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1、撩开物理学的神秘面纱,第一章 绪 论,物理学科的介绍,物理学是一门自然科学,它起始于伽利略和牛顿的年代,经过三个多世纪的发展,已经成为一门众多分支,令人尊敬和热爱的基础科学。,它远到宇宙深处至咫尺之间，大到广袤苍穹，小到微观粒子的浩瀚而又精细的时空中，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，因此说物理学是关于“万物之理”的学问并不为过。,44个数量级,1）时间尺度,研究范围,2）长度尺度,43个数量级,研究范围,十亿光年，是一个什么概念呢？光年，光走一年的路程。光速！它是速度公认的极限，每秒299792458米，能在眨眼间绕地球七圈半。看见么，就这么快的光，让他跑吧，跑个一年，
2、所度量出来的距离就是一光年了。这一年是31536000秒，一秒跑299792458米，乘出来就9454254955488000米，约等于十万亿公里吧。你说什么，简直天文数字？废话，天文上的数字当然得是天文数字啦!但这也仅仅只不过是一光年的长度。当我们看到十亿光年以外的星星时，映入我们眼帘的那束星光已经在茫茫宇宙间飞奔了十亿年。换句话说，我们现在看到的仅仅是它十亿年之前的样子！现在的它究竟如何我们只有再等待十亿年才能看到不寒而栗！普遍认为宇宙诞生到现在有150亿年。所以我们可能观察到的最广阔宇宙空间的直径只可能在150亿光年这样的范围之内。150亿光年远的地方的光被我们看到时已经在宇宙间穿越了1
3、50亿年，那是宇宙诞生时的影像！下面这张图是在十亿光年这样的数量级下观测宇宙，上面的每一个象素点所表现的事物都是无比古远的。,从10亿光年到0.1飞米,体会视觉震撼！,10亿光年,1亿光年现在我们把视野缩小10倍，宇宙看起来还是空空如也，“星”光点点。可是，那些点点斑斑的真的是星么？,1000万光年把眼光再降低一个数量级，那些点点看起来依然象是星星哦,100万光年近些，再近些。哇！什么呀，这么面熟？这就是你所说的“星星”么？是星星，一堆星星。我们管它叫银河系,10万光年这是银河系，我们的家园。在10万光年这样的数量级下，我们就看见了整个的银河系。事实上，银河系的直径就是十万光年。真有哪位能发明
4、个跟光速一边快的飞船，从银河系的这边飞到对面来个大吊角，就要十万年的时间！在这样漫长的旅程来看，人生不过朝生暮死,1万光年夏夜可以如此清晰的看见银河，一条黯淡的光带横亘夜空。,1千光年密密麻麻！,100光年再近点，还是密密麻麻！,10光年又是密密麻麻！,1光年等等，这是什么？,1万亿公里再走近十倍依然雾气昭昭的一团，到底是什么呢,1千亿公里这回看清楚了吧，原来是太阳系！我们在密密麻麻的星星中跋山涉水，翻山越岭认出了它，不易呀！,100亿公里放大十倍来观察以繁星为背景的太阳系。说是繁星，其实与太阳最近的恒星半人马座比邻星都是在4.22光年开外的。图中的亮点仅仅只是背景上离得八丈远的星星呢，并不是
5、太阳系的一部分,10亿公里数数看，下图里被蓝框子圈上的是谁的轨道？水、金、地原来是地球的轨道呀,1亿公里地球在哪里？,1000万公里哦大圈套小圈，月球围地球转的轨道,100万公里是什么？,10万公里是地球！,1万公里怎么会这么巧涅？从10亿光年一路看下来正对着的竟是美国。为什么?,1000公里地理课上教过，这是北美五大湖区中的密歇根湖，框内的城市就是芝加哥,100公里不看不知道，世界真奇妙。芝加哥鸟瞰。并由此开始了我们人类所能够理解的数量级，开始了我们熟悉的世界,10公里密密麻麻，房屋，湖边的房屋。,1公里,100米草地上这是什么呀？,10米原来是一哥们睡得正香呐,1米嘿醒醒,0.1米一米的十
6、分之一，也叫分米，我们手所能把握的尺度。,1厘米这是他手上的皱纹细部。兴许你放大了还没他细皮嫩肉呢。做好准备，我们即将进入另一个陌生的领域微观世界,1毫米手上的毛孔,100微米再放大十倍，依稀可见皮肤的组织结构。,10微米一个细胞的数量级就是10微米，当然这只是一般来说。插句嘴，世界上最大的细胞是鸵鸟蛋，它是一个单独的卵细胞，数量级是分米级的，厉害吧,1微米疑似生物课上学过的细胞核膜,0.1微米一看这么高度螺旋的结构就知道是染色体了。底下的洋文说：但凡人类的细胞，里面都会有23对染色体（46条）,100埃埃是一种长度单位，指10的10次方米。用字母“A”顶上加个小圆圈来表示。100埃的数量级就
7、能度量某些有机大分子的物质了。看到这个规则的等距双螺旋结构，我想你一定能够脱口而出了。没错，这种物质就叫做脱氧核糖核酸，也就是常说的DNA。分子结构清晰可见,1纳米我们管10的9次方米叫一纳米。现在为材料科学炒得火热的纳米技术就是说很多物质精细到纳米级后将表现出很多在常规数量级上所表现不出的性质来。在纳米这样的数量级下，我们连原子都可以数清了。因此，纳米级又叫原子级。,1埃原子是由原子核和电子组成的。图中所表示的是密布的电子云，我们能看到原子核外围的电子云比较浓。所谓电子云，其实并不是说一个原子拥有无数个电子，象云雾般的弥漫四围。每个原子拥有的电子数都是固定的，有数的，具体依元素种类而定。,1
8、0皮米原子核外围的浓密电子云。仿佛又回到了浩瀚无边的宇宙。这样来看每个原子都像是个小宇宙，我们的世界就这样的周而复始着，不寒而栗着,1皮米穿过最浓的电子云，发现更近核的地方反倒清净。,0.1皮米走近点，这就是传说中的原子核了。10的12次方米叫做一皮米。在0.1皮米的数量级下看原子核就可以看出很多个球来，它们是带正电的质子和不带电的中子,10飞米原子核的特写,1飞米（10的15次方米）质子（也可能是中子）的细部，乱七八糟一大片。未知的结构，未知的领域,0.1飞米无语。翻译出图片下面的洋文作为收场吧，他说：一旦我们进入下一个层次，我们将会看到什么，我们又将会知道什么？,第一章 绪论 撩开物理学的
9、神秘面纱,物理学与自然规律物理学与社会发展怎样学习物理学高中物理教科书特点,主要讲四个问题,几个有趣的现象,天空的颜色,神秘的极光,神奇的暖袋,为什么会有像彩虹般的顏色呢？,蛋碎瓦全？瓦碎蛋全？,声音震碎玻璃杯,怒发冲冠,实验一,实验二,实验三,几个有趣的实验,大自然充满了神奇和奥秘.各种形态的物质展示着惊人的多样性和复杂性.,一 物理学与自然规律,而在这如此多样和复杂的大自然背后，却隐藏着统一与和谐的规律.,看似毫不相干却隐藏着同一个秘密,万有引力定律,看相差悬殊却隐藏着同一个秘密,静电,物理学规律属于大自然规律的一部分,物理学就是研究物质性质、相互作用和运动规律的自然科学.,大自然是神秘的
10、，也是可以探索的。随着人们对大自然探索的深入，不同的学科便逐渐形成了，并形成各自学科特点.,物理学研究的内容,物理学推动社会的发展，改变着人们的生活方式。,1、一个人想告诉远方亲人一句话有几种办法？,2、你见过几种挖土方式？,Bagger 288规格：此挖土机高96 m 长220 m 重45000吨 制造费用为1000000000美元 设计制造时间长达五年 需要有五人进行操作,二物理学与社会发展,第一次产业革命,第二次产业革命,第三次产业革命,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
11、，是以瓦特改良蒸汽机为代表的。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。,瓦特改良的蒸汽机,19世纪中期欧洲农业化机械已普遍使用,1807年克莱蒙特号蒸汽船,18世纪中期，富兰克林通过著名的风筝实验，将天电与地电统一起来。到了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。,现代科学技术与物理学,电子与计算机技术,现代通信,生物工程,航天与空间技术,激光技术,物理学与其它科学技术,物理学与航天,物理学与医学,物理学与军
12、事,物理学与交通,1930,首次提出火箭发动机专利,1949,用X射线分析青霉素晶体结构,1951年，沃森到克里克所在的卡文迪许实验室，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,1957,人造卫星上天,1958,B超在医学上应用,医院里最先进的设备，往往是物理学刚刚发展的技术,1960,载人航天,1961,激光的发现,1969,人类登上月球,左起:阿姆斯特朗、科林斯、奥尔德林,无人探测车登上火星,1997,（一）高中物理的主要内容,力学:主要研究力和运动的关系.重点学习牛顿运动定律和机械能热学:主要研究分子动理论和气体的热学性质电学:主要研究电场电路磁
13、场和电磁感应光学:主要研究光的传播规律和光的本性原子物理:主要研究原子的原子核的组成与变化,三 怎样学习物理学,（二）高中物理与初中物理的区别,1、与初中物理相比，高中物理的内容多，难度大，能力要求更高，灵活性更强。2、高中物理与初中物理知识结构不同，初中物理大多讨论确定的状态，变化少。而高中物理则以变化的物理过程为主。例如运动速度的变化，动能的变化，重力势能的变化等。这就要求在学习高中物理时要适应这种变化，学会对变化的物理过程进行分析。,3、与初中物理相比，高中物理更抽象（1）初中物理学习的物理现象和物理过程，大多是“看得见，摸得着”，不过仅仅属于“表面现象”而已。学生在学习过程中的思维活动
14、，大多属于生动的自然现象和直观实验为依据的具体的形象思维，较少要求应用科学概念和原理进行逻辑思维等抽象思维方式。初中物理练习题，要求学生解说物理现象的多，计算题一般直接用公式就能得出结果。,（二）高中物理与初中物理的区别,（2）高中物理学习的内容在深度和广度上比初中有了很大的增加，研究的物理现象比较复杂，对于日常生活现象的研究，要求“透过现象看本质”。分析物理问题时不仅要从实验出发，有时还要从建立物理模型出发，要从多方面、多层次来探究问题。在物理学习过程中抽象思维多于形象思维，动态思维多于静态思维，需要学生掌握归纳原理，类比推理和演绎推理方法，特别要具有科学想象能力。,（二）高中物理与初中物理
15、的区别,（三）怎样学好高中物理,1、要培养学习物理的浓厚兴趣。兴趣是学好物理的潜在动力,就强烈而又持久的学习动机。有意识地将物理知识应用到实际中去，使我们明确：原来物理与我们联系这样密切，这么有用。可以大大地激发学习物理的兴趣。,2、提高听课效率，注重理解。学习期间，在课堂中的时间很重要。因此听课的效率如何，决定着学习的基本状况。一定要在对物理知识的理解上下功夫，要多思考，多研究，讲求科学的学习方法，多联系生活、生产实际，注重知识的应用。,3、做有目的性的巩固练习。有不少同学把提物理成绩的希望寄托在大量做题上，搞题海战术。这是不妥当的，“不要以做题多少论英雄”，重要的不在做题多，而在于做题的效
16、益要高、目的要达到。做题的目的在于检查学过的知识，方法是否掌握得很好。因此，要在准确地把握住基本知识和方法的基础上做一定量的练习是必要的。另外，就是无论是作业还是测验，都应把准确性放在第二位，方法放在第一位。而且不要一味地去追求速度，也是学好物理的重要方面。,（三）怎样学好高中物理,预习的习惯 认真阅读,学会自学记笔记的习惯 认真听讲,独立思考保留学案的习惯 收集学案,及时复习改错反思的习惯 充分理解,做好改错,（四）高一需要养成的几个习惯：,选修2-2,选修2-1,选修2-3,框架说明,四 高中物理教科书特点,共同必修,选修2-3,选修2-2,选修2-1,F=Ma,F=Ma,F=Ma,E=MC2,E=MC2,祝:同学们在新的学习征途上，克服一个个困难，取得一个个胜利！,
