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物理学与人类文明课件


判天地之美, 判天地之美, 析万物之理。 析万物之理。 —庄子 庄子

物理学与人类文明
一、物理学研究什么 二、物理学与其它科学技术 三、物理学与社会进步 四、物理学与思维观念 五、物理的未来

一、物理学研究什么
⒈是一门自然科学 是一门自然科学
起始于伽利略和牛顿时代, 起始于伽利略和牛顿时代,经过三

个多世纪的发 伽利略 时代 已成为一门有众多分支的、 展,已成为一门有众多分支的、令人尊敬和热爱的基 础科学。 础科学。

⒉是关于“万物之理”的学问 是关于“万物之理”
研究物质存在的基本形式, 研究物质存在的基本形式,以及它们的性质和运 物质存在的基本形式 动规律;还研究物质的内部结构在不同层次上认识物 动规律;还研究物质的内部结构在不同层次上认识物 质的各种组成部分及其相互作用、运动和转化的规律。 质的各种组成部分及其相互作用、运动和转化的规律。

是一门实验科学 也是一门崇尚理性、 实验科学, ⒊ 是一门 实验科学 , 也是一门崇尚理性 、 重视逻 辑推理的科学。 辑推理的科学。

物 理 学 研 究 什 么

物理学研究的对象

这些我们都将研究

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二、物理学与其他科学技术
物理学的发展,促进了技术的 物理学的发展,促进了技术的 发展,引发了一次又一次的产业革 发展,引发了一次又一次的产业革 现代物理学更是成为 更是成为高新科技 命。现代物理学更是成为高新科技 的基础。 的基础。

物 理 学 与 其 它 科 学 技 术

物理学与航天

课本图1 课本图 “长征”二号 长征” 长征 二号F 型火箭载着神 州五号飞船载 人航天器直入 云霄。 云霄。物理学 的基本理论是 空间技术的基 础。

航天与空间技术

物 理 学 与 其 它 科 学 技 术

嫦娥一号模拟图

神州五号

物 理 学 与 其 它 科 学 技 术

物理学与医学

CT机 机

课本图3 课本图 患肿瘤的病 人在接受放 射治疗

物 理 学 与 其 它 科 学 技 术

物理学与交通

课本图6 课本图6

超导磁悬浮照片

物 理 学 与 其 它 科 学 技 术

上海超导磁悬浮列车

物 理 学 与 其 它 科 学 技 术

物理学与军事

原子弹爆炸

氢弹爆炸

激 光 武 器

课本图 5 光彩夺目 的激光束 照片

激 光 技 术

物 理 学 与 其 它 科 学 技 术

物理学与纳米技术 物理学与纳米技术

课本图7 课本图

量子围栏

物 理 学 与 其 它 科 学 技 术

课本图8 课本图8 脱氧核糖 核酸的双 螺旋结构 模型
物理学与生命技术 物理学与生命技术

课本图2 课本图 电视机显像管的剖面图

课本图4 课本图

半导体芯片的照片

三、物理学与社会进步
物理学的发展孕育了技术的革新 物理学的发展孕育了技术的革新, 孕育了技术的革新, 促进了物质生产的繁荣 改变了人类 物质生产的繁荣, 促进了物质生产的繁荣,改变了人类 的生产和生活方式,推动了社会的进 的生产和生活方式,推动了社会的进 步。

物 理 学 与 社 会 进 步

第一次产业革命

课本图9 第一辆蒸汽机车(模型) 课本图 第一辆蒸汽机车(模型)

物 理 学 与 社 会 进 步

蒸 汽 机 的 应 用

? 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 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 1807年 克莱蒙特号 蒸汽船

物 理 学 与 社 会 进 步

第 二 次 产 业 革 命

高压输电线

电子管

集成电路

课本图10 课本图

我们生活在电气化的时代

? 18世纪中期,富兰克林通过著名的风筝实验,将天 18世纪中期,富兰克林通过著名的风筝实验, 世纪中期 电与地电统一起来。到了19世纪,以库仑、奥斯特、 19世纪 电与地电统一起来。到了19世纪,以库仑、奥斯特、 安培、法拉第、 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。 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 电磁技术的应用,引发了第二次工业革命。 进入电气时代。现在,电已经深入到人们的生产、 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。 生活的方方面面。

物 理 学 与 社 会 进 步

第 三 次 产 业 革 命

? 20世纪初,相对论和量子力学的建立,是 物理学史上一场惊天动地的革命。

广义相对论指出, 广义相对论指出, 时空曲率将产生引力。 时空曲率将产生引力。

STM针尖移动的铁原子 用STM针尖移动的铁原子

薛定谔 (1887(1887-1961) 奥地利人 创立量子力学

光导纤维

单晶硅片

互联网(示意图) 互联网(示意图)

课本图11 课本图

信息时代

电 子 与 计 算 机 技 术

现 代 通 信

物 理 学 与 思 维 观 念

课本图12甲 课本图12甲

古人心中的“宇宙” 古人心中的“宇宙”

课本图12乙 课本图12乙

16世纪,人们认识到地球和几大行 16世纪, 世纪 星都在围绕太阳运动

课本图12丙 课本图12丙 现代天文学家已经观测到 距我们140亿光年的天体 距我们140亿光年的天体

重视逻辑推理

课本图13甲 课本图13甲 哈雷彗星 和它的公转轨道。 和它的公转轨道。 公元前613~1910年 公元前613~1910年, 中国有它31次回归的纪 中国有它31次回归的纪 1705年英国天文学 录;1705年英国天文学 家哈雷根据牛顿的万有 引力定律正确地预言了 它的回归

课本图13乙 课本图13乙 哈雷彗星

周全缜密,注意变化与差别! 周全缜密,注意变化与差别!

课本图13丙 课本图13丙 单变量数值仿真

错觉:

--崇尚理性 --崇尚理性

课本图14 课本图14 我国秦山核电站

秦 山 核 电 站 全 貌 及 夜 景

五、物理学的未来
⒈自然拥有无尽的财富;没有理由认为我们已经 自然拥有无尽的财富;没有理由认为我们已经 耗尽”了自然财富,或者认为我们已经接近完 “耗尽”了自然财富,或者认为我们已经接近完 整地掌握了自然界的全部财富。 整地掌握了自然界的全部财富。 ⒉还有许多困扰物理学的难题,有待我们去探索。 还有许多困扰物理学的难题,有待我们去探索。 许多困扰物理学的难题 我们去探索 ⒊许多物理学家的重要发现和发明,都产生于风 许多物理学家的重要发现和发明,都产生于风 华正茂、思想敏捷的青年时期。 华正茂、思想敏捷的青年时期。 ⒋年轻人最具创新精神,在高中物理学习中树立 年轻人最具创新精神, 最具创新精神 的创新精神, 到的科学方法,积累的科学知识, 的创新精神,学 到的科学方法,积累的科学知识, 将会使你终身受益 你终身受益。 将会使你终身受益。

物 理 学 家 的 重 要 发 现 和 发 明
伽利略 牛 顿 居里夫人

实现电视图象传输 1926

1930
首次提出火箭 发动机专利

1938

基于硒在光照下 变成良导体, 变成良导体, XEROX公司应 公司应 用它制成第一台 复印机

1939 实现调频广播

1949

用X射线分析青霉 射线分析青霉 素晶体结构

1957

人造卫星上天

1958

B超在医学上应用 超在医学上应用

1960

载人航天

1967

家用微波炉上市

1969

人类登上月球

39年 39年,爱因斯坦上书 罗斯福, 罗斯福,研制原子弹 41年,罗批准 41年 43年 成立‘ 43年,成立‘原子弹 研究所’ 研究所’ 45年 16日 45年7月16日,新墨西 哥,阿拉莫可德沙漠试 爆

广 岛 一 九 四 五 年 八 月 六 日

‘伊诺拉 盖伊’飞机,‘小男孩’, 伊诺拉 盖伊’飞机, 小男孩’ 4082公斤 公斤, 3.05米 0.711米 4082公斤,长3.05米,径0.711米, 10公斤铀235,1.25万吨TNT, 公斤铀235 万吨TNT 10公斤铀235,1.25万吨TNT,死7.1 6.8万 12平方公里 平方公里, 万,伤6.8万,12平方公里,5万建筑

长 崎 一 九 四 五 年 八 月 九 日

‘胖子’ 胖子’ 胖子 3,35*1.52米 3,35*1.52米 60公斤钚 公斤钚60公斤钚-239 2.2万吨 万吨TNT 2.2万吨TNT 3.5万 死3.5万,伤 6.0万,4.7平 6.0万,4.7平 方公里

6 天 后, 8 月 15 日, 日 本 投 降

1949.8 1952.10 1960.2 1974.5

苏联 英国 法国 印度

1964年10月16 1964年10月 日我国第一颗 原子弹爆炸成 功

1967年 1967年6月 17日 17日,我 国第一颗 氢弹实验 成功

我国研制的核潜艇

秦山核电站

大亚湾核电站

事故
1979年 1979年3月28日,美‘Three Mile 28日 Island’, 号反应堆,机械设备故障, Island ,2号反应堆,机械设备故障, 加上操作失误,燃料元件失去冷却, 加上操作失误,燃料元件失去冷却,堆 心部分熔化,放射性物质泄漏至安全壳, 心部分熔化,放射性物质泄漏至安全壳, 居民撤离电厂所在地。 居民撤离电厂所在地。

前苏联基辅北130公里,切尔诺贝利, 前苏联基辅北130公里,切尔诺贝利,4号反应 130公里 堆发生爆炸,引发大火,放射性物质大量泄漏, 堆发生爆炸,引发大火,放射性物质大量泄漏, 2.6亿居里,31人死亡,203人受伤,13.5万人 2.6亿居里,31人死亡,203人受伤,13.5万人 亿居里 人死亡 人受伤 疏散。周围7公里树木逐渐死亡,10公里不能 疏散。周围7公里树木逐渐死亡,10公里不能 耕作,10年内100公里禁止生产牛奶 年内100公里禁止生产牛奶。 耕作,10年内100公里禁止生产牛奶。

1945年后最大 1945年后最大 的核灾难。 的核灾难。 2003年,俄 2003年 ‘国际文传电 讯社’报道: 讯社’报道: 250万人患病 万人患病, 250万人患病, 其中47.3 47.3万儿 其中47.3万儿 童。

物理学是现代技术的重要基础
物理学
现代通 信技术
图-11

电子与计 算机技术
图-10

生物 技术
图-12

航天与空 间技术
图-13

激光 技术
图-14

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物理学是自然科学的基础之一, 物理学是自然科学的基础之一,物理学的研究成果和 研究方法,在自然科学的各个领域都起着重要的作用。 研究方法,在自然科学的各个领域都起着重要的作用。
化学物理和物理化学、生物物理、地球物理等。 化学物理和物理化学、生物物理、地球物理等。当前科学中最活 最引人注目的课题,如生命科学、宇宙起源、材料科学等等, 跃、最引人注目的课题,如生命科学、宇宙起源、材料科学等等,都 与物理学的研究成果和研究方法密切相关。 与物理学的研究成果和研究方法密切相关。

图-4:太阳系

图-5:上海超导磁悬浮列车

图-6:电解车间

图-7:地质力学

图-8:DNA双螺旋结构 X射线衍射

图-9:天气预报

大气的性质和运动

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近代物理的诞生
导致微电子、激光、 导致微电子、激光、 光纤、微光电子、 光纤、微光电子、核 动力、核分析、 动力、核分析、医学 图像、纳米等技术的 图像、 发展

过 山 车 为 什 么 能 翻 转 ?

热 气 球 为 什 么 能 飞 起 来?


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