第00章 大学物理绪论
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大学物理绪论
对称性分析
定性和半定量分析
守恒量的利用
量纲分析
简化模型的选取
能量分析
概念和方法的类比
……
三、《大学物理》的地位和作用
1 物理学推动了三次工业革命
第一次工业革命：
时间：17世纪~18世纪
基础：牛顿力学和热力学
标志：蒸汽机
第二次工业革命：
时间：19世纪
基础：电磁理论
标志：电力和无线电通讯
第三次工业革命：
一、物理学的研究对象
1 什么是物理学？
“物理” 在英文中是“自然” 的意思。 牛顿对它的解释 是自然哲学,牛顿的代表作就是 《自然哲学的数学原理 》。
在汉语中： “物 ”是 “物质的结构 、性质 ” ；
“理 ”是 “物质的运动 、 变化规律”。
一、物理学的研究对象
2 物理学研究什么？
物理学的研究对象
重视预习和复习，主动培养自学能力,适应大学讲课方式 （ 讲思路、 讲背景、讲重点难点、讲应用）。 高质量地完成习题，不要贪多，而要求精。摈弃“题海战术”。 要想学好物理学必须有牢固的高等数学基础。 注重：矢量性、相对性、瞬时性（与中学的区别）。
培养辩证唯物主义的世界观 学会掌握科学的方法 培养科学思维能力、发展智力 培养探索与创新精神
三、《大学物理》的地位和作用
3 现代工程技术人员必须具备良好的科学素质
工程技术人员良好的物理素质表现为：
在工程技术问题面前，能够从物理本质上提出问题和作出判断；
分析问题
能够把物理学的思想、观点、规律和方法运用到工程技术的实际中；
研究对象的层次不同：由简单到复杂，由特殊到一般。 如：匀速到变速，恒力到变力，均匀到非均匀，质点到刚体等。
四、大学物理学综述
大学物理绪论讲稿
2.5cm + 0.05cm = 2.55cm
不确定度是表征测量结果具有分散性的一个 参数，它是被测量的真值在某个量值范围内的一 种评定。它表示由于测量误差的存在而对被测量 值不能确定的程度。
不确定度一般包含有多个分量，按其数值的 评定方法可归并为两类：
Ａ类分量: B 类分量:
在同一条件下多次测量,用统计学方 法计算的分量,用 U A 表示.
用其他方法(非统计学方法)评定的分 量,用 U B 表示.
读数 + 单位 构 成 数 据
二 、测量的分类
按方法分
直接测量：把待测量与标准量直接进行比较而获得 物理量，这一过程叫直接测量。 如米尺测长度、秒表测时间等。
按条件分
实验者 仪器 方法 环境
间接测量：由直接测量量，通过函数关系运算而获 得物理量的过程，叫间接测量。 如求体积、密度等。
等精度测量：对某一量在同一条件下进行的测量。
基于上述认识，可以简化为： U B ins 仪
在物理实验中，不确定度U用下式计算：
U
U
2 A
U
2 B
(t /
n )2 s 2 2仪
当测量次数在6—10次时，上式可简化为
U s2 2仪
(五)实验中仪器误差的几种获取方法
(U B ins 仪 ) 仪器误差 仪：在正确使用仪器的条件下，测量值
来近似代替各微分量dx，dy，故上式可写为
z f x f y x y
最终为：z f x f y
x
y
在实验设计时常 用这种方法对测量误 差进行粗略的估计。
三、测量不确定度的传递公式
（一）不确定度 s 分量的传递公式
z f x f y x y
z f x f y
大学物理绪论及预备知识
dy
x0 x
x0
x
dy f ( x0 ) tg dx
函数 y f (x) 在 x0 处的导数等于曲线在点[
处切线的斜率
f 任意点的导数表示曲线在任意点[ x ， (x) ]处切线的 斜率
x0 f ( x0 ) ]
有关导数的计算，如
y 1 t 2 则
dy [1 (t t ) 2 (1 t 2 )] lim dt t 0 t [1 t 2 2tt (t ) 2 1 t 2 ] lim 2t t 0 t
★ 时间尺度 (相差1043s) 1018s(150亿年)(宇宙年龄)—10-25s(Z0 超子的寿命) ★ 空间尺度 (相差1046m) 1026 m(约150亿光年)(宇宙)—10－20 m(夸克) ★ 速率范围
0(静止) — 3108 m/s(光速)
不同时空尺度和速度范围的对象要用不同的
物理学研究。
粒子
天体物理粒子物理 两大尖端紧密衔接
10-20
1025
星系
微观
10-15 10-10
宇观
1020
原子
介观
m
1015
10-5
宏观
105
1010
太阳 系
DNA 人
山
地球
根据现代的标准宇宙模型，在宇宙大爆炸的 开初，只有极高温的热辐射和其中隐现的高能粒 子。粒子物理学的主要实验手段是加速器，但加 速器能量的提高受到财力、物力和社会等因素的 限制。粒子物理学家也希望从宇宙早期演化的观 测中获得一些信息和证据来检验极高能量下的粒 子理论。就这样，物理学中研究最大对象和最小 对象的两个分支——宇宙学和粒子物理学，竟奇 妙地衔接在一起，结成为密不可分的姊妹学科， 犹如一条怪蟒咬住自己的尾巴。
x0 x
x0
x
dy f ( x0 ) tg dx
函数 y f (x) 在 x0 处的导数等于曲线在点[
处切线的斜率
f 任意点的导数表示曲线在任意点[ x ， (x) ]处切线的 斜率
x0 f ( x0 ) ]
有关导数的计算，如
y 1 t 2 则
dy [1 (t t ) 2 (1 t 2 )] lim dt t 0 t [1 t 2 2tt (t ) 2 1 t 2 ] lim 2t t 0 t
★ 时间尺度 (相差1043s) 1018s(150亿年)(宇宙年龄)—10-25s(Z0 超子的寿命) ★ 空间尺度 (相差1046m) 1026 m(约150亿光年)(宇宙)—10－20 m(夸克) ★ 速率范围
0(静止) — 3108 m/s(光速)
不同时空尺度和速度范围的对象要用不同的
物理学研究。
粒子
天体物理粒子物理 两大尖端紧密衔接
10-20
1025
星系
微观
10-15 10-10
宇观
1020
原子
介观
m
1015
10-5
宏观
105
1010
太阳 系
DNA 人
山
地球
根据现代的标准宇宙模型，在宇宙大爆炸的 开初，只有极高温的热辐射和其中隐现的高能粒 子。粒子物理学的主要实验手段是加速器，但加 速器能量的提高受到财力、物力和社会等因素的 限制。粒子物理学家也希望从宇宙早期演化的观 测中获得一些信息和证据来检验极高能量下的粒 子理论。就这样，物理学中研究最大对象和最小 对象的两个分支——宇宙学和粒子物理学，竟奇 妙地衔接在一起，结成为密不可分的姊妹学科， 犹如一条怪蟒咬住自己的尾巴。
最新大学物理绪论-1
是那么凉快，那么的温馨幸福，有母 亲的味 道！
蒲扇是中国传统工艺品，在
我国已有三千年多年的历史。取材于 棕榈树 ，制作 简单， 方便携 带，且 蒲扇的 表
面光滑，因而，古人常会在上面作画 。古有 棕扇、 葵扇、 蒲扇、 蕉扇诸 名，实 即
今日的蒲扇，江浙称之为芭蕉扇。六 七十年 代，人 们最常 用的就 是这种 ，似圆 非
研究对象十分广泛
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 ）
1018 s（150亿年）（宇宙年龄）——10-27 s（硬 射线周期）
速率范围
0（静止）——3108 m/s（光速）
不同尺度和速度范围的对象要用不同的物理学研究
圆，轻巧又便宜的蒲扇。 蒲扇流传至今，我的记忆中，它跨 越了半 个世纪 ，
也走过了我们的半个人生的轨迹，携 带着特 有的念 想，一 年年， 一天天 ，流向 长
长的时间隧道，袅
大学物理绪论-1
大学物理学
大学物理学 绪论
（一）物理学的研究对象和研究方法
物理学是研究物质的结构、相互作用 和物质最基本、最普遍的运动形式及其相 互转化规律的科学。
量
美
的
学
生物
物理
物理
人 类 理 解
化 学
自然法则
(三)为什么要学习物理学 ?
打好学习其它学科的基础 提高科学素质和能力，以适应高新技术和市场经济的 发展（转产、转行）
学习物理对提高科学素质有重要作用： （1）培养辩证唯物主义的世界观 （2）学会掌握科学的方法 （3）培养科学思维能力、发展智力 （4）培养探索与创新精神
现代工程技术人员必须具备良好的科学素质：
大学物理绪论_杭师大
④ 能够正确记录和处理实验数据、绘制曲线、 分析误差原因、说明实验结果、撰写合格的实 验报告；
⑤ 能够完成简单的设计性实验。
物理实验报告要求
1、信息齐全、格式规范。 2、字体工整、干净整洁。 3、表述正确、层次清楚。 4、图表合理、讨论认真。
预习要求
• 明确实验目的， • 预习实验原理， • 了解实验注意事项。 • 预习报告是实验工作的前期准备， 是写给自己参考用的，故要求简单明 了。实验前应清楚本次实验应达到什 么目的，通过什么实验方法和测量哪 些数据才能实现实验的目的。
粒子物理、 天体物理 、 复杂性研究
经典物理也在发展 波动光学 信息光学
21世纪物理学的发展趋势 把对微观世界的研究与对宏观世界的研究结合起来
（二） 为什么学习物理学？
1.物理学是一切自然科学的基础 2. 物理学是认识世界，掌握世界的思维方法 3. 物理学是现代技术革命的先导
发1967年第13届国际计量大会决定定义
1秒等于铯133原子基态的两个超细能级之间跃迁相 对应的辐射周期的9192631770倍。这就是原子钟。
精度为 10 12
空间：表征物质存在的广延性，物质之间的排列 顺序。空间两点的距离为长度，任何长度的测量 都是通过某一长度基准进行的。长度的米制标准 起a源.最于早法的国米。定义是通过巴黎的一条子午线从北极到
应当始终放在首位, 而不应当把 知识放在首
位。如果一个人掌握了他的学科 的基础理
物理学是以实验为本 的科学
——杨振宁
自然科学理论不能离 开实验的基础 ——丁肇中
物理实验的目的
• 学习如何获取知识 • 培养获取知识能力 • 提高知识应用能力
1. 物理实验课的任务和要求
物理学是一门实验科学。物理实验 的基础知识、基本方法和基本技能是 一般工程技术人员所必须具备的。
⑤ 能够完成简单的设计性实验。
物理实验报告要求
1、信息齐全、格式规范。 2、字体工整、干净整洁。 3、表述正确、层次清楚。 4、图表合理、讨论认真。
预习要求
• 明确实验目的， • 预习实验原理， • 了解实验注意事项。 • 预习报告是实验工作的前期准备， 是写给自己参考用的，故要求简单明 了。实验前应清楚本次实验应达到什 么目的，通过什么实验方法和测量哪 些数据才能实现实验的目的。
粒子物理、 天体物理 、 复杂性研究
经典物理也在发展 波动光学 信息光学
21世纪物理学的发展趋势 把对微观世界的研究与对宏观世界的研究结合起来
（二） 为什么学习物理学？
1.物理学是一切自然科学的基础 2. 物理学是认识世界，掌握世界的思维方法 3. 物理学是现代技术革命的先导
发1967年第13届国际计量大会决定定义
1秒等于铯133原子基态的两个超细能级之间跃迁相 对应的辐射周期的9192631770倍。这就是原子钟。
精度为 10 12
空间：表征物质存在的广延性，物质之间的排列 顺序。空间两点的距离为长度，任何长度的测量 都是通过某一长度基准进行的。长度的米制标准 起a源.最于早法的国米。定义是通过巴黎的一条子午线从北极到
应当始终放在首位, 而不应当把 知识放在首
位。如果一个人掌握了他的学科 的基础理
物理学是以实验为本 的科学
——杨振宁
自然科学理论不能离 开实验的基础 ——丁肇中
物理实验的目的
• 学习如何获取知识 • 培养获取知识能力 • 提高知识应用能力
1. 物理实验课的任务和要求
物理学是一门实验科学。物理实验 的基础知识、基本方法和基本技能是 一般工程技术人员所必须具备的。
大学物理绪论课ppt课件
大学物理学
第四版
绪论
• 一 、物理学简介 • 二 、为什么学？ • 三 、学什么？ • 四 、怎么学？
一、物理学简介
1. 什么是物理学 物理学是研究物质结构、相互 作用和运动形态的基本规律的科学。
2. 物理学的基本理论
经典力学 （17世纪），牛顿
经
典 物
热学
（18~19世纪），卡诺、焦耳、克劳修斯、 麦克斯韦、玻耳兹曼等
理 电磁学 （19世纪），库仑、安培、奥斯特、
法拉第、麦克斯韦等
近 代
相对论
（20世纪初），爱因斯坦
物 理 量子力学 （20世纪），玻尔、普朗克、德布罗意、
海森伯、薛定谔等
3. 物理学的研究对象
空间尺度：
质子 （10-15 m） 基本粒子
哈勃半径 超星系团
1027
星系团
原子核
10-15
1024
银河系
和谐统一
ppt课件.
24
四、怎样学习大学物理
一、与中学的物理课比较
1. 是物理学的又一次更深的循环
概念深化 知识扩展 理论性增强
ü物理模型。如：质点、刚体…… ü物理条件。如：守衡条件 ü文字解与结果分析。
ppt课件.
25
2. 高等数学的运用
矢量与标量； 矢积与标积； 坐标分解； 微分；微元； 线积分……
2. 物理框架： 知识结构、知识的来龙去脉、知识的相 互联系
3. 物理思路： 如何观察、分析、思考、研究、处理问题
4. 物理方法： 科学就是一种方法
5. 体会和欣赏物理学中的真、善、美
★ 物理学之美
• 物理学的本质是真－客观规律、真理 • 物理学的价值是善－能够造福人类 • 物理学的追求是美－简洁明快，均衡对称，
第四版
绪论
• 一 、物理学简介 • 二 、为什么学？ • 三 、学什么？ • 四 、怎么学？
一、物理学简介
1. 什么是物理学 物理学是研究物质结构、相互 作用和运动形态的基本规律的科学。
2. 物理学的基本理论
经典力学 （17世纪），牛顿
经
典 物
热学
（18~19世纪），卡诺、焦耳、克劳修斯、 麦克斯韦、玻耳兹曼等
理 电磁学 （19世纪），库仑、安培、奥斯特、
法拉第、麦克斯韦等
近 代
相对论
（20世纪初），爱因斯坦
物 理 量子力学 （20世纪），玻尔、普朗克、德布罗意、
海森伯、薛定谔等
3. 物理学的研究对象
空间尺度：
质子 （10-15 m） 基本粒子
哈勃半径 超星系团
1027
星系团
原子核
10-15
1024
银河系
和谐统一
ppt课件.
24
四、怎样学习大学物理
一、与中学的物理课比较
1. 是物理学的又一次更深的循环
概念深化 知识扩展 理论性增强
ü物理模型。如：质点、刚体…… ü物理条件。如：守衡条件 ü文字解与结果分析。
ppt课件.
25
2. 高等数学的运用
矢量与标量； 矢积与标积； 坐标分解； 微分；微元； 线积分……
2. 物理框架： 知识结构、知识的来龙去脉、知识的相 互联系
3. 物理思路： 如何观察、分析、思考、研究、处理问题
4. 物理方法： 科学就是一种方法
5. 体会和欣赏物理学中的真、善、美
★ 物理学之美
• 物理学的本质是真－客观规律、真理 • 物理学的价值是善－能够造福人类 • 物理学的追求是美－简洁明快，均衡对称，
大学物理实验绪论(不确定度)总结
则：a (2.00 0.04)cm
S a b 11.1 cm2
b 0.06
b (5.54 0.06)cm
a 2 b 2 Er ( ) ( ) 2.3% a b
S S Er 0.3cm2
30
S (11.1 0.3)cm
2
§3 实验数据的图示法和图解法
2. 确定坐标轴并标注坐标分度。以自变量作横坐标， 应变量为纵坐标。
坐标确定后应在顺轴的方向注明该轴的物理量名称和 单位，还要在轴上均匀标明整齐数字（称为坐标分 度），一般用一大格（10mm）代表1，2，5，不采用 3 ， 6 ， 7；坐标分度值不一定从零开始，可用低于原 始数字的某一整数作为起始点，而轴的比例也可以不 同。
常用的不确定度传递公式见P9
14
1、函数关系为加减的，先求总不确定度
直接将函数对各自变量求偏导，再代入公式（13）
例：N x y 3
2
则 N xy
2 2 2
3
N x (3 y ) y
3
结果： N ( x y ) N
15
2、函数关系为乘除的，先求相对不确定度
需要注意的是：一些常用的长度测量仪器的仪器 不确定度由其测量范围决定，并不是其最小分度 值的1/2。（P30）
11
例：用千分尺分别测量铜棒的直径得到下列
数据：
直径 D (mm)
D
Di
0.005
A Sx
1 2 2 B 仪 3
D
7.859 7.854 7.846 7.854 7.857
18
二
有效数字运算法则
1.可靠与可靠→可靠
可靠 可疑 2.可疑与 可疑
S a b 11.1 cm2
b 0.06
b (5.54 0.06)cm
a 2 b 2 Er ( ) ( ) 2.3% a b
S S Er 0.3cm2
30
S (11.1 0.3)cm
2
§3 实验数据的图示法和图解法
2. 确定坐标轴并标注坐标分度。以自变量作横坐标， 应变量为纵坐标。
坐标确定后应在顺轴的方向注明该轴的物理量名称和 单位，还要在轴上均匀标明整齐数字（称为坐标分 度），一般用一大格（10mm）代表1，2，5，不采用 3 ， 6 ， 7；坐标分度值不一定从零开始，可用低于原 始数字的某一整数作为起始点，而轴的比例也可以不 同。
常用的不确定度传递公式见P9
14
1、函数关系为加减的，先求总不确定度
直接将函数对各自变量求偏导，再代入公式（13）
例：N x y 3
2
则 N xy
2 2 2
3
N x (3 y ) y
3
结果： N ( x y ) N
15
2、函数关系为乘除的，先求相对不确定度
需要注意的是：一些常用的长度测量仪器的仪器 不确定度由其测量范围决定，并不是其最小分度 值的1/2。（P30）
11
例：用千分尺分别测量铜棒的直径得到下列
数据：
直径 D (mm)
D
Di
0.005
A Sx
1 2 2 B 仪 3
D
7.859 7.854 7.846 7.854 7.857
18
二
有效数字运算法则
1.可靠与可靠→可靠
可靠 可疑 2.可疑与 可疑
大学物理学绪论
-----培根 《新工具》
大学物理
1
物理学是一切自然科学、技术科学、工程技术、现代物质文明的基础
没有经典力学和热力学的发展，就不会有热机的改进和发展，就不能
2
创造出汽车、火车、飞机，不能有火箭和人造卫星以实现飞离地球、
奔向太空探索的梦想 。没有电磁感应理论，就没有电力技术 。没有
量子力学的创立，就没有固体电子理论和半导体物理学，就不能创造
大学物理
物理学改变了世界
人类在地球上已经生存了几百 万年，有文字记载的文明时代 也已有 5 000 年，但是为什 么在漫长的历史中，人类的生 活方式、生产方式没有发生根 本性变化 ? 为什么直到 18 世纪工业革命，尤其是 19 世 纪电力技术革命以后，人类社 会才发生如此迅速的一次又一 次革命性发展 。这应该从物 理学的创新发展中找到明确的 答案 。那就是——物理学改 变了世界。
01 大 学 物 理
02
1905年6月，爱因斯坦完成了开创物理学新纪元的长论文《论运体的电动力 学》，完整的提出了狭义相对论。
0短文《物体的惯性同它所含的能量有关吗？》，作 为相对论的一个推论。质能相当性是原子核物理学和粒子物理学的理论基础，也为 20世纪40年代实现的核能的释放和利用开辟了道路。
1
2
3
4
5
大自然是美的，大自 然的规律也是美的， 物理学，她所研究的 是自然界最基本最普 遍的规律，因此，她 应该是最美的。
物理学研究对象的美 感、物理学问题的美、 学研究方法的美、实 验的美、物理学思维 的美、理论和公式的 美、哲学美和物理学 技术应用的美。
大学物理
1905年，爱因斯坦先后发表了5篇具有划时代意 义的论文，为相对论、量子论等物理学领域奠定了 基础，为纪念这一奇迹年100周年，全球物理学界 一致呼吁2005年为 “世界物理年” 。
大学物理绪论精ppt课件
.
世界上最细的纳米导线
澳大利亚和美国科学家组成的研究团队1月６日在《科学》杂志上报
告说，他们成功设计出迄今世界上最细的纳米导线，厚度仅为人类头
发的万分之一，但导电能力可与传统铜导线相媲美。这项技术有望应
用于量子计算机研制领域。
.
癌症干细胞
很多时候，那些似乎已经被治疗消灭的癌症又会卷土重来。一些科学家将此
工
程
机械控制 电学
电力机械
人类利益
学应 用
解人
定 性 的
类 理
数和
定
美
量
学
的
生
化
物 物理 学
自然法则
.
➢物理学的研究方法
演绎法
－基本定律 推理 、演算 新理论
归纳法
－归纳实验或观测事 实 假设、模型 新理论
直觉 想象力 洞察力
提出命题 推测答案 理论预言 实验检验 修改理论
应用
.
二、物理学的分类及其基本图象
10626176109979经典理论相对论量子论相对论性量子论空间尺度相差104510461026m宇宙线度约150亿光年1020m夸克时间尺度相差10451018宇宙年龄150亿年1027射线周期速率范围0静止ms光速三物理世界的层次结构细胞原子原子核基本粒子dna长度星系团银河系最近恒的距离哈勃半径超星系团太阳系太阳人们不断向小尺度开拓以探索物质的组成物理学上对应粒子物理学目前物理学界公认组成物质的最小单元是夸克即认为quark没有内部结构物质世界总图象人们从自己向大尺度追问以探索宇宙的奥秘物理学上对应天体物理学发展独立思考和独立创新的一般能力应当始终放在首位而不应当把知识放在首位
A• B A1B1 A2B2 A3B3
大学物理--绪论部分
天體
廣義相對論 (General Relativity )
牛頓力學 (Newton Mechanics )
增 加 質 量 增加速度
日常生活的物體 光速( Velocity of Light )
原子尺度 (Atomic Scale )
縮 減 大 小
量子力學 (Quantum Mechanics )
特殊相對論 (Special Relativity )
● ● ●
70年代后期 出现了大规模集成电路
学习物理、欣赏物理
请允许我说明我讲这门课的主要目的。我的目的 不是教你们如何应付考试，甚至不是让你们掌握这些 知识，以便更好地为今后你们面临的工业或军事工作 服务。我最希望的是，你们能够像真正的物理学家一 样，欣赏到这个世界的美妙。物理学家们看待这个世 界的方式，我相信，是这个现代化时代真正文化内涵 的主要部分。也许你们学会的不仅仅是如何欣赏这种 文化，甚至也愿意参加到这个人类思想诞生以来最伟 大的探索中来。 －－－理查德.费曼
f ( )x
i 1 i
n
i
(xi xi - xi -1 )
y f (x)
f (i )
a x0 x1
│ │ │ │ │ │ │ │x │ │ x│ b x x x
2
i -1
i
i
n -1
n
x
长为L的直导线AB上均匀地分布着线密度为的电荷。求导 线延长线上与导线一端B相距为d处P点的场强。 解1：以A点为原点建立坐标
1000万光年
100万光年
10万光年
1万光年
1千光年
100光年
10光年
1光年
1万亿公里
1千亿公里