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物理学的研究对象和研究方法2021精选PPT

物理学的研究对象和研究方法2021精选PPT

(2)条件 研究的问题中大小和形状不起显著作用
小----质点 ?
地球 R--106 m
大----不是质点?
日地距离1011m
研究地球公转——是质点
研究地球自转——不是质点
质点
可以作为质点处理的物体的条件:大小和形状对运动 没有影响或影响可以忽略。
研究地球公转
RES RE
16..54110083
2.4140 1
一、物理学的研究对象和研究方法
1.物理学的研究对象 物理学是探讨物质结构和运动基本规律的学科
是自然科学的基础 研究的对象十分广泛 宇观 宏观 微观
空间尺度(相差1045-1046) 1026 m(约150亿光年)(宇宙)-10-20 m(夸克)
时间尺度(相差1045)
1018s 150亿年(宇宙年龄)-10-27s(硬 射线周期) 速率范围
如 微电子技术的发展
物理学满足人类所深刻认识到的最根本的 程度上了解自然界的需要 (美国物理学评
述委员会)
卢瑟福 a 粒子散射实验(1909)-核能利用(40年代以后)
爱因斯坦受激辐射理论(1917) -第一台激光器(1960)
(物理)
(技术)
信息技术发生和发展的硬件部分-以物理学成果为基础
(技术)
(物理)
量子力学 费米狄拉克统计 固体能带理论(20年代) (物理)
--晶体管诞生(1947) 集成电路(1962)
大规模集成电路(70年代后期) (技术)
--微结构物理 (物理)
三、物理学与高素质人才 提高科学素质和能力以适应高新技术 市场经济的发展、职业的变化 现代工业技术工程师类型
工程科学家型 革新发明家型 现场工程专家型 管理规划专家型

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02
量子光学的应用
包括量子计算、量子通信和量子传感等领域的应 用。
05
相对论
狭义相对论
狭义相对论的基本假设
物理定律在所有惯性参照系中形式都保持不 变。
狭义相对论的质量观
物体在运动时的质量比静止时大。
狭义相对论的时空观
时间和空间是紧密联系的,它们组成了所谓 的时空。
狭义相对论的能量观
能量和动量是互补的,不能同时测准。
法拉第电磁感应定律表述 了感应电动势与磁通量变 化率之间的关系。
楞次定律说明了感应电流 的方向总是试图阻止产生 它的磁场变化。
麦克斯韦方程组
麦克斯韦方程组描述了电 磁场的运动规律,预言了 电磁波的存在。
04
光学
波动光学
光的干涉
包括干涉现象、干涉条纹 的形状和干涉图样的解释 。
光的偏振
包括偏振现象、偏振光的 产生和传播以及偏振的应 用。
光的衍射
涉及衍射现象、衍射条纹 的形状以及衍射和干涉之 间的关系。
几何光学
01
02
03
光线的基本概念
涉及光线、光线传播的方 向和光线传播的路径等问 题。
反射现象
包括镜面反射、漫反射和 全反射等现象及其应用。
折射现象
涉及折射定律、折射率的 概念以及折射的应用。
量子光学
01
光的量子性
涉及光的波粒二象性、光的量子态和量子测量等 问题。
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目录
• 力学基础 • 热力学 • 电学 • 光学 • 相对论 • 近代物理
01
力学基础
牛顿运动定律
01 牛顿第一定律
物体总保持匀速直线运动或静止状态,除非作用 在它上面的力迫使它改变这种状态。

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欧姆定律
在纯电阻电路中,电流与电压成正比 ,与电阻成反比。
电阻的串联与并联
多个电阻串联时,总电阻等于各电阻 之和;多个电阻并联时,总电阻的倒 数等于各电阻倒数之和。
电势与电容
电势的概念
电容的概念
电势是描述电场中某点电荷所具有的势能 大小的物理量,其大小与该点到零势能点 的距离有关。

电容是描述电容器存储电荷能力的物理量 ,其大小与电容器两极板间的距离、相对 面积和介电常数等因素有关。
物态变化的吸热和放热
物质在物态变化过程中会吸收或放出热量。
凝固
物质从液态变为固态的过程,需要放出热量 。
热力学第一定律和第二定律
热力学第一定律
能量守恒定律在热力学中的表现,表述 为热量可以从一个物体传递到另一个物 体,也可以与机械能或其他能量互相转 换,但是在转换过程中能量的总值保持 不变。
VS
热力学第二定律
06
原子与量子物理
原子的结构与性质
原子的结构
原子由原子核和核外电子组成, 原子核由质子和中子组成。
原子的性质
原子的质量、电荷数、核外电子排 布等。
原子能级
原子的核外电子在不同的能级上运 动,能级的高低决定了电子的能量 。
量子力学的基本概念
量子态
量子力学中的基本状态,描述了 微观粒子如电子、光子的运动状
光的波动性
光是一种电磁波,具有振 幅、频率和相位等波动特 性。
光的粒子性
光可以看作是由光子组成 的粒子流,每个光子具有 能量和动量。
光的折射与反射
折射定律
当光线从一种介质进入另 一种介质时,其传播方向 会发生改变,遵循折射定 律。
反射定律
光线在物体表面发生反射 时,遵循反射定律,入射 角等于反射角。

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现代物理学
以相对论和量子力学为代表,揭示了 微观世界和高速运动物体的规律。
经典物理学
以牛顿力学、热力学和电磁学为代表 ,建立了完整的经典物理理论体系。
大学物理学的课程目标
01
掌握物理学的基本概念和基本原理
通过学习大学物理课程,使学生掌握物理学的基本概念和基本原理,为
后续专业课程的学习打下基础。
02
气体动理论
气体分子运动论的基本假设
气体由大量分子组成,分子之间存在间隙;分子在永不停息地做无规则运动;分子之间存 在相互作用的引力和斥力。
气体压强与温度的微观解释
气体压强是由大量分子对容器壁的频繁碰撞产生的;温度是分子平均动能的标志。
气体动理论的应用
气体动理论可以解释许多宏观现象,如气体的扩散、热传导等。同时,它也为研究其他物 质的微观结构提供了重要的思路和方法。
物理学的研究方法
观察和实验
01
通过观察自然现象和进行实验研究,获取物理现象的数据和信
息。
数学建模
02
运用数学工具对物理现象进行描述和建模,以便更深入地理解
物理规律。
理论分析
03
通过逻辑推理和演绎,对物理现象进行深入分析,揭示其内在
规律。
物理学的发展历史
古代物理学
以自然哲学为主要形式,探讨宇宙的 本质和构成。
位置矢量的定义、位移的计算、路程与位移 的区别。
02
速度与加速度
平均速度与瞬时速度、平均加速度与瞬时加 速度、速度与加速度的矢量性。
04
03
01
牛顿运动定律
1 2
牛顿第一定律
惯性定律、力的概念、力的性质。
牛顿第二定律
动量定理的推导、质点系的牛顿第二定律。

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物理学的发展历程
古典物理学
现代物理学
古典物理学的发展始于古代,经历了 文艺复兴、牛顿时代等阶段,建立了 经典力学、光学、声学等理论体系。
现代物理学在相对论和量子力学的框 架下继续发展,探索宇宙的起源、演 化以及微观粒子的性质和行为。
近代物理学
随着工业革命和科技进步,近代物理 学逐渐兴起,研究领域不断扩大,涉 及电磁学、热学、相对论和量子力学 等领域。
镜像
光滑平面可以形成物体的镜像,镜像与原物体左右相反,上下一致。
干涉与衍射
干涉
两束或多束光波在空间某一点叠加时,会形成明暗相间的干涉条纹。
衍射
光波遇到障碍物或通过小孔时,会绕过障碍物继续传播,形成衍射现象。
06
原子与量子物理
原子的结构与性质
原子的核式结构
原子由原子核和核外电子组成,原子核由质子和 中子组成,电子围绕原子核旋转。
作用力和反作用力大小相 等,方向相反,作用在同 一条直线上。
动量与冲量
动量
物体的质量与速度的乘积,表示 物体运动的量。
冲量
力与作用时间的乘积,表示力的 时间积累效应。
功与能

力与物体在力的方向上通过的距离的乘积,表示力对空间积 累效应。

物体运动状态的改变所对应的物理量,表示物体运动状态的 量。
热力学第一定律与第二定律
热力学第一定律
能量守恒定律,即在一个封闭系统中,能量不能凭空产生也不能 凭空消失,只能从一种形式转化为另一种形式。
热力学第二定律
热传导定律,即热量只能自发地从高温物体传递到低温物体,而不 引起其他变化的自然过程。
热力学第二定律的应用
热力学第二定律可以应用于许多领域,例如制冷、空调、热力发电 等。

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衍射分类
根据障碍物或孔的尺寸与光波长的相对大小,可分为菲涅尔衍射和 夫琅禾费衍射。
常见衍射现象
单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射等。
偏振光及其产生和检测
1 2
偏振光
光波中电矢量振动方向保持不变的光称为偏振光。
偏振光的产生 通过偏振片、反射和折射、散射、双折射等方法 可以获得偏振光。
3
偏振光的检测
利用偏振片、马吕斯定律、偏振光干涉等方法可 以检测偏振光。偏振光在光学、光电子学、光通 信等领域有广泛应用。
波的反射、折射和衍射
波在传播过程中遇到障碍物或不同介质界面时会发生反射、折射和 衍射现象。
波动方程与波速公式
波动方程
描述波在介质中传播时各质点振动状态的数学表达式。
波速公式
波速与介质性质及波的类型有关,一般表示为v=fλ,其中v为波速,f为频率,λ为波长。
声波、光波和多普勒效应
01
02
03
声波
由物体振动产生的机械波, 可在气体、液体和固体中 传播。
热力学第一定律表述
热力学第一定律,即能量守恒定律在热力学中的应用。它表明,一个热力学系统内能的增量等于外界对该系统所 做的功与该系统所吸收的热量之和。
应用举例
热力学第一定律广泛应用于各种能量转换和传递过程的分析,如热机、制冷机、热力发电等。通过计算系统内外 能量的变化和传递情况,可以评估系统的能效和性能。
牛顿运动定律
牛顿第一定律
又称惯性定律,指
牛顿第二定律
指出物体加速度与所受合外力成 正比,与物体质量成反比;公式 表示为F=ma。
牛顿第三定律
又称作用与反作用定律,指出两 个物体之间的作用力和反作用力 大小相等、方向相反、作用在同 一直线上。

物理学(绪论)ppt课件

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1026 m(约150亿光年)(宇宙)10-20 m(夸克)
➢时间尺度(相差1045)
1018s150亿年(宇宙年龄)10-27s(硬射线周期)
➢速率范围
0(静止)3108 m/s(光速)
➢粒子数目
1(单粒子系统)6.02可1编辑0课2件3以上(复杂系统)
13
9. 物理学不断寻求统一理论的历史:
➢牛顿:力学(地上和天上) ➢麦克斯韦:电学、磁学与光学 ➢温伯格等:弱电统一理论
要与综合系,统的方法相结合 按照研究方式分类:
实验物理: 发现新现象、规律,验证理论
理论物理: 构造理论,解释实验,预言新现象
计算物理: 数值解,数据采集与处理,数学模拟
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22
2. 学习方法
物理概念: 内容,形成,适用范围,成立条件 物理图象: 用于类比、直观化、定性分析
物理思想: 形成过程中的思维方式,充分重视!
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6
• 天下万物生於有,有生於无[40]。
• 道生一。一生二。二生三。三生万物。万 物负阴而抱阳,冲气以为和[42]。
• 天地相合以降甘露[32]
(霍金也说宇宙生于无)
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7
二. 物理学与物质世界
1. 什么是物理学?
早期:自然哲学(Physics = 希腊: 自然)
现在:研究物质结构、相互作用及其基本运动规律。 ➢ 是整个自然科学的基础。
是更高级运动形式的基础(生命、遗传、思维等).
7. 如何描述缤纷复杂的物质世界?
物理学家:
➢物质世界是分层次的
➢自然界是一个内部存在普遍规律的统一体.
理想:探索整个物质世界统一自洽的基本规律.
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电势差与电场强度的关系
电势的定义及计算
电势与电势差
01
03 02
静电场与恒定电场
01
静电场中的导体与电介质
02
导体的静电平衡
03
电介质的极化
静电场与恒定电场
01 02 03
恒定电场与电流 欧姆定律与焦耳定律
电流密度与电动势
恒定磁场与电磁感应
磁感应强度与磁场力
磁场对电流的作用力
磁感应强度的定义及 计算
动量与冲量的定义及性质
动量守恒定律的条件与表 达式
动量定理的推导与应用
碰撞问题中的动量守恒定 律
角动量定理与角动量守恒定律
角动量与力矩的定义及 性质
角动量守恒定律的条件 与表达式
01
02
03
角动量定理的推导与应 用
04
刚体定轴转动中的角动 量守恒定律
功、能、机械能守恒定律
功的定义及计算方法
机械能守恒定律的条件与表 达式
热力学第一定律
热力学第一定律的表述
热量可以从一个物体传递到另一个物体,也可以与机械能或 其他能量互相转换,但是在转换过程中,能量的总值保持不 变。
热力学第一定律的数学表达式
ΔU=Q+W,其中ΔU表示系统内能的变化,Q表示系统与外 界交换的热量,W表示外界对系统所做的功。
热力学第二定律
热力学第二定律的表述
现状
当代物理学正在探索宇宙起源、物质 反物质不对称、暗物质与暗能量等前 沿问题,同时也在发展新的理论和实 验技术。
大学物理学的课程目标
01
掌握物理学的基本概念和基本原理,理解物理现象的本 质和规律。
02
培养分析和解决物理问题的能力,掌握物理学的研究方 法和实验技能。
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大学 南开大学
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中国科学 技术大学 哈尔滨工 业大学 复旦大学
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华南师范 大学
华东师范 大学
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光学
电子科技 大学
四川大学
北京师范 大学
中山大学
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北京交通 大学
❖ 吉林大学、西安电子科技大学、上海交 通大学、西北大学、西安交通大学、山 东大学、深圳大学、苏州大学、天津大 学、南京理工大学、大连理工大学、河 北大学、南京大学、武汉大学、山东师 范大学、上海大学、同济大学、厦门大 学、北京邮电大学、华中师范大学、东 南大学、曲阜师范大学、郑州大学、福 州大学、南昌大学、华南理工大学、暨 南大学
❖ 福建师范大学、首都师范大学、安徽师 范大学、浙江师范大学、河南大学、浙 江工业大学、安徽大学、西北工业大学、 北京航空航天大学、河南师范大学、江 西师范大学、昆明理工大学、兰州大学、 宁波大学、聊城大学、烟台大学、燕山 大学、云南师范大学、西南大学、哈尔 滨工程大学、中南大学、湖南师范大学、 长江大学、陕西师范大学、黑龙江大学、 华侨大学、西安建筑科技大学

开发的科研、教学、科技
管理专门人才。
❖ 培养从事金属及合金

的物理、力学、化学
金 属 材 料 物 理
性能及其理论研究, 新型结构及功能材料 探索和研制,金属材 料的热处理及表面改 性研究与开发等方面
的专门人才。
❖ 计算物理
❖ 培养具有计算机技术、 程序设计、网络管理和 软件研制能力,能够利 用计算机进行新材料、 新器件的模拟设计、数 值分析、大规模科学计 算,掌握物理学基本理 论和实验技能的高新技 术发展需要的专门人才。
等离子体物理
❖ 清华大学、电子科技大学、 复旦大学、大连海事大学
浙江大学 大连理 中国科学 工大学 技术大学
❖ 东华大学、河北大学、华 东师范大学、武汉科技大 学
声学
❖ 陕西师范大学、清华大学、 哈尔滨工程大学、华南理 工大学、吉林大学
南京大学 西北工 同济大学 业大学
❖ 中国科学技术大学、北京 大学、浙江大学、兰州交 通大学、华东师范大学
西北师 范大学
❖ 复旦大学、山西大学、上 海交通大学、浙江大学、
中国科学 北京理工大学、山东大学、 技术大学 安徽师范大学、华中师范 四川大学 大学、南京大学、华东师
范大学
❖ 山东师范大学、四川师范 大学、山西师范大学、河 南师范大学、西安交通大 学、华东理工大学、辽宁 师范大学、新疆大学、辽 宁大学、广西师范大学
山东大学
湖南师范 大学
西安交通 大学
内蒙古大 学
华中师范 大学
❖ 宁波大学、河北师范大学、四川大学、南京 师范大学、云南大学、天津大学、山西大学、 武汉大学、扬州大学、西北大学、辽宁师范 大学、华东师范大学、厦门大学、同济大学、 广西大学、浙江师范大学、河北工业大学、 广西师范大学、河南师范大学、湖南大学、 北京科技大学、渤海大学、东南大学、西华 师范大学、南京航空航天大学、江西师范大 学、南昌大学、烟台大学、河南大学、辽宁 大学
❖ 培养运用物理学的基本理论、

方法和计算机及网络技术,研 究物质的基本运动规律、物培

养与国民经济建设密切相关的

磁性薄膜物理、磁记录物理、
新 型 磁
新型磁记录材料、磁光存储材 料、非晶磁性及铁磁体的超精 细相互作用等方面具有坚实理 论基础、实验工作能力和利用

计算机进行多道分析、模拟设

计的磁学和磁性材料方面的专
物理学专业
培养系统掌握物理学专业知识和 基本理论,具有良好科学素养和创新 能力,受到严格科学实验训练和科 学 研究初步训练,能够熟练应用计算机 和网络技术解决实际问题的物理学基 础人才和专门人才。
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新料











材工


❖ 理论物理
❖ 培养运用物理学的基本 理论、方法和计算机及 网络技术,研究物质的 基本运动规律、物质结 构理论和时空理论,具 有扎实的物理学理论基 础和计算机应用能力, 在交叉学科及跨学科领 域具有较强开拓能力的 专门人才。
物理学(本科专业)
理凝无粒原 等声 光 论聚线子子 离学 学 物态电物和 子 理物物理分 体
理理与子 物 原物 理 子理 核 物 理
北京大学
中国科学 技术大学 北京师范
大学 复旦大学
大连理工 大学
浙江大学
华中科技 大学
理论物理
南京大学 上海交通
大学 南开大学
清华大学 兰州大学
中山大学 吉林大学
北京理工 大学
❖ 曲阜师范大学、西南大学、深圳大学、中南 大学、山西师范大学、郑州大学、安徽大学、 西北师范大学、北京航空航天大学、北京工 业大学、苏州大学、云南师范大学、重庆邮 电大学、湖南科技大学、北京交通大学、温 州大学、上海师范大学、中国人民大学、东 北大学、华南师范大学、山东师范大学、中 国矿业大学、重庆大学、东北师范大学、贵 州大学、安徽师范大学、徐州师范大学、广 州大学、四川师范大学、湘潭大学
无线电物理
南京大学
清华大学
❖ 西安电子科技大学、北京 大学、中山大学、华东师 范大学、兰州大学、四川 大学
武汉大学
电子科技大 学
❖ 厦门大学、浙江大学、华 中师范大学、上海大学、 山东大学、南开大学
北京大学
中国科学 技术大学 北京师范
大学 复旦大学
大连理工 大学
浙江大学
华中科技 大学
凝聚态物理
南京大学 上海交通
粒子物理和原子核物理
北京大学 清华大学
复旦大学 兰州大学
❖ 华中师范大学、四川大学、
浙江大学、北京师范大学、
中国科学 吉林大学、武汉大学、南 技术大学 京大学、哈尔滨工业大学
❖ 上海交通大学、南开大学、 山东大学、辽宁师范大学、 山西大学、郑州大学、中 山大学
原子与分子物理
吉林大学 清华大学
大连理 工大学

门人才。质结构理论和时空理 论,具有扎实的物理学理论基
础和计算机应用能力,在交叉
学科及跨学科领域具有较强开
拓能力的专门人才。
❖ 培养能够适应信息材料与
电 子 材 料 与 器 件 工
器件领域国民经济建设和 高新技术发展需要的、具 有坚实理论基础和实际工 作能力的、在企事业单位 从事信息材料(微电子材 料、光电子材料、光子材 料等)的制备和物性研究 及新型电子器件、光电子 器件的设计、制造和应用
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