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第一讲 物理学与人类文明


范传玉,新乡辉县,2013年毕业于河南师范大学 物理与电子工程学院电子系
联系电话/QQ:15090372318

第一讲 物理学与人类文明
判天地之美,析万物之理 ——庄子

物理:即万物之理,解释万物存在的道理

我们的目标是:

好好学物理 发展高科技 打倒日本人

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一、物理是一门有趣的科学
常见的物理现象:

1、苹果受地球的吸引,落到地面。气球同样 受地球的吸引,为什么却飞上了天? 2、抛出去的苹果会掉回到地面,为什么月亮 不会掉下来呢? 3、开水会冒热气,难道冰棍也会冒热气吗? 4、在平静的水面上可以看到山峰的倒影,通 过玻璃杯为什么看到的东西变形了呢? 5、人碰到高压线,为什么小鸟停在高压线上 却安然无恙呢?

6、挂在壁墙上的石英钟,当电池的电 能耗尽而停止走动时,其秒针一般会停 在何处? 7、一杯100摄氏度的开水与一杯20摄 氏度的冷水同时放进冰箱,哪个结冰快?

二、物理学: 物理学是研究物质结构和运动基本规律的学科
物理学是一门自然科学。它起始于距今有三百多年的伽利略 和牛顿的时代。

伽利略

牛顿

经过多年的发展,它已经成为一门有众多分支的,令人 尊敬和热爱的基础科学。

赫兹

麦克斯韦

爱因斯坦

霍金

物理学也是一门试验科学,它崇尚理性、重视逻辑推理。

那么,物理学研究的范围是什么?

1、从时间尺度来看
现代标准宇宙模型告诉 我们,宇宙是在100亿年前 的一次大爆炸中形成的。以 秒为单位,宇宙的年龄约为 1018S的数量级。
研究质子、中子、电子、 光子等微观粒子运动规律的物 理学是粒子物理。在常见的粒 子中,质子、光子电子是稳定 的,其余的都不稳定,即粒子 经过一定时间就衰变为其它粒 子了。粒子从产生到衰变间存 在的平均时间,叫粒子的寿命。 有一种粒子的寿命为10-25S。 时间尺度:10-25S-1018S

2、从空间尺度来看
物理学的最小研究对象是数量级约为10-15m的微观粒子,最大 的研究对象是数量级约为(1026-1027)m的宇宙。图-1为物质世界 的空间尺度,共跨越了42-43个数量级。

图-1:物质世界的空间尺度

三、 物 理 学 与 科 学 技 术

物理学与航天 物 理 学 与 军 事

物理学与医学
物 理 学 与 交 通

物理学与纳米技术 物 理 学 与 生 命 技 术

1、航天与空间技术 在牛顿力学和万有引力 定律的基础上发展起来 的空间物理,能把宇宙 飞船送上太空,使人类 实现了飞天的梦想。

宇宙空间站
航天飞机

1969
人类登上月球
1969年7月20日,阿姆斯特 朗与奥尔德林成为了首次 踏上月球的人类。阿姆斯 特朗扶着登月舱的阶梯踏 上了月球,说道:“这是 我个人的一小步,但却是 全人类的一大步(That's one small step for a man, one giant leap for mankind.)

嫦娥一号

嫦娥奔月

嫦娥一号于2007年10月24日,在西昌卫星发射中心由 “长征三号甲”运载火箭发射升空。嫦娥一号发射成 功,中国成为世界上第五个发射月球探测器的国家。

2、带电粒子在电场 磁场中的偏转在科 技中的应用。 电视机显像管

3、放射线的应用 医疗上的放疗。在医疗上 还有很多,如用于治疗脑 瘤的?刀。如核磁共振, 超声波,X光机等。

X线摄片、CT、磁共振成像可称 为三驾马车,三者有机地结合, 使当前影像学检查既扩大了检查 范围,又提高了诊断水平。

4、微电子技术:半导体 芯片、电子计算机。
半 导 体 芯 片

5、激光。激光物理的进展使激光在制造业、医疗 技术和国防工业中的得到了广泛的应用。大家熟悉 的微机光盘就是用激光读的。光导纤维等。

光导纤维

现 代 通 信

6、超导。磁悬浮列车等。

7、纳米技术,
使人们可以按照自 己的需要设计并重 新排列原子或者原 子团,使其具有人 们希望的特性。

镶嵌了48个 Fe 原子的 Cu 表面的扫 描隧道显微镜照片。48 个 Fe 原子 形成“电子围栏”

纳米机器人只有细胞般大

8、生命科学的发展也离 不开物理学。 利用X射线衍射的方法成 功地测定了DNA的双螺旋 结构。

1951年,沃森到克里克所在的卡文迪什实 验室,在威尔金斯等的X射线衍射分析资料的基 础上,于1953年提出DNA双螺旋分子结构模型

四、 物 理 学 与 社 会 进 步

第 一 次 产 业 革 命 第二次产业革命 第三次产业革命

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18世纪到19世纪,物理学家建立了热力学理论和分子 物理,发现了能量转换和能量守恒定律后,开始探索 用内能转化为机械能的方法来代替人力和畜力。 这一伟大的发现,是以瓦特发明蒸汽机为代表的。蒸 汽动力的应用,使许多大型厂矿应运而生。 蒸汽机的发明,直接推动了第一次工业革命。
19世纪中期欧洲 农业化机械已普遍使用

瓦特改良的蒸汽机

1807年 克莱蒙特号 蒸汽船

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19世纪,以库仑、奥斯特、安培、法拉第、麦克斯 韦等为代表的物理学家建立了电磁学理论。 电磁技术的应用,引发了第二次工业革命。使人类 进入电气时代。现在,电已经深入到人们的生产、 生活的方方面面。

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20世纪70年代,微观物理方面取得重大突破,开创了微 电子工业,使世界开始进入了以电子计算机应用为特征的 信息时代。这是第三次产业革命。 可以说社会的每一次巨大的进步都是在物理学发展的 基础上完成的。没有物理学的发展就没有人类社会和文明 的巨大进步。

五、物理学与思维观念
物理学极大地丰富了人类对物质世界的认 识,也改变和扩展着人类的思维方式。物 理学的每一个重大进展,都是人类思维观 念进步的伟大阶梯。

物理学影响思维观念…
1、地心说----日心说 2、机械决定论---蝴蝶效应 3、物理技术是双刃剑

物理学与思维观念一
物理学使人类的思想得到解放。 天圆地方——地心说——日心说

古人心中的“宇宙”

16世纪,人们认识到 地球和几大行星都在 绕太阳运动

观测到距我们约 140亿光年的天体

物理学与思维观念二
哈雷彗星

牛顿力学

机械 决定 论

重视逻辑推理

牛顿力学建立以后, 人们能精确的预言 哈雷彗星每隔76年 回归地球一次。这 意味着已知受力和 初始条件,物体的 运动情况就确定了。

周全缜密,注意变化与差别!

洛仑兹的“蝴蝶效应”: 一只蝴蝶在巴西扇动翅膀,有可能在美 国得克萨斯引起一场龙卷风。

蝴蝶效应

差之毫厘 谬以千里

物理学与思维观念三

科学也是一把双刃剑

原子核物理学的进展,使人类直接利用射线与 核能成为现实。原子能的开发利用,推动了社会 发展,但使人类面临着核战争、核污染的威胁。

原子弹爆炸

氢弹爆炸

六、物理学的未来
物理前沿:
? 太阳能的高效利用 ? 无线输电的研究及应用 ? 军事方面:如导弹制导、雷达跟踪、 隐形飞机 ? 载人航天、宇宙空间探测;深海洋科 考 ? 单晶硅、集成电路:手机的发展 ? 原子物理、量子物理:夸克 ? ………………………………

20世纪,物理学捷报频传,重大发现此 起彼伏,从来没有停止过。
哥白尼提出日心说时是38岁; 牛顿和莱布尼茨发明微积分时分 别是22岁和28岁; 爱迪生发明留声机时是29岁, 发明电灯时是31岁, 贝尔发明电话时是29岁; 居里夫人发现镭、钍、钋三种元 素的放射性时是31岁; 爱因斯坦提出狭义相对论时是 26岁,提出广义相对论时是37 岁; 沃森和克里克提DNA双螺旋结

八位华人科 学家获得诺 贝尔奖,他 们是:李政 道、杨振宁、 丁肇中、李 远哲、朱棣 文、崔琪。

怎样学好高中物理? 1、树立信心、多观察、多独立思考、多交流、多 回想 2、每节课前要做好课前预习,标记自己认为重要 的或者不确定的地方 3、上课认真听讲,老师说的重点内容做好标记和 记录 4、多联系生活,结合生活实际来学习 5、独立思考,认真公正的完成作业,自觉做练习 册,不会的可以请教同学或老师,不要抄袭 6、每天抽出几分钟闲暇的时间回想总结学过的内 容和做过的题,增加印象


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