物理学导论
物理学导论试题及课后答案
21.（本题5分）（1652）假想从无限远处陆续移来微量电荷使一半径为R 的导体球带电．(1) 当球上已带有电荷q 时，再将一个电荷元d q从无限远处移到球上的过程中，外力作多少功 (2) 使球上电荷从零开始增加到Q 的过程中，外力共作多少功22.（本题5分）（2654）如图所示，有两根平行放置的长直载流导线．它们的直径为a ，反向流过相同大小的电流I ，电流在导线内均匀分布．试在图示的坐标系中求出x 轴上两导线之间区域]25,21[a a 内磁感强度的分布． 23.（本题5分）（2303）图示相距为a 通电流为I 1和I 2的两根无限长平行载流直导线．(1) 写出电流元11d l I 对电流元22d l I 的作用力的数学表式；(2) 推出载流导线单位长度上所受力的公式．24.（本题10分）（2150）如图所示，两条平行长直导线和一个矩形导线框共面．且导线框的一个边与长直导线平行，他到两长直导线的距离分别为r 1、r 2．已知两导线中电流都为t I I sin 0 ，其中I 0和为常数，t 为时间．导线框长为a 宽为b ，求导线框中的感应电动势．22.（本题5分）（2442）将细导线弯成边长d =10 cm 的正六边形，若沿导线流过电流强度为I =25 A 的电流，求六边形中心点的磁感强度B ．(0 =4×10-7 N ·A -2 )23.（本题5分）（2548）在氢原子中，电子沿着某一圆轨道绕核运动．求等效圆电流的磁矩m p与电子轨道运动的动量矩L 大小之比，并指出m p和L 方向间的关系．(电子电荷为e ，电子质量为m )24.（本题10分）（2737）两根平行无限长直导线相距为d ，载有大小相等方向相反的电流I ，电流变化率d I /d tIa aI xO2aII 21d l I22d l Ia12rIIOxr 1r 2 ab=>0．一个边长为d的正方形线圈位于导线平面内与一根导线相距d，如图所示．求线圈中的感应电动势，并说明线圈中感应电流是顺时针还是逆时针方向．ddII7-3 计算和证明题7-3-1解Q所受合力为零，即224l，求得Q7-3-2解场强大小为20044()a ladx lE dEx a a l，沿带电直线方向.7-3-3解如图建立坐标系，正负电荷关于x对称，它们在O点产生的场强沿y轴负向，在圆上取dl=Rdφdq=λdl=Rλdφ，它在O点产生场强大小为dE=24RRd方向沿半径向外则dE x=dEsinφ=dRsin4dE y=dEcos(π-φ)=R4cosφdφ积分22sin04xE dR2220002cos42yqE dR R R方向沿y轴负向．7-3-4解如图所示，dq dl Rd，它在圆心O点产生的场强200cos44Rd A ddER R其在x轴上的场强为cos()x xE dE dE2200cos44A d AR R方向沿x轴负向，其在y轴上的场强为sin()y yE dE dE2cos sin4A dR7-3-5解小球受力如图所示，由图可知，qE mgtg即2q mgtg，有622308.010/mgtgC mq7-3-6解在r R处取一细圆环，其带电量2dq dS rdr，根据教材例7-2-4结果可知，圆环在轴线上P点产生的场强大小223/2223/2223/200024()4()2()xdq x rdr x rdrdEx r x r x rxqEr22223/2223/222000()2()4()2RR x rdr x d x r E x r x r x R7-3-7解(1)11122222(2)(21) 1.05/e bd S b d S bd d N m C （2）由高斯定理可得，1209.2910ie iqC7-3-8解半圆柱薄筒的横截面如图所示，建立直角坐标系Oxy ，沿弧长方向取一宽度为dl 的细条，此细条单位长度上的带电量为dl Rd d R R， 此细条等同于无限长均匀带电直线，因此它在O 点产生的场强为20022d dE R R，20cos cos()2x d dE dE R， 20sin sin()2y d dE dE R，20cos 02x x d E dE R， 22000sin 2y y d E dE R R，20x y y E E i E j E j j Rr r r r r7-3-9解（1）以地面为高斯面，由高斯定理可得2111114ne iSi E dS E S E R qr r Ò，所以2510149.0310nii qE R C（2）如下图，由高斯定理1()e SE dS E E S nShr r Ò下上，所以有122120 1.0610/E E E E n C m h h下上7-3-10解我们可以设想不带电空腔内分布着体密度相同的正负电荷.由电场的叠加原理可知，有空腔的带电球体的电场，可以看作一个半径为R 电荷体密度为 的均匀带正电球体和一个半径为r 电荷体密度为 的均匀带负电球体所激发电场的叠加.即000E E E r r r由高斯定理可求出00E r，302004343a a E a r ， 所以O 点的场强大小为0003a E E，方向沿OO u u u u r .同理，O 点的场强大小为 00003a E E E，方向仍沿OO u u u u r . 7-3-11解由电荷的轴对称性分析可知，场强也具有轴对称性，可利用高斯定理求场强.（1） 在r R 处，作一同轴圆柱形高斯面，由高斯定理n rn rE r 下E r 上hS 2S 1dl 1120ne iSi E dS rlE qr r Ò311110191436410 1.610910q U R C所以 0E （2） 在12R r R 处，类似（1），有102l rlE所以 102E r（3） 在2r R 处，类似（1），有1202rlE l所以 1202E r7-3-12解（1）A点电势为104A q U r，B点电势为B U，63.610J注 式中90210q C（2）C点电势为204C q U r，D 点电势为1202D q q U d，2120000())42CD C D q q q A q U U q r d63.610J 7-3-13解 （1）00E ，9493104104910 2.881040.05iO i iq U Vr（2）9360()010 2.8810 2.8810O O A q U U J ，0q 电势能的改变为60 2.8810O W A J （3）60 2.8810O W W A J7-3-14解（1）雨滴的电势为11014q U R，有（21，这时雨滴表面电势为9112202574q U V R 7-3-15解根据电势叠加原理，O 点的电势可看作直线AB 、DE 和半圆周BCD 所带电荷在O 点产生电势的叠加，AB 、DE 在O 点产生的电势为 21300ln 244RRdx U U x，半圆周BCD 在O 点产生的电势为 22000444q R U RR所以O 点产生的电势为1230(2ln 2)4U U U U1000()(4AB A B q A q U U q r12121122200044R R rR R q q q dr dr drr r7-3-16解 金核表面的电势为，金核中心的电势为7-3-17解 由高斯定理可求得Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区域的场强大小分别为10E ，12204q E r123204q q E r设1P 、2P 、3P 分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区域内任一点， （1） Ⅰ区域内任一点1P 的电势由电势的定义式计算，有11P U E dlr r 1212123R R rR R E dl E dl E dl r r r r r r12121()4q q R R（2） Ⅱ区域内任一点2P 的电势由电势的定义式计算，有22P U E dlr r 2223R rR E dl E dl r r r r22112220044R rR q q q dr dr r r1221()4q q r R（3） Ⅲ区域内任一点3P 的电势由电势的定义式计算，有33P U E dlr r 3r E dl r r12204rq q dr r1204q q r7-3-18解 两“无限长”共轴圆柱面之间场强可由高斯定理求得为02E r式中 为单位长度上所带电量.由电势差的定义，两圆柱面之间的电势差为212001ln 22BR AB AR R U E dl dr r Rr r ， 则8092124502.0810/102910ln ln 3AB U C m R R7-3-19解 由高斯定理可得场强分布为a x a 0E； x a 或x a 0E ；由电势的定义式计算电势分布在x a 区域，000axxaU Edx dx dx a在a x a 区域， 000xx U Edx dx x在a x区域，9197115091079 1.610 1.61047.010qU V R 72132000033 2.41044242RR qr q q U dr dr U V R r R00[ln ln()]ln 2l a a l a x l x a000axx a U Edx dx dx a电势U 随在x 分布如图所示7-3-20解 设坐标原点在左边导线轴线上，x 轴通过两导线并与之垂直.在两导线之间，坐标为x 的任一点P 的场强为0022()E x l x， 所以两导线间电势差为 00()22()l aAB aU dx x l x7-3-21解（1）在带电直线上取电荷元dq dx ，它在P 点的电势为 004()4()dq dxdU r x r x整个带电直线在P 点的电势为000ln 4()4lP r l U dx r x r（2）根据场强与电势的微分关系dUE dr，有 04()lE r r l7-3-22解 由高斯定理可求得均匀带电球体内外的场强分布为r R ，103rE； r R ，32203R E r（1）r R ，33220033r rrR R U E dr dr r r（2）r R ，320033R R R U R（3）r R，322122000(2)336RRr rRrR r R U E dr E dr dr dr R r r7-3-23解（1）r R 处，在圆柱体内任取一点，该点到轴线距离为r ，过该点作一半径为r ，高为l 的同轴闭合圆柱形高斯面，由高斯定理 11ne iSi E dS qr r Ò，可得312223ral rlE ar rldr r求得 23ar E 内，方向沿径向向外.对r R ，同理由高斯定理可得312223Ral rlE ar rldr R求得 30 3aR E r外（2）设1r m 处为电势零参考位置且假设该点在圆柱体外，则在r R区域内，33110ln 33r r aR aR U E dr dr r r 外外在r R区域内，23110033RRrRrR ar aR U E dr E dr dr dr r外内内33300()ln 93a aR R r R 8-3 计算和证明题8-3-1解 请参见教材P342题8-3-1图（1）由于静电感应，球壳内表面带电量为q ，外表面带电量为q ；球壳电势为33200344R R q q U E dl dr r Rr r 3（2）内表面带电量为q ，外表面带电量为0；球壳电势为0U 3（3）内球接地时，内球的电势0U 1，设内球此时带电量为q ，则球壳内表面带电量为q ；外表面带电量为q q ，空间场强分布为： 12R r R ，1204q E r；23R r R ，20E ；3r R ，3204q qE r； 因此，内球的电势 231231123R R R R R U E dr E dr E dr213220044R R R q q qdr drr r120311()044q q q R R R 求得12122313R R qq R R R R R R球壳的电势为3123303012231344R R R q q qU E dr R R R R R R R电势的改变为12333012231304R R qU U U U R R R R R R 8-3-2解 请参见教材P342题8-3-2图（1）设导体球上的感应电量为q ，这些感应电荷到球心O 点的距离都为R ，因此感应电荷q 在O 点产生的电势为04q R，点电荷q 在O 点产生的电势为042qR，故O 点的电势为000048q q U RR（导体球接地）， 求得2q q（2）因O 点场强为零，故q 在O 点产生的场强大小等于q 在O 点产生的场强大小，方向相反，即为00q q E E E r r r所以 2016q q E R8-3-3解请参见教材P342题8-3-3图（1）设A 板两表面中左侧表面带电量为1q ，右侧表面带电量为2q ，其电荷面密度分别为11q S，22qS，由于B 、C 板都接地，故有 AC AB U UAC AC AB AB E d E d写成1200AC AB d d有12002q qS S① 又 12q q Q ② 由①②解得 12/3q Q ，2/3q Q 因此C板带电为712/3 2.010()C q q Q C ，72/3 1.010()B q q Q C（2）3200 2.2610()3A AB AB AB q Q U U d d V S S8-3-4解设导体片C 插入后，AC 间场强为1E ，CB 间场强为2E ，并假设0q ，则各板带电分布如图所示，并作如图所示的高斯面，两底面与板平行，由高斯定理可得120Sq S E dS E S E S Sr r Ò 即有 210qE E S① 由题意得 2122d dU E E② 由①②解得 20224C CB d U qdU U E S8-3-5解对于半径为R 的金属球，不论是实心还是空心，当带电量为q 时，其电势均为04q U R，则电容为04qC R U，可见电容是相同的. 对于地球，711C F 8-3-6解（1）设内、外金属膜圆筒半径分别为1R 和2R ，高度均为L ，其上分别带电量为Q ，则玻璃内的场强为12R r R ， 02r Q E Lr内外圆筒之间的电势差为21201ln2R R r R Q U E dl LRr r 莱顿瓶的电容为 90212 2.2810ln r L qC F R U R（2）圆柱形电容器两金属膜之间靠近内膜处场强为最大，令该处场强等于击穿场强，即 101()2r Q E R E LR击穿所以 5012 6.6710r Q LR E C 击穿 8-3-7解 （1）由123111AB C C C C ，求得3.75AB C F（2）总电量43.7510AB AB Q C U C因为1C 和2C 并联，故有1212Q Q C C 即有 122Q Q ①又 12Q Q Q ② 由①②求得2C 带电量为4211.25103Q Q C，2C 上的电压22225QU V C（3）3100U U V ,4333510Q C U C8-3-8解（1）作一高斯面，使其两底面分别在板中和介质中且平行于板面，由介质中的高斯定理1n iSi D dS qrr Ò可得0D S S 求得 0Q D S又0()[()]r U E d t Et d t t E求得 ()r UE d t t因此 00()r r r UD E d t t（2）由上面结果可知 00()r r USQ S DS d t t（3）0()r r S QC U d t t8-3-9解（1）由题意极板间带电量Q 不变，00000SQ Q C U U d（2）电位移00SQ D S d，介质中的场强000rU DE d（3）电容大小与带电量多少无关，由题意可知 0()r r SC d t t8-3-10解设单位长度带电量为，则两极板间场强2E r，击穿场强0E 一定时，02rE 最大，电容器两极板电压为0ln ln 2RrR R U Edr rE r r式中r 是变量，适当选择r 的值，可使U 有极大值，即令 00ln 0dU RE E dr r ， 求得0Rr e故当0Rr e时，电容器可能承受的最大电压为 0max 000ln 147RE R U r E KV r e8-3-11解（1）当1R r R ，由介质中的高斯定理可得0SD dS Qrr Ò，即有204r D Q求得 024QD r ，所以有 012004rr Q DE r当2R r R ，02204Q DE r（2）电势差为222220000041121()()222142312r Q Q Q Q C U C C C C （） 2112RR R RU E dr E dr2100220044RR R Rr Q Q dr drr r01211()4r rrQ R R R（3）001221124()()r r Q RR R C U R R R R R R （4）2122220102114422RR r R R W E r dr E r dr2001211()8r rrQ R R R（5）00211(1)(1)4rrQ R8-3-12解（1）在12R r R 区域内作以r 为半径，长为l 的同轴柱面为高斯面，则由介质中的高斯定理1n i Si D dS qrr Ò，有2rlD l所以 2D r又 0r D E我们得到离轴线距离为r 处的场强为 02r E r, 方向沿径向向外（2）22112001ln 22R R R R r r R U Edr dr r R（3）2122200112ln 24R r R r R W E rdr R8-3-13解（1）282014.410/2e w E J m （2）3354[()]7.6103e W R h R w J式中R 为地球半径并取6370R km8-3-14解（1）浸入煤油后，电容器电容增加为原来的r 倍，即002r C C C ，而电量不变.能量损失为2222210200000111(1)9109002222444Q Q Q Q W C U C C C C 41.8210J（2）若将两电容器并联，则要发生电荷转移，但电荷总量不变，仍为2Q .并联后总电容为001r C C C C 总（）， 两电容器并联后总能量为22024221rQ Q W C C总（）（） 并联后能量损失为0W W W W（） 56.110J8-3-15解K接到1处，1C 带电为641108101209.610()Q C U C ；再将K 接到2后，1C 和2C 总带电量仍为1Q ，两电容器电压为4169.6108010Q U V C 总（8+4） 电容器1C 中的能量2622111181080 2.561022W C U J电容器2C 中的能量22221 1.28102W C U J8-3-16解据题意，把电子看作电荷均匀分布在外表面上，其静电能为222200200111()422424R e e W E dV r dr r R在估计电子半径的数量级时，一般可以略去上式中的系数，因此204eW R，据题意2204e em C R，我们可以求得21520 2.8104e e R m m C8-3-17解当介质板插入x 距离时，电容器的电容为000()[(1)]r x r a x a xaaC a x ddd此时电容器储能为220()22[(1)]x r Q Q dW x C a a x电介质未插入时，电容器储能为22020022Q Q dW C a当电介质插入x 时，电场力F 对电介质板所作的功等于电容器储能的减少量，即0()W W x ，电场力为当插入一半时，2ax ，则电场力为，方向平行极板向右.8-3-18解（1）因电压U 不变，拉开前的静电能为 222001111222SS W C U U U d d拉开后的静电能为2220022112224S S W C U U U d d则系统静电能的改变为222000210424SSSW W W U U U ddd结果表明当极板拉开后，系统的静电能减少.（2）当保持电压一定时，电场对电源作功为 A U Q两板距离从d 拉开到2d 时，极板上电荷的增量Q 为0002121()22S SSQ Q Q C U CU U Ud dd因此 200()022SSA U Q U U U dd结果表明当极板拉开后，在保持U 不变时，电场对电源作正功.（3）外力F 对极板作的功为2222220021(222dd d dd d SU SU CU A F dl dx dx x d dr r外力F 对极板作的功，也可由功能关系得到222000()424SU SU SU A W A ddd所得结果相同. 8-3-19解（1）令无限远处电势为零，则带电荷为q 的导体球，其电势为04q U R，将dq 从无限远处搬到球上的过程中，外力作的功等于该电荷元在球上所具有的电势能 04q dA dW dq R（2）外力作功为200048Qq Q A dA dq RR2020[()](1)2[(1)]r r W W x Q d F x a a x23302(1)()2(1)r r Q d a F a8-3-20解因为电荷保持不变，故有、无介质时，电场中各点的电位移矢量D r不变，电场能量密度为2000111222e e r r rw D D w DE D电场总能量为e rW W9-3计算题9-3-1. 解:（1）导线水平段在P 点产生的磁感应强度为零, 因此P 点的磁感应强度由竖直段产生, 即,4)90cos 0(cos 400aIa I B根据右手定则可判断其方向垂直纸面向外. （2）两水平段半长直导线在P 点产生的磁场方向相同,因此相当于一无限长直导线. 所以P 点的磁场为一无限长直导线和半圆共同产生的，即,4200rIr I B方向垂直纸面向里.（3）三边在P 点产生的磁场完全相同，因此P 点的磁感应强度为,29)150cos 30(cos 3024300a I tg a I B 方向垂直纸面向里.9-3-2. 解: O 点磁感应强度大小为部分圆弧和直线段共同产生，且它们的方向相同，所以),222(4)22cos(22cos 4222000tg R I R I R I B B B BA ACB •• •方向垂直纸面向里.9-3-3. 解：导线可分为四段，其中水平部分在O 点不产生磁场，因此O 点的磁场为两半圆和竖直向下半无限长直导线共同产生的，即磁感应强度大小为,444202010R IR IR IB方向垂直纸面向里. 9-3-4. 解：取薄金属板上宽度为dx 的长直电流元，其电流为,aIdxdI 到P 点的距离为x ，该线电流在点P 激发的磁感应强度大小为.,20方向垂直纸面向外xdIdB因所有线电流在点P 激发的磁场方向均相同,故点P 的磁感应强度为ab bdx axIdB B 20,ln20b b a a I 方向垂直纸面向外.9-3-5. 解：环心O 在两根通电直导线的延长线上，故它们在O 点产生的磁场为零，长为l 的载流圆弧在其圆心处的磁场为2001422rIlr l r I B，设左右两段圆弧的弧长分别为21,l l ,则两者在O 点的磁感应强度分别为，方向垂直纸方向垂直纸面向外；22202211014,4r l I B r l I B考虑到两段圆弧在电路中是并联关系,而在并联电路中,电流分配与电阻成反比,电阻又与导线长度成正比，所以212112l l R R I I，因此可得2211l I l I .由此可得, 两段圆弧在O 点的磁感应强度大小相等，方向相反.所以总磁感应强度为零,即021OB B B .9-3-6. 解: 将无限长载流圆柱形金属薄片看作是由许多平行而无限长直导线组成,对应于 d 到范围内无限长直导线的电流为Id dI ，它在环心处产生的磁感应强度为.cos 2cos ,sin 2sin 2sin 20200 d RIdB dB d R I R dI dB dB y x对整个半圆柱金属薄片积分,得20020200cos 2,sin 2d RI B R I d R I B y x ，故环心处磁感应强度为RIB B x 20 ,方向沿x 轴正向.9-3-7. 解: 由于此平面螺旋线圈绕得很密，可近似看成是由许多同心圆组成的，因为绕制均匀，所以沿半径方向单位长度的匝数为rR Nn,在线圈平面内,取半径为'',dr r 宽为的圆环作电流元，则此圆环的匝数为r d r R N r nd，等效电流为r d rR NIdI ，该圆环电流在O产生的磁场为：]2/22[]22[]22/2[B 2/2002/2/002/002• a d a d a d d m d r a I r I r a I r I r a Id Ir dS ）（）（）（）（）（ ,)(2200r r d r R NI r dIdB方向垂直纸面向外；所以由叠加原理，O点磁感应强度为.ln )(2d )(200r R r R NIr r r R NIdB B Rr方向垂直纸面向外9-3-8 解: 沿圆周单位长度的线圈匝数为R N/2R N/0.5n ，在距O 点x 处取一弧宽为dl 、半径为y 的圆环，则圆环上绕有 /2Nd ndl dN 匝线圈.通过圆环上的电流大小为 /2INd dN dI I ，该圆电流在球心处产生的磁感应强度为2/32202)(2y x dIy dB ,方向沿x 轴正向.由于所有小圆环电流产生的磁场方向相同，所以RNIy x Iy dB 4/2Nd )(2B 02/322202,方向沿x 轴正向.9-3-9 解: 根据电子绕核运动的角动量量子化假说：L=mva 0=h/2π, 可得电子的速率v=h/2πma 0，从而求出等效电流i=ev/2πa 0=he/4π2ma 02. 该电流在圆心处产生的磁感应强度为320008a 2ima heB. 9-3-10. 解: 带电圆环旋转时相当于一圆形电流nR T q 2/I ，根据教材P358-359中圆形电流在圆心和轴线上任意点产生磁场的规律可得，（1）圆心处： n R B 002/I ；（2）轴线上：232230232220)()(2x R R n x R IR B.9-3-11. 解: 带电直线沿直线运动相当于一无限长直线电流v q t /I ，根据无限长直线电流的磁感应强度分布规律可得rvr I B 2200. 9-3-12. 解: 参考例9-4可得abIl ln 20 .9-3-13 解: 无限长通电柱体的磁感应强度分布为202/2,2/d ）（内d IrB r，rIB r d 2,2/0外. 题中两导线轴线间区域中的磁场为两导线单独产生的磁场的叠加，而且两分磁场方向相同.因此磁通量 对该式积分可得)2ln 21(0daI m. 9-3-14 解:（1）根据安培环路定理，磁感应强度的环路积分只与闭合路径所包围的电流有关，故参考上题可得21012,r Ir B r r；rIB r r r 2,021；0,3 B r r ；][2,2223223032r r rr r I B r r r .（2）两柱面间磁通量为120r 0ln 22B 21r r Il r Ildr dS r m •.9-3-15解: 单块无限大平面电流产生的磁感应强度为2/0j B ，方向见下图.由题意，电流流向相反，使得两平面电流在之间产生的磁场方向相同，两侧方向相反，因此有：（1）之间：j j B 00212/2B B ，（2）两侧：0B B 21 B .9-3-16解: 参考例9-2，可利用补偿法求解.本题中电流密度为)(22a R Ij，（1）圆柱体轴线上的磁感应强度为空腔中方向电流产生，即2)(2ln 222022a22a 0a02a1ba b a Iv vdr r I vdr r I vdr B vdr B ba b a b a ba )(2)(2222022201a R b Ia a R r a I B ；（2）利用例9-2的结果可得)(2220a R IbB.9-3-17 证明略. 提示：直接参考教材P371的例题9-5-1的解答过程及其具有普遍性的结论.9-3-18 解：设导线2上一点P 到O 点的距离为l ，则导线1在P 点产生的磁场 sin 2B 0l I，P 点附近的电流元Idl 受到的磁场力为sin 220l dlI BIdl dF ，它对O 点的力矩为ldF dM ，所以单位长度导线所受磁力对O 点的力矩为sin 2sin 220201I dl I dM M l l. 9-3-19 解：（1）见例题9-6，RI F 220 ,方向沿x 轴正向;（2）若将圆柱面换成直导线，则两直导线间作用力可参考教材P371-372，为d220 I F ，令F F 可求得R d 2.9-3-20 解：线圈左边受力为alII l F 2I B 10111 ，方向向左，右边受力为)(2I B 10122b a lII l F，方向向右，线圈上下两边受力为一对平衡力. 所以，它所受合力为)(2F 1021b a a lbII F F方向向左；因为线圈磁矩与磁场平行，所以0 M .10-3-1 解：由安培环路定理可得磁介质内部：LNInI H，SL NI B ro .所以NIS Lr 0，带入数据可求得：（1）31021 r （2）5302r .10-3-2 解：（1）导体内任选一以轴线为圆心的圆形路径，有I d l•l H ， 而22r RII.因此，在导体内部：22RIr H)(R r ，2r 02R rI H B ；（2）导体外部，类似有I d l•l H ，得rI H 2，从而rIH B 200)(R r ；（3）4r B S B 0SSILLd d r• . 11-3计算题11-3-1 解：通过圆形线圈的磁通量为)3cos(10)583(a S B 422• t t ，因此电动势为)3cos(10)86(a 42t dt d ，将t=2代入可得（1）,1014.35V A I 21014.3R＝感；（2）C Rdt Rdt d q t t 202104.4)(1idt.11-3-2解：定义电动势方向向右，则由动生电动势的公式可得：，方向从C 到D ，即D 端电势高.11-3-3解：（1）磁通量为：abt l I r il bln 2sin 2S B 00a 0 •； （2）电动势为：abt l I dt d ln cos 200 .11-3-4 解： (1)大线圈中电流在小线圈处产生的磁感应强度近似为R I2B 0 ，原因在于小线圈很小.t 时刻通过小线圈的磁通量为wt S B cos a B 2 • 小，从而小线圈中的电流为：t bRa I Rdt d isin 220 ；(2) 小线圈受到大线圈的磁力矩大小为：tba I R wt B iS wt B P B P M m m 2220sin )2(sin sin 小，要保持小线圈匀速转动，要求合力矩为零，即外界施加的力矩也为t sin )2(2220 ba I R .(3) 互感系数为wt cos a 2bI M 2，因此小线圈中的电流在大线圈中产生磁通量为t ba R I 2sin )2(2Mi 220 ，所以大线圈中的感应电动势为t ba R I dt d 2cos 220 .11-3-5 解：(1) 由动生电动势公式可得V v AB 8Bl 1 ,方向由A 指向B ；同理，V CD 4 ，方向由C 指向D.（2）两棒与金属轨道构成的闭合回路中，电流为5.0RI CDAB，方向为ABCDA ，所以V U V U CD AB 6IR ,6-IR AB ＝ＣＤ (3) ＝０５０５０ＡＢＯＯDC U U U .. .11-3-6 解：设当线圈转过角度为wt 时，与导线平行的两边到轴线的距离分别为r 1和r 2，则通过线圈的磁通量为wtab b a wtab b a Ia adr r I S r r cos 2cos 2ln 22d B 22220S021•，所以)cos 2)(cos 2(sin )(222222220t ab b a t ab b a tb a b Ia dt d11-3-7 解：旋转角度为wt 时，磁通量为：• S2cos 5.0BScoswt B wt r B dS ，所以电动势为Hznt Rn r B R i nt n r B wt w r B dt d 60n ,2sin ,2sin sin 5.022222＝ ，所以A Rnr B i V w r B m m 72242103,1035.011-3-8 证明：作圆心到金属棒两端点的连线，金属棒和所做的两条连线围成的回路面积为2225.05.0S l R l .因此，回路中电动势的大小为222225.05.025.05.0l R l dtdB l R l dt dB dt dB S dt d.11-3-9 解：由题意及动生电动势公式可得：)ln (2)(2Bvdl 0L 00aLa a L I dl l a l I L，方向由O 点指向M 点.11-3-10解：由均匀磁场中动生电动势的性质可知AC 产生的电动势相当于ＯＣ，故222O sin 21OC 21L B B C AC ）（，方向由A指向C.11-3-11 解：电势差与电动势刚好相反，即0CA BC B 30cos B B lv lv U U U A AC ,代入数据可得V U AC 3107 ，为正，所以A 端电势高. 11-3-12 解：螺线管中磁场变化时产生的涡旋电场总是与半径方向垂直，因此由电动势定义可知,0B DC A 同理,0O O D A 而ＡＯＤ构成一个回路，因此,43d 2dtdBa dt dB S dt AD同理dt dBa dt dB a BC 22436,61所以，即为回路中的总电动势.11-3-13 解：(1)由上题分析，可知,0O aO d 所以,102)5.02(422V dtdBR R dt d abdO abd(2) 由螺线管内部变化磁场产生的感生电场性质可直接得.,,105242沿顺时针方向垂直于oa V OadtdB R E a11-3-14解：回路在运动过程中受合力为dtdvm l l R v B F R Blv B F F 22合，解方程可得：tmRl B e l B FR v 22122. 11-3-15解：回路中磁通量随时间的变化为tg t v tg x t 4222aob 25.05.05.0BS ，所以电动势为方向沿逆时针方向。
物理学专业导论心得体会
物理学专业导论心得体会作为一名对物理学充满热情的大学生，我最近有幸上了一门【物理学】专业导论课程。
这门课程让我对物理学的广阔领域有了更深入的了解，同时也让我意识到了物理学所承载的深刻意义。
在这门课程中，我体会到了物理学的奥秘和魅力，也逐渐认识到在学习物理学的过程中需要付出的努力和毅力。
首先，在导论课的学习过程中，我对物理学的起源和发展有了更加清晰的认识。
物理学作为自然科学的重要分支，其历史可以追溯到古代的哲学探索。
从古希腊的亚里士多德到近现代的牛顿和爱因斯坦，物理学家们不断地探索和发现，推动了人类对于宇宙和自然规律的认知。
这些伟大物理学家的贡献让我深感佩服和敬畏，同时也激励我更加勇敢地追求知识。
其次，导论课让我了解到物理学的研究对象和内容之丰富。
物理学包含着众多的分支领域，涉及从微观的粒子世界到宏观的宇宙空间，从经典力学到量子力学，从热力学到电磁学等等。
这些分支领域之间相互交织，构成了一个庞大而有机的体系。
在导论课中，我特别被量子力学的奇妙世界所吸引。
微观粒子的行为往往违背常识，却在数学模型的支撑下展现出深邃的规律。
量子力学的学习让我意识到物理学的挑战性和复杂性，也让我对未知的领域充满好奇。
导论课也向我介绍了物理学在现代科技和工程中的应用。
物理学的研究成果为人类社会带来了巨大的进步和变革。
从电子技术到通信技术，从核能应用到宇宙探索，物理学在各个领域都发挥着不可替代的作用。
这些应用展示了物理学的实用价值，也增强了我学习物理学的动力。
我渐渐明白，学习物理学不仅仅是为了追求知识本身，更是为了将来能够为社会和人类的发展贡献自己的一份力量。
在导论课中，我还深刻体会到物理学学习的方法和重要性。
物理学是一门注重实验和理论相结合的学科，理论模型需要通过实验验证，实验结果也需要通过理论解释。
这种循环使得物理学的研究充满了创造性和探索性。
同时，物理学的学习需要严谨的逻辑思维和数学功底。
导论课让我认识到自己在这方面的不足，但也激励我更加努力地学习，提高自己的学术素养。
物理学导论
物理学导论
物理学导论是一门学科，旨在对物理学的基本概念和原理进行概述。
物理学是研究物质和能量以及它们之间相互作用的科学。
它涵盖了许多不同的领域，包括力学、声学、光学、热学、电学和磁学。
在物理学导论课程中，通常会介绍这些领域的基本概念和原理，并对它们之间的联系进行探讨。
例如，可以讨论牛顿第二定律如何描述物体受到的力和运动，或者如何使用电动势和电动力来解释电荷在电场中的运动。
此外，在物理学导论课程中还可能会涉及到数学方面的知识，如微积分和线性代数，这些知识有助于我们理解物理学中的各种概念和方程。
总的来说，物理学导论是一门有趣而又挑战性的学科，它能帮助我们更好地理解自然界的运作方式，并为进一步深入学习物理学的其他领域打下基础。
物理学导论(电磁学)期末单元测试与答案
一、单选题1、总结了电磁现象规律的基本理论是A.库仑定律B.法拉第电磁感应定律C.安培定律D.麦克斯韦方程组正确答案：D2、描述稳恒电路和交变电路规律的两个主要理论是A.欧姆定律和库仑定律B.欧姆定律和基尔霍夫方程组C.库仑定律和洛伦兹力公式D.安培定律和基尔霍夫方程组正确答案：B3、1747年美国科学家富兰克林进行雷电实验的主要意义是A.使人们认识到电现象和磁现象是无关的B.使人们认识到雷电和地面电现象的性质相同C.促使人们发明了感应起电机D.促使人们发明了莱顿瓶正确答案：B4、1831年，英国物理学家法拉第从实验中发现了A. 电荷之间的相互作用力公式B.电流的磁效应现象C.电磁感应现象D.磁荷之间的相互作用力公式正确答案：C5、安培为了说明磁现象的本质，提出了A.磁场的概念B.分子环流假说C. 磁荷的概念D.静电、静磁公式正确答案：B6、下列关于电荷的说法正确的是A.中性原子内部不含有任何电荷B.两个电子之间的相互作用力为吸引力C.带正电的原子与等量的负电荷复合后，原子恢复中性D.中性原子失去电子会带负电正确答案：C7、关于下雨时的雷鸣闪电现象，下列说法错误的是A.天空中产生的电荷与地面电荷的性质不同B.下雨时云层的上、下表面会带有符号相反的电荷C.正负电荷复合时，会释放巨大能量，产生爆炸，所以我们会听到雷鸣声D.下降的雨滴与上升的热气摩擦，会产生正负电荷分离正确答案：A8、声波的传播速度大约为A.每秒300千米B.每秒3300米C.每秒330米D.每秒3万米正确答案：C9、极光一般只能在地球的两极观察到，是因为A.太阳辐射的高能粒子只能沿着与地磁场垂直的方向传播B.地球的两极含有大量的氧分子和氮分子，有利于产生极光C.地球的两极人烟稀少，便于观察D.太阳辐射的高能粒子只能沿着与地磁场平行的方向传播正确答案：D10、总结了电磁学的实验和理论研究结果，提出电磁场基本方程组的科学家是A.德国的欧姆B.英国的法拉第C.英国的麦克斯韦D.法国的安培正确答案：C二、判断题1、实验发现，虽然电能够产生磁，但磁不能产生电正确答案：×2、物质发光是由于组成物质的粒子在不同能量状态间的跃迁正确答案：√3、机械能、电能、热能及光能之间可以相互转换正确答案：√4、发电机是利用电磁感应原理产生电流的装置正确答案：√5、变压器是把电能转换为机械能的装置正确答案：×。
物理学导论课件
物理学导论课件物理学导论课件教学内容•引言和导论•物理学的起源和发展•物理学的基本概念和原则•物理学的分支和研究领域教学准备•教室布置•PowerPoint课件•白板和黑板•教学用具（实验仪器等）教学目标•了解物理学的定义、作用和重要性•了解物理学的起源和发展历程•掌握物理学的基本概念和原则•了解物理学的分支和各个研究领域设计说明本课件旨在介绍物理学导论，帮助学生加深对物理学的认识和理解，培养学生对物理学的兴趣和学习动力。
通过引入物理学的起源和发展来激发学生的求知欲，然后逐步介绍物理学的基本概念和原则，最后介绍物理学的分支和研究领域，让学生对物理学有一个全面的了解。
教学过程1.引言和导论–介绍物理学的定义和作用–引导学生思考物理学在日常生活中的应用和重要性2.物理学的起源和发展–概述物理学的历史背景和发展历程–介绍物理学的重要里程碑和贡献者3.物理学的基本概念和原则–解释物理学的基本概念，如时间、空间、质量等–介绍物理学的基本原则，如相对论等4.物理学的分支和研究领域–展示物理学的主要分支，如力学、热学、电磁学等–简要介绍各个研究领域的重要内容和应用领域课后反思本节课我通过引言和导论，分析物理学的起源和发展历程，介绍物理学的基本概念和原则，以及物理学的分支和研究领域。
学生对物理学的认识得到了进一步加深，对物理学的兴趣也有所提升。
然而，在教学过程中，部分学生对物理学的数学背景知识掌握不足，需要提供额外的辅导和练习，以便更好地理解课程内容。
在今后的教学中，我将更注重学生的基础知识教育，使学生在物理学导论课程上能够更好地掌握和应用物理学的基本原理和概念。
教学内容•引言和导论•物理学的起源和发展•物理学的基本概念和原则•物理学的分支和研究领域教学准备•教室布置–确保教室环境整洁舒适–预留足够的空间供学生活动和交流•PowerPoint课件–准备清晰、简洁的PPT课件，包含必要的图片和图表–确保PPT内容与教学目标相一致•白板和黑板–准备白板和黑板，并确保书写工具充足–可使用白板进行示意图和重点概念的标注•教学用具–准备实验仪器和材料，用于示范实验或观察现象，加强学生对物理概念的理解教学目标•了解物理学的定义、作用和重要性，能够解释物理学在日常生活中的应用•了解物理学的起源和发展历程，熟悉物理学的重要里程碑和贡献者•掌握物理学的基本概念和原则，能够解释时间、空间和质量等概念•了解物理学的主要分支和研究领域，能够说明各个领域的重要内容和应用本次课件设计以引言和导论为绪论，然后依次介绍物理学的起源和发展、物理学的基本概念和原则，最后介绍物理学的分支和研究领域。
第1章物理学导论
景德镇高专物理系
1905年，著名物理学家爱 因斯坦(A.Einstein,1879-1955)对 高速物体运动进行研究，创立了狭 义相对论。爱因斯坦以其独特的思 维方式，发动了一场关于时空观的 革命。从低速到高速，从小宇宙到 大宇宙，爱因斯坦于1915年建立了 广义相对论，使人们视野扩展到广 阔无垠的宇宙空间。爱因斯坦因他 的相对论，作出了划时代的贡献。
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景德镇高专物理系
在研究微观世界时，经典理论暴露其 局限性从而把物理学的伟大革命推向一个 高潮。在研究黑体辐射时，普朗克 (M.Planck, 1858-1947)发现：若假设光子 能量是量子化的，则理论与实验结果相符。 但普朗克摆脱不了经典概念的束缚，竟不 敢加以承认。又是爱因斯坦，这位杰出的 理论物理学家，第一个勇于承认。尔后， 玻尔(N.Bohr,1885-1962)、薛定谔 (E.Schrodinger,1887-1961)、海森伯 (W.K.Heisenberg,1901-1976)等物理学家 建立了量子力学。
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景德镇高专物理系
17世纪，人们对光的本质提出了两种假说：一 是牛顿的微粒说，认为光是发光物体射出的大量 的微粒；另一是荷兰科学家惠更斯（Christian Huygens,1629-1695）的波动说，认为光是发光物 体发出的波动。两种学说展开了旷日持久的论战。 开始由于牛顿在科学界的威望，以及光在均匀介 质中的直线传播、折射与反射现象等实验的支持， 微粒说占居有利地位。后来，随着光的干涉、衍 射现象的发现，给波动说强有力的支持。最后， 由麦克斯韦确认了光实际上是一种电磁波，波动 光学由此建立。 到19世纪末和20世纪初，经典物理学理论已经 系统、完整地建立，它包括经典力学、热力学、 统计物理学、电磁学、光学。至此，经典物理学 辉煌的科学大厦建立起来了。 12
物理学导论(绪论)期末单元测试与答案
一、单选题1、下列关于学习物理学的作用的说法，恰当的是A.学习物理不仅可以了解自然规律，还可以指导人类的科学活动,B.学好物理学，就可以掌握世界的全部规律，不需要再学其它学科.C.物理学纯粹是理论研究，与日常生活无关,D.只有物理专业的人才需要学物理，其它人学习物理毫无用处.正确答案：A2、在大学物理中，描述电磁现象规律的两门课程是A.力学和电动力学B.电磁学和电动力学C.电磁学和光学D.电学和磁学正确答案：B3、主讲教师关于学习物理学的建议是A.物理理论和实验总是矛盾的。
B.学习时应注意物理的逻辑性、历程性和应用性。
C.还没有学习物理的好方法。
D.物理很难学好，不要理睬物理。
正确答案：B4、判断一个物理规律是否正确的必要条件是A.民众可以观察到B.科学巨匠宣布C.计算机计算D.实验检验正确答案：D5、下列物理学研究内容与分支学科的对应中，描述不恰当的是A.对热运动的研究形成了热学.B.对微观粒子运动的研究形成了量子力学.C.对机械运动的研究形成了近代物理学.D.对电磁和光运动的研究形成了电磁学和光学.正确答案：C6、人类对原子能的利用主要得益于下列哪个物理学分支的建立？A.电磁学B.光学C.量子力学D.热力学正确答案：C7、关于物理学的研究方法，下列说法恰当的是A.物理学研究必须以实验为前提，实验之前的理论预测毫无意义.B.任何物理学研究只能先做实验，从实验中发现规律.C.实验和理论的方法并存，相辅相成推动物理学发展.D.物理学研究主要依靠计算，只要计算正确也可以不做实验.正确答案：C8、我们学习物理学导论课可以达到下列哪一目的A.会制造无线电通信设备,B.掌握球类旋转的奥秘，成为高级运动员,C.会求解复杂的物理习题.D.了解物理学的逻辑体系与发展历史,正确答案：D9、在本课程中，主讲教师把物理学的基本知识领域及相关学科按照其发展顺序整合成为A.一朵物理云B.一片物理森林C.一座物理山D.一棵物理树正确答案：C10、下列关于物理学特征的说法，不恰当的是A.物理学理论具有很多的实用价值.B.多做习题可以帮助我们理解物理规律.C.物理学与艺术截然不同，物理理论无所谓美感.D.从整体上了解物理学的概貌可以帮助我们学好物理.正确答案：C。
物理学专业导论
物理专业导论学习心得体会一、个人看法这是我进入大学开始学习的第一个学期，我对物理学很有兴趣，但我不知道自己将要学的是什么。
但是通过林院长详细的讲解之后，我发现原来物理学对我们的生活很重要，原来物理学是这样慢慢壮大的，原来是有那么多先辈的伟大付出的，原来有那么多充满乐趣的故事。
那种对未知的探索，那种对科学的执着，那种探索的乐趣，一切都深深的吸引了我。
二、为什么要学习专业导论这门课程？作为“导论”，它的任务是要高瞻远瞩地引导我们理解：什么是物理学？为什么当今时代会出现伟大的物理学？为什么应当学习和研究物理？它的基本知识结构是什么？物理学与其他相关科学技术的关系是什么？物理学对经济发展和社会进步具有是什么作用？它的未来发展前景是什么？怎样才能学好物理学？其实，这些正是我们物理学类专业大学新生首先面临的问题，也是我们离开中学进入大学之后最为关切的问题。
专业导论能解答这些问题，使我们一踏进大学校园就能够对自己的专业有清晰的宏观把握，对未来学习的内容心中有数，对所学专业的意义有深刻的理解，激发我们对自己专业的热爱，更好的去寻找学习的方向和目标，更好的掌握自己的专业知识。
所以，我们要认真学好专业导论这门课程。
学科内容三、学科内容物理学是研究宇宙间物质存在的基本形式、性质、运动和转化、内部结构等方面，而认识这些结构的组成元素及其相互作用、运动和转化的基本规律的科学。
物理学是研究自然界物质结构,以及物质运动的最基本、最普遍的规律的一门自然科学。
物理学的研究方法是观察、试验、假设和理论。
物理学可以分为经典物理（19世纪末以前）与近代物理（19世纪末至今）。
物理学的发展经历了3次大的飞跃。
第一次是在17、18世纪，主要是牛顿力学预热力学的建立与发展；第二次出现在19世纪，主要是建立了经典电磁理论，开始了工业电气化进程；第三次是19世纪末至20世纪初，相论与量子力学的建立。
物理学的五次理论大综合：1、牛顿把物体运动规律概括为三条运动基本定律和万有引力定律，建立了一个完整的力学理论体系，完成了物理科学的第一次理论大综合。
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1905年5月，洛仑兹完成了《速度小于光速系统中的电磁现象》的 论文。在这篇论文中，他发表了著名的时空相对论变换公式，这就 是后来所称的洛仑兹变换式，并且进一步证明了，在洛仑兹变换下， 电磁方程具有不变形式。在这篇论文中，他还给出了两点极为重要 的给论，一个是粒子质量随速度变化的公式，一个是粒子在以太中 运动的速度不可能大于光速。 第一朵乌云‚以太学说‛导致了相对论的产生。
量子力学、统计力学、电动力学、固体物理学、相对论
深入学习课程： 高等量子力学、量子场论、量子统计物理、固体理论、电磁理论、 固体力学等 近代物理需要数学：解析几何、数学分析、线性代数、数理方程、 特殊函数、复变函数 现代物理需要数学：群论、拓扑学、 微分几何、泛函分析、函数 College of Physics and Information Technology, SNNU 论
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物质结构的不同层次
理论方法：
量子物理、统计物理 与经典物理
凝聚现象：
有序化，无极生太极（宇宙），中 间一条曲线分成黑白两个部分，称为太极生两仪， College of Physics and Information Technology, SNNU
物理理论的发展趋势
地球引力 Newton 经典力学(万有引力)
天体引力
电 磁 光
Einstein 相对论力学
Maxwell 电动力学 Glashow Salam Weinberg 规范场弱电统一理论 大统一理论？ 设想的 超对称 大统一 理论？
弱相互作用
强相互作用
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麦克斯韦的电磁场理论获得成功之后，电磁波的载体以太，就成了 物化的绝对空间，静止于宇宙中的以太就构成了一切物体的‚绝对 运动‛的背景框架。既然以太也是一种物质存在，或者说它表征着 物化了的绝对空间，当然就可以通过精密的实验测出物体相对于以 太背景的绝对运动。
美国物理学家迈克尔逊在1881年，和莫雷在1887年利用干涉仪所 进行的精密光学实验，未能观察到所预期的以太相对于地球的运动
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量子力学的发展
一条途径是从原子物理出发, 探测更加微观的领域,深入到核物理学 与亚核物理学的新世界,为了追求难以捉模的‘基本粒子’,建造了 好几代的高能加速器,一大堆轻子、夸克、胶子与中间玻色子被先 后发现或推断出来,构成了物理学在微观方面的前沿。 另一途径是对宇宙进行探索。广义相对论用弯曲时空来描述宇宙, 标志了近代宇宙论的开端,近代天体物理学带来了目不暇接的观测 数据,提出了众多疑难问题向理论物理学家挑战。 令人惊讶的是物理学这两大前沿,表面上南辕北辙,分别面向极小尺 度和极大尺度的世界,实质上却奇妙地汇合为一体,而具有两付面孔 分别朝向极小与极大这两大前沿。高能物理学提供了早期宇宙的考 古信息,而星球与宇宙则提供了巨大无比的实验室,用以检测和甄别 基本物理学的各种理论。
物理学引起的技术革命
第一次工业革命（17~18世纪）：建立在牛顿力学和热力学 发展的基础上，其标志是以蒸汽机为代表的一系列机械的产生 和应用。
第二次工业革命（19世纪）：建立在电磁理论发展的基础上， 其标志是发电机、电动机、电讯设备的出现和应用。
第三次工业革命（20世纪）：建立在相对论和量子力学发 展的基础上，其标志是以信息技术为代表的一系列新学科、新 材料、新能源、新技术的兴起和发展。 物理学与技术关系的两种模式
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张礼 近代物理学进展（第2版）清华大学出版社 2009
什么是物理学?
处在这日益专业化的时代之中,得以认识到基本物理概念可能 应用于一大批看起来五花八门的问题,是令人欣慰的。在理解某一 领域所获得的进展常常可以应用于其它领域,这不仅对材料科学的 众多领域是确实的,对广义而言的物质结构亦复如此。作为阐述的 例证,为理解磁性、超流动性与超导电性所发展的概念也被推广和 应用于多样的领域,如核物质,弱与电磁相互作用,高能物理学中的 夸克结构与众多的液晶相。
辉煌的物理大厦与两朵乌云
19 世纪末，物理学已经有了相当的发展，几个主要部门——力学、 热力学和分子运动论、电磁学以及光学，都已经建立了完整的理论 体系，在应用上也取得了巨大成果。这时物理学家普遍认为，物理 学已经发展到顶，伟大的发现不会再有了，以后的任务无非是在细 节上作些补充和修正，使常数测得更精确而已。 然而，正在这个时候，从实验上陆续出现了一系列重大发现，打破 了沉闷的空气，把人们的注意力引向更深入、更广阔的天地，从而 揭开了现代物理学革命的序幕。
1900年4月27日，开尔文在英国皇家学会以《19世纪热和光的动力 理论上空的乌云》为题的长篇演讲中，虽然认为物理学是万里晴空， 但又说：‚动力学理论断言热和光都是运动的方式，可是现在，这 种理论的优美性和明晰性被两朵乌云遮蔽得黯然失色了。（The
beauty and clearness of the dynamical theory, which asserts heat and light to be modes of motion, is at present obscured by two clouds）
1962年 制成集成电路（IC） 70年代末 大规模和超大规模集成电路（VLIC） 90年代 量子力学新发展 量子信息学：量子通信，量子计算机
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物理学的基本框架
力学（实物粒子） 电磁学（场） 相对论力学 量子力学 相对论量子场论 相对论量子力学
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洛仑兹变换
1895年，洛仑兹发表了题为《运动物体中电磁现象和光现象的理 论研究》的论文。这篇论文讨论了在相对运动与相对静止参照系间， 同一物理现象间的坐标变换问题，在一级近似下，提出了洛仑兹变 换关系。这一工作对以后的狭义相对论理论体系有着重要的意义。
1050 s ~ 10-30 , 共计跨越了80个数量级
科学的基本原理之一：万物都是由难以观察到 的微小粒子组成的。
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自然界的基本相互作用
种类
引力 弱力 电磁力 强力
作用对象
所有粒子 大多数粒子 带电粒子 强子
大学物理导论
——凝聚态物理前沿
周剑平
陕西师范大学 物理学与信息技术学院
zhoujp@ 2012.10.19
什么是物理学?
物理学是探讨物质结构和运动基本规律的学科。 ——没有物理学，便不会有当今的科学技术！ 只有通过精心组织,才能汇聚起如此浩瀚庞大又扎实有据的真 理,也和表述才能一样,将杂乱无章整理得井然有序的才能是一种富 有创造性的才能,也许简直就是同一才能的不同侧面。从原先无数 孤立现象的真理之中涌现了存在于它们之间关系的真理:用这种方 式一个世界就创造出来了。 ———Hugo von Hoffmannstahl 参考书目 冯 端 金国钧 凝聚态物理学（上卷）高等教育出版社 2003
物质结构的不同层次
宇宙学、粒子物理的奇妙衔接 /note/74562266/
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物质世界的时间尺度
宇宙年龄：130 ~200亿年 ~1018 s 星系形成：50亿年 地球年龄：4.6×109 年 = 1017 s 大气形成：8×108 年 = 1016 s 生命的诞生：约40亿年 脊椎动物： 约6亿年 人类出现 ： 约500万年
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第一朵乌云‚以太‛学说
相对性原理是经典力学的一个最基本的原理，原理认为，绝对静止 和绝对匀速运动都是不存在的，一切可测量的、因而也是有物理意 义的运动，都是相对于某一参照物的相对运动。牛顿本人也充分意 识到了确定‚绝对运动‛的困难，最后只能以臆测性的‚绝对空间‛ 的存在作为避难所。
作用距离 (cm)
∞ <10-10 ∞ <10-13
相对强度 (10-13 cm)
<10-38 <10-13
传递作用的 基本粒子 引力子？ 中间玻色子 光子(γ) 胶子 (g)
<10-2
1
迄今为止，人类了解得最多的是电磁力，了解得最早但最少的 是引力。
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———John Bardeen
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物质结构的不同层次
从原子物理学到原子 核物理学,最终进入粒 子物理学,处处可见还 原论的踪迹。
气体、液体与固体都 被分解为分子或原子 的聚集体;原子又被分 解为原子核与电子;原 子核被分解为质子和 中子;这些再被分解为 夸克、胶子。在每个 还原阶段中呈现为准 稳态的粒子,曾被误认 为‘基本’粒子。在 每一还原阶段,长度的 尺寸急剧缩短而能量 的尺度急剧上升。
经 典 物 理
热力学统计物理 （多粒子体系）
关 键 理 论 的 发 展 力学
量子统计物理
现代物理 电磁学 热学
弦论？
相对论
量子论
时间 t 1600 1700College of Physics and Information Technology, SNNU 1800 1900