律。聲學探討聲波的產(chǎn)生、傳播、接收和作用等問題。熱學探討分子、原子、電子、光子等質(zhì)點做不規(guī)則運動所引起的熱現(xiàn)象極其熱運動的的規(guī)律。電磁學探討電和磁現(xiàn)象及其電流、電磁輻射、電磁場等。光學探討光的本性，光的放射、傳播和接收的規(guī)律，光和其他物質(zhì)的相互作用（如光的吸取、散射，光的機械作用和光的熱、電、化學效應(yīng)等）及其應(yīng)用。分子物理學則是依據(jù)分子的結(jié)構(gòu).分子間互作用力和分子運動的性質(zhì)，探討物質(zhì)的性質(zhì)和狀態(tài)。原子物理是探討原子結(jié)構(gòu)及其原子中發(fā)生的運動。原子核物理是探討原子核的結(jié)構(gòu).性質(zhì)和變更的規(guī)律。課程概述.物理學的分類不是固定不變的，隨著科學的發(fā)展，人們對物理現(xiàn)象的相識不斷深化，它的分類也不斷變更，越來越細。近代科學發(fā)展的初期，物理學還包括天文學、氣象學等部分，以后這些部分很快成為獨立的學科。經(jīng)驗長期的發(fā)展，現(xiàn)在力學也成為獨立的學科，并產(chǎn)生了很多分支，如流體力學、彈性力學等。隨著物理學的廣泛應(yīng)用，它與其他學科結(jié)合，還出現(xiàn)了一系列邊緣科學，如化學物理、天體物理、地球物理、生物物理等。與此同時，又分化出一些尖端科學技術(shù)部門，如原子能、半導體、激光等課程概述.☆.物理學的分類依據(jù)依據(jù)探討方法的不同，物理學又可以分為試驗物理和理論物理倆大類。物理學是試驗的科學，試驗物理主要是通過視察、測試為理論物理收集感性材料和發(fā)覺物理事實，解決試驗設(shè)計和試驗過程中的技術(shù)問題。理論物理的主要任務(wù)是，把視察.試驗得到的結(jié)果和已發(fā)覺的原理、定律，形成對比，分析概括，并運用數(shù)學進行推理，探討物理量之間的定量關(guān)系，建立統(tǒng)一的物理理論體系。課程概述.☆.物理學的分類依據(jù)☆.物理學的分類依據(jù)按探討方向的不同，大致可做如下分類：經(jīng)典力學及理論力學(Mechanics)探討物體機械運動的基本規(guī)律的規(guī)律。電磁學及電動力學(ElectromagnetismandElectrodynamics)探討電磁現(xiàn)象，物質(zhì)的電磁運動規(guī)律及電磁輻射等規(guī)律。熱力學與統(tǒng)計物理學(ThermodynamicsandStatisticalPhysics)探討物質(zhì)熱運動的統(tǒng)計規(guī)律及其宏觀表現(xiàn)。相對論和時空物理(Relativity)探討物體的高速運動效應(yīng)，相關(guān)的動力學規(guī)律以及關(guān)于時空相對性的規(guī)律。量子力學(Quantummechanics)探討微觀物質(zhì)運動現(xiàn)象以及基本運動規(guī)律。課程概述.從古時候起，人們就嘗試著理解這個世界：為什么物體會往地上掉，為什么不同的物質(zhì)有不同的性質(zhì)等等。宇宙的性質(zhì)同樣是一個謎，譬如地球、太陽以及月亮這些星體原委是遵循著什么規(guī)律在運動，并且是什么力氣確定著這些規(guī)律。人們提出了各種理論試圖說明這個世界，然而其中的大多數(shù)都是錯誤的。這些早期的理論在今日看來更像是一些哲學理論，它們不像今日的理論通常須要被有系統(tǒng)的試驗證明。像托勒密（Ptolemy）和亞里士多德（Aristotle）提出的理論，其中有些與我們?nèi)粘Ｋ暡斓降氖聦嵤窍嚆５?。當然也有例外，譬如印度的一些哲學家和天文學家在原子論和天文學方面所給出的很多描述是正確的，再比如希臘的思想家阿基米德（Archimedes）在力學方面導出了很多正確的結(jié)論，像我們熟知的阿基米德定律。課程概述.☆.物理學的發(fā)展歷史物理學的真正建立是在十六世紀以后，由于人們樂意對原先持有的真理提出疑問并尋求新的答案，最終導致了重大的科學進展，這個時期現(xiàn)在被稱為科學革命。其中起到奠基作用的就是我們熟知的伽利略。在他的影響下，科學探討接受了系統(tǒng)的試驗方法，并在此基礎(chǔ)上發(fā)覺了很多前所未見的事實，從而很快建立了一套完整的理論，最終在牛頓手上發(fā)展到了一個頂峰。在科學上人們把它稱為經(jīng)典理論物理學，或叫古典理論物理學。經(jīng)典物理學以經(jīng)典力學、熱力學和統(tǒng)計物理學、經(jīng)典點動力學為基礎(chǔ)，構(gòu)成一個完整.嚴密的理論體系。這幾個體系的建立，標記著人類對物理現(xiàn)象相識的第一次巨大飛躍，它對生產(chǎn)和科學的發(fā)展起了很大的推動作用。課程概述.☆.物理學的發(fā)展歷史到十九世紀末二十世紀初，物理學又發(fā)覺了一系列新的試驗事實，如電子和放射性現(xiàn)象；邁克耳遜—莫雷測量以太試驗得出的負結(jié)果；黑體輻射試驗等。這些事實沖擊了經(jīng)典物理理論，使得物理學經(jīng)驗了一次比以前更為深刻的變革，由此誕生了現(xiàn)代物理學。探討高速（接近光速）物理現(xiàn)象的相對論，和探討微觀的量子力學，乃是現(xiàn)代物理學的兩大基礎(chǔ)理論。課程概述.☆.物理學的發(fā)展歷史物理學的迅猛發(fā)展也引發(fā)了20世紀科學技術(shù)的空前高速發(fā)展。在此世紀內(nèi)，人類社會在科技進步上經(jīng)驗了一個又一個劃時代的變革。這個世紀之初，人類社會就全面地進入了“電氣化時代”。這是19世紀安培、法拉第、麥克斯韋等一批物理學家和愛迪生等獨創(chuàng)家努力的結(jié)果。從上個世紀之交放射性的發(fā)覺，經(jīng)過近半個世紀原子物理、核物理的探討，40年頭物理學使人類駕馭了核能的奇異，把人類社會帶進了“原子時代”。今日核技術(shù)的應(yīng)用遠不止于為社會供應(yīng)許久牢靠的能源，放射性與核磁共振在醫(yī)學上的診斷與治療作用，已為人所共知。這個成果是和盧瑟福、玻爾、愛因斯坦、居里夫人和她的女婿和女兒約里奧-居里夫婦、海森伯、費米、哈恩等一大串光輝的名字分不開的。課程概述.☆.物理學的發(fā)展歷史☆.物理學的發(fā)展歷史到了50、60年頭，物理學家又獨創(chuàng)了激光，它的理論基礎(chǔ)是愛因斯坦1916年提出的光的受激放射過程。今日激光技術(shù)已廣泛應(yīng)于尖端科學探討、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學、通訊、計算、軍事和日常生活，成為幾十億、上百億的巨大產(chǎn)業(yè)。1947年底，巴丁、肖克萊、布賴頓等三位物理學家獨創(chuàng)了晶體管，取代了真空管，標記著“信息時代”的誕生。從物理學的角度看來，這個嬰兒在娘胎里至少孕育了20年。這就是說，20年頭建立量子力學之后，物理學家發(fā)展了費米-狄拉克統(tǒng)計、能帶論，從今有了電子和空穴的概念。爾后用摻雜的方法產(chǎn)生了N型和P型的半導體，這才為晶體管的獨創(chuàng)打下基礎(chǔ)。而現(xiàn)代計算機的硬件核心是半導體集成電路，PN結(jié)是基礎(chǔ)。以上成果又是和一連串物理學家光輝的名字——薛定諤、海森伯、狄拉克、泡利、布洛赫、索末菲等聯(lián)系在一起的。現(xiàn)在，人類對物理現(xiàn)象的探究，已經(jīng)在一條更為廣袤更為深化的陣線上綻開，原子核物理和“基本”粒子物理學，凝合態(tài)物理學、統(tǒng)一場論，是現(xiàn)代物理學中最活躍的部門。課程概述.物理學與其他很多自然科學休戚相關(guān)，如數(shù)學、化學、生物和地理等。特殊是數(shù)學、化學、地理學。化學與某些物理學領(lǐng)域的關(guān)系深遠，如量子力學、熱力學和電磁學，而數(shù)學是物理的基本工具，地理的地質(zhì)學要用到物理的力學，氣象學和熱學有關(guān)。課程概述.☆.物理學的地位一、物理學和天文學物理學和天文學由來已久的血緣關(guān)系，是有目共睹的。當今物理學的探討領(lǐng)域里有兩個尖端，一個是高能或粒子物理，另一個是天體物理。前者在最小的尺度上探究物質(zhì)更深層次的結(jié)構(gòu)，后者在最大的尺度上追尋宇宙的演化和起源?？墒墙鼛资甑倪M展表明，這兩個極端竟奇異地連接在一起，成為一對密不行分的姊妹學科。課程概述.☆.物理學的地位二、物理學和化學物理學和化學從來就是并肩前進的。自從伽利略、牛頓以來，物理學與天文學已是精密的理論科學，然而長期以來，包括化學在內(nèi)的其它自然科學卻始終是閱歷性科學。1998年的諾貝爾化學獎頒給了瓦爾特?科恩（W.Kohn）和約翰?波普爾（J.A.Pople），以表彰他們在量子化學方面所做的開創(chuàng)性貢獻。頒獎的公報說，量子化學將化學帶入一個新的時代，化學不再是純試驗科學了。化學是探討分子的學科。此前，假如說物理化學還是物理學和化學在較唯象層次上的結(jié)合，則量子化學已深化到化學現(xiàn)象的微觀機理。近年來，量子化學、激光化學、分子反應(yīng)動力學、固體表面催化和功能材料等物理學與化學間的交叉學科，取得了長足的進展，今后兩學科之間的合作將更為興盛發(fā)達。課程概述.☆.物理學的地位三、物理學和生物學物理學和生物學的相互滲透，前途是不行估量的。早在40年頭，量子力學的創(chuàng)始人之一薛定諤在《生命是什么？》一書里預(yù)言：“生命的物質(zhì)載體是非周期性晶體，遺傳基因分子正是這種有大量原子秩序井然地結(jié)合起來的非周期性晶體；這種非周期性晶體的結(jié)構(gòu)，可以有無限可能的排列，不同樣式的排列相當于遺傳的微型密碼；……”他所說的這種“非周期性晶體”，就是存在于細胞核染色體中的DNA分子。1953年沃森(J.D.Watson，年青的細菌遺傳學博士)和克里克(F.H.C.Crick，一位二戰(zhàn)前受過傳統(tǒng)物理學訓練的人，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為生物物理學探討生)共同發(fā)覺DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)。核物理學家伽莫夫(G.Gamow，大爆炸宇宙論的創(chuàng)始人)用信息論的方法推想，DNA的遺傳密碼中，每個“單詞”都是用三個“字母”組成的。這些推想相繼得到試驗證明，20世紀60年頭三聯(lián)密碼逐一被破譯。課程概述.☆.物理學的地位薛定諤在《生命是什么？》一書中還有另一段名言：“生命之所以能存在，就在于從環(huán)境中不斷得到‘負熵’”。作者還說：“有機體是依靠負熵為生的”。這就是生命的熱力學基礎(chǔ)。60年頭比利時科學家普里高津(I.Prigogine)的耗散結(jié)構(gòu)理論，證明白薛定諤的預(yù)言。當前生命科學中分子生物學、量子生物學、遺傳信息學、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)等新興學科的探討正方興未艾。人們說21世紀是生命科學的世紀，一位物理學家則說，21世紀是物理科學全面介入生命科學的世紀。課程概述.☆.物理學的地位四、物理學和經(jīng)濟學1997年諾貝爾經(jīng)濟學獎授予的項目，是一個對全球金融產(chǎn)生巨大影響的期權(quán)定價模型—BlackScholes公式。公式的主要創(chuàng)建人布萊克（F.S.Black）的學歷背景如下：1959年畢業(yè)于哈佛高校物理系，1964年獲該校應(yīng)用數(shù)學系博士，1971年任芝加哥高校經(jīng)濟系教授。惋惜他于1995年去世，未能享受諾貝爾獎（被授獎的是他的合作者梅倫?斯科爾斯）的殊榮。當前出身數(shù)理的人躋身于經(jīng)濟學界的大有人在。課程概述.☆.物理學的地位五、物理學和信息科學20世紀科學技術(shù)給人類社會帶來的最大的沖擊，莫過于以現(xiàn)代計算機為基礎(chǔ)發(fā)展起來的信息技術(shù)。被譽為“其次次產(chǎn)業(yè)革命”。的確，計算機給人類社會帶來如此廣泛而深刻的變更，是二三十年前任何有遠見的科學家都不行能預(yù)見到的。自從40年頭末晶體管問世以來，60年頭制成了集成電路，從70年頭后期起，發(fā)展成為大規(guī)模集成電路，而后是超大規(guī)模集成電路，集成度以每10年1000倍的速度增長著。在有的人看來，物理學對高技術(shù)的貢獻屬于過去，今日我國發(fā)展高技術(shù)的關(guān)鍵在于新材料、新工藝。殊不知，微電子加工和分析手段本身，如離子注入、激光退火、盧瑟福背散射譜、俄歇電子譜、X射線發(fā)光光譜、二次放射離子質(zhì)譜，以及高辨別的電子刻蝕、同步輻射光刻，哪一樣不是從物理學各分支的試驗室里移植到工業(yè)上去的！課程概述.☆.物理學的地位☆.物理學的地位學科滲透對物理學的影響翻閱一下現(xiàn)在物理學的很多重要期刊，或看看很多國際物理學術(shù)會議的日程，就會發(fā)覺，諸如蛋白質(zhì)折疊、免疫網(wǎng)絡(luò)、化學鍵斷裂、水土流失、交通堵塞等，大量本不屬于物理學內(nèi)容的標題，赫然入目。人們不禁要問：“什么是物理學？”的確，今日再從探討對象來回答這個問題已很困難。我們的看法是，不管什么問題，當物理學家用物理學的方法去探討它時，就把它變成了物理問題。物理學，是一門理論和試驗高度結(jié)合的精確科學。物理學中有一套最全面最有效的科學方法。我們說，在對學生的科學素養(yǎng)教化中，物理課有著無可替代的重要作用，依據(jù)就在于此。現(xiàn)在教化界大談素養(yǎng)教化和培育學生的創(chuàng)新精神，但是20世紀高科技發(fā)展的事實已經(jīng)證明，重大的創(chuàng)建來源于新的物理思想，否則只是“小打小鬧”，成不了大氣候。課程概述.在小學中物理學是以《自然》或《科學》的形式出現(xiàn)在小學生的課本中的，里面的學問只涉及一些最基礎(chǔ)的物理學常識；在初中物理是在初二年級開設(shè)的，里面就有了一些基本的物理量及其簡潔計算，還有一些基本的物理現(xiàn)象及其理解，算是物理學的一些基礎(chǔ)學問；在中學物理就比較系統(tǒng)了，分為力、熱、電、光、原五個部分，比較系統(tǒng)地介紹了物理學的各部分的學問，更加重視定性定量地理解一些物理現(xiàn)象和物理情景。在高校和探討生階段，在真正分門另類地對物理進行細化的探討和學習，上面所說的五部分，每一部分都能算是一個探討方向，而每一部分還可以再細分。課程概述.☆.我國的物理學教化☆.我國的物理學教化在小學中物理學是以《自然》或《科學》的形式出現(xiàn)在小學生的課本中的，里面的學問只涉及一些最基礎(chǔ)的物理學常識；在初中物理是在初二年級開設(shè)的，里面就有了一些基本的物理量及其簡潔計算，還有一些基本的物理現(xiàn)象及其理解，算是物理學的一些基礎(chǔ)學問；在中學物理就比較系統(tǒng)了，分為力、熱、電、光、原五個部分，比較系統(tǒng)地介紹了物理學的各部分的學問，更加重視定性定量地理解一些物理現(xiàn)象和物理情景。在高校和探討生階段，在真正分門另類地對物理進行細化的探討和學習，上面所說的