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人教版高中物理必修1:物理学与人类文明


物理学与人类文明

伽利略·伽利雷

艾萨克·牛顿

阿尔伯特·爱因斯坦

物理学
· 物理学是一门自然科学,它起始于伽利略和牛顿时代,进过三个多世纪的发展, 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。 · 物理学分支学科 力学、热学、声学、光学、电学 · 物理学研究领域 光学 凝聚态物理 原子与分子物理 粒子物理与原子核物理 等 · 2012年教育部学科评估 物理学排名第一高校 北京大学 中国科学技术大学 南京大学

课程简介
光学 原子物理学 选修3-5 选修3-4 选修2-3 选修1-2 文 科 选 修 选修2-2 选修3-3 选修3-2 选 修 共 同 必 修 力学 理 科

热学

电学

选修1-1

选修2-1
必修2

选修3-1

必修1

曲线运动 机 械 能 及 其 守 恒 定 律

万有引力与航天

必修 2

静电场

恒定电流

磁 场

选修3 -1

电磁感应

交变电流

传 感 器
选修3 -2

分子动理论

选修3 -3

气体

物态变化

热力学定律

机械振动

机械波



选修3 -4

动量守恒定律

选修3 -5

波粒二象性

原子结构

原子核

物理学的研究内容
· 物理学研究物质存在的基本形式,以及它们的性质和运动规律。

· 物理学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,以及它们运动和相互转化的规律。 因此,说物理学是关于“万物之理”的学问并不为过。
· 物理学是一门实验科学,也是一门崇尚理性、重视逻辑推理的科 学。 · 由于自然界并不自动地展现其背后的本质,物理学又是极富洞察 力和想象力的科学。

判天地之美,析万物之理。
——庄子

Joy in looking and comprehending is nature’s most beautiful gift. 从观察和理解中获得乐趣是大自然赐予的最美好的礼物。 ——爱因斯坦

物理学与其他学科技术
带电粒子在电磁场中的运动规律在科学技术的许多领域都有重大意义。
电子显微镜
1.电子显微镜是利用电子与物质作用所产生的讯号来观测微区域晶体结构,微细 组织,化学成份,化学键结和电子分布情况的电子光学装置。 2.与光学显微镜相比电子显微镜用电子束代替了可见光,用电磁透镜代替了光学 透镜并使用荧光屏将肉眼不可见电子束成像。 3. 由于和可见光相比,高压加速后的电子的波长更短,因此电子显微镜可以看到 更细微的物质结构。

电视显像管

1. 在电视接收机中,由视放末级把经过放大的视频图像信号送到显像管阴极,由一个电 子枪发射一个被调制的电子束,经聚焦、偏转后打到荧光屏上,同时控制电子束电 流的强弱,荧光屏受激发光,从而重显图像。 2. 现在的高端电视机,如液晶电视机,等离子电视机,已经不是这种显像原理。

粒子加速器

2000年,位于美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机 (Relativistic Heavy Ion Collider,RHIC) 投入运行,它是一个可变能量的质子质子和离子-离子对撞机,建造的目标之一是实施能够为粒子物理的标准模 型—量子色动力学提供重要信息的科学实验,以及探索夸克胶子等离子体及 其存在的证据。

2008年9月,位于瑞士和法国边境的大型强子对撞机(Large Hadron Collider ,LHC)正式 启动,它属于欧洲核子研究组织CERN,是目前世界上最大的粒子加速器,也是加速能量 最高的粒子加速器,共耗费6510M瑞士法郎建造而成,包含了一个圆周为27公里的环形隧 道。 LHC建造的目标是 1.探测希格斯玻色子,解释质量的来源

2.探测超对称性粒子,统一解释四大基本作用力(强相互作用力,弱相互作用力,电磁 力,引力)。
3.寻找暗物质 4.寻找反物质 5.寻找宇宙大爆炸初期曾经存在的夸克胶子等离子体(QGP)

物理与医学
X光:由高速电子撞击物质的原子所产生的电磁波。

X射线是波长介于紫外线和γ射线 间的电磁辐射。X射线是一种波长很短的电磁辐射, 由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现,故又称伦琴射线。X射线具有很高的穿透本 领。 X射线用来帮助人们进行医学诊断和治疗,用于工业上的非破坏性材料的检查。

CT:是Computed Tomography 的缩写,即计算机断层扫描的意思。
根据所采用的射线不同可分为:X射线CT(X-CT)以及γ射线CT(γ-CT) CT的主要用途如下: 1.医学检测 2.工业检测 3.安保检测 B超:每秒振动2万-10亿次,人耳听不到的声波称为超声波。利用超声波的物理特性进行 诊断和治疗的一门影像学科,称为超声医学。
超声诊断仪有许多类型,如A型、B型、M型、扇形和多普勒超声型等。B型是其中一种,而且 是临床上应用最广泛和简便的一种。通过B超可获得人体内脏各器官的各种切面图形比较清晰。 B超比较适用于肝、胆、肾、膀胱、子宫、卵巢等多种脏器疾病的诊断。

量子围栏
照片是扫描隧道显微镜下的48个Fe原子在Cu的表面排列成直径为14.3nm的圆圈构成 一个“量子围栏”,照片中反映的是电子密度的高低,围栏内是电子密度波的驻波。 1993年5月,位于美国加州Almaden的IBM研究中心的M.F.Crommie等人,在4 K温 度下用电子束将单层铁原子蒸发到清洁的Cu(111)表面,然后用扫描隧穿显微镜(STM)操 纵这些铁原子,将它们排成一个由48个原子组成的圆圈.圆圈的平均半径为7.13 nm,相 邻铁原子之间的平均距离为0.95 nm。这个原子圈虽然是由离散原子组成的,因而并不连 续,但却能够像栅栏一样围住圈内处于Cu表面的自由电子,故而得名“量子围栏”。

扫描隧穿显微镜
? 英文名称: – scanning tunnel microscope;STM ? 定义: – 是一种利用量子理论中的隧道效应探测物质表面结构的仪器。其分辨率可 达原子水平,即观察到原子级的图像。 – 它于1981年由格尔德· 宾宁G.Binning)及海因里希· 罗雷尔(H.Rohrer) 在IBM位于瑞士苏黎世的苏黎世实验室发明 。 – 作为一种扫描探针显微术工具,扫描隧道显微镜可以让科学家观察和定位 单个原子。 – 此外,扫描隧道显微镜在低温下(4K)可以利用探针尖端精确操纵原子, 因此它在纳米科技既是重要的测量工具又是加工工具。

因为这一贡献,宾宁、罗雷尔和鲁斯卡 三人分享了 1986年度的诺贝尔物理奖。
前两人是扫描隧穿显微镜的直接发明者, 第三人是 1932年电子显微镜的发明者, 这里是为了追朔他的功劳。

宾宁

罗雷尔

鲁斯卡

华裔诺贝尔奖获得者(物理学奖部分)

1957年,杨振宁和李政道因发现弱相互作用中宇称不守 恒而获得诺贝尔物理学奖。

1976年,华裔物理学家丁肇中因发现J粒子而获得诺贝尔 物理学奖。

华裔物理学家朱棣文因发明用激光冷却捕陷原子 而获得获得1997年诺贝尔物理学奖

华裔物理学家崔琦因发现并解释了电子量子流体这一特殊 现象而获得1998年的诺贝尔物理学奖。

华裔物理学家高锟在“有关光在纤维中的传输以用于光 学通信方面”取得了突破性成就而获得2009年的诺贝尔 物理学奖。

谢谢大家!


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