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1、第一章打开物理世界的大门,第一节 走进神奇,人的天职在于勇敢探索真理,1、在自然中,从茫茫的星空到辽阔的大地，从高耸的雪峰到澎湃的江河，神奇无处不在,面对浩瀚的太空，群星闪烁，你有些什么感到好奇的呢？,浩瀚太空，群星闪烁，它们从哪里来，到哪里去？我们生活的地球在宇宙的什么地方,当夕阳西下，天边为何常有红色的霞光,狂风暴雨 常伴随电闪雷鸣,是天公在“发怒”吗？,是闪电在前，还是雷声领先,生发万物的大地，为什么有时会山崩地裂，喷吐岩浆,流淌的江河，为何既能输运航船，灌溉良田，,也会奔腾咆哮、冲垮河堤、摧毁房屋,巍巍雪山，高耸入云，为何甚至一声喷嚏就可能导致雪崩,变幻莫测的龙卷风，为何平地而起，直冲
2、云霄，来势汹汹,地壳不断运动，板块 相互挤压或拉伸，出现的神奇威力。,大自然中水的神奇,大自然真的神奇伟大啊,你还知道自然界中的哪些神奇的现象?,大漠里的故事 2001年1月7日，北京晚报第12版“中国新闻”栏目刊登了下面的消息。推测一下，这 可能是一种什么现象?新疆消息：近日在罗布沙漠中发生的奇怪的天气现象，令科考队中的专家不得其解。从1月4日凌晨3时左右，罗布沙漠中开始下雪，直到第二天中午12时，科考队到达小河墓地前200米左右时，雪突然停了，沙丘上均匀地覆盖着约5到10厘米的积雪，茫茫无涯。然而，过了20分钟左右，奇怪的事发生了：就在科考队手忙脚乱地从沙滩上卸下器材设备，开始向小河墓地靠
3、近的时候，发现脚下踩的不再是雪地，而是干爽的沙地。再远望四周，一眼望不到边的沙漠哪有雪的影子?,2、在生活中,自然现象扑朔迷离，千姿百态，而在人们的日常生活中则呈现出另一些神奇,为什么只有一个孔时，饮料里面的饮料不易倒出？,2.为什么筷子看起来象被折了？,2.为什么筷子看起来象被折了？,3.你知道拉链的原理吗？,二十世纪的十大发明,4.你观察过圆珠笔吗？,冲浪运动惊险、刺激。为什么冲浪者弓着腰，分开腿，能在惊涛骇浪中“滑翔”,撑竿跳高，激动人心。为什么运动员借助一根小小的撑竿，便能克服自身所受重力作用，跨越高高的横竿。,我用了很大劲，为什么喝不到药液呢？,对于以上现象你有什么疑问？,你还知道那
4、些神奇现象？说出来与同学们分享。你如果具有强烈的好奇心和弄清各种神奇现象所蕴含的物理知识的迫切愿望（求知欲），那么，你一定能学好物理。希望同学们珍惜时间，不浪费自己的青春。努力学好科学文化知识，提高自己为社会服务的本领！,改变二十世纪的十大发明,1)拉链：1883年-威科特姆.贾德森发明 2）集成电路 1946年，美国 3）飞机 4）飞艇 5）水中呼吸器 1942年-卡斯蒂尤和埃米尔 6）石膏绷带 1936 7）尼龙 1938年美国人尼莫尔 8）火箭 9）电视 1930年 法恩斯沃斯10）电冰箱 1926年瑞典人普拉顿,三、我们也能创造神奇,坚硬的金属在我手里变得温顺,交通运输变得快捷方便,微
5、小的原子清晰可见,我们家园神奇而伟大,更多的神奇在向我们 招手,什么是物理学?,物理学研究范围？,力学,热学,光学,电学,声学,物理学研究的对象十分广泛：宇观 宏观 微观,1.认识世界 认识宇宙,空间尺度(相差10451046)1026 m(约150亿光年)(宇宙)10-20 m(夸克),10-27s(硬 射线周期),速率范围：0(静止)3108 m/s(光速),时间尺度(相差1045),1018s,150亿年(宇宙年龄),世界是物质的，物质是运动的，运动是永恒的。,一、物理学与物质世界,2.当今物理学的两个前沿领域,人们从自己向小尺度追问以探索物质的组成。目前物理学界公认组成物质的最小单元是
6、夸克(quark),即认为quark没有内部结构,但近来有消息称：quark 也可一分为二。,粒子物理学(研究微观粒子的组成、结构、相互转换、相互作用和运动规律的理论高能物理学)建立标准模型认定基本粒子揭示物质的组成。高能物理实验(实验手段)北京正负电子对撞机，合肥同步辐射加速器，兰州重离子加速器欧洲大型强子对撞机,天体物理学(宇观理论)标准宇宙模型 分析宇宙的起源 大爆炸宇宙学,从遥远的过去宇宙产生于大爆炸 绝热膨胀至今 我们生活在这样的世界中,人们从自己向大尺度追问 以探索宇宙的奥秘,人类宇宙观的发展：,亚里斯多德“地心说”,哥白尼“日心说”,开普勒“行星运动三定律”,“永恒的宇宙”是演化
7、的是有起源的,爱因斯坦广义相对论哈勃红移,现代宇宙学：宇宙由1250亿个星系组成，每个星系由数千亿个恒星组成，浩瀚的宇宙起源于大约150亿年前的一次大爆炸，从那时起至今整个宇宙处于不断的膨胀之中，今后宇宙是永远膨胀下去，还是膨胀到一定时候再收缩？或者是其他的命运？还有待于继续研究。,辩证唯物论的基本观点：世界是物质的，物质是运动的，运动是永恒的。,3.建立正确的宇宙观和时空观,时间和空间是相对的、相互关联的，“同时”是相对的，而且时间和空间与物质的存在有关，离开物质谈时间是没有意义的。,牛顿绝对时空观：,时间和空间是绝对的、均匀的、相互独立的。,爱因斯坦相对论时空观：,二、物理学与自然科学,建
8、楼房为什么要打地基？如果地基打得不好,就会发生,物理学是理工科各专业的重要基础课,1.物理学是自然科学的基础,现在许多大学的人文、社科、经济、管理等专业也开设物理学课程,物理学,力学 热学 电磁学 光学 原子物理学,核物理 固体物理 统计物理 电动力学 理论物理,相对论 量子场论 粒子物理 天体物理 量子力学,流体力学 弹性力学 无线电电子学 金属物理学 半导体物理 电介质物理学 超导物理学 等离子体物理天文学 物理化学 生物物理 固体发光 液晶及激光,电子技术 电工与电子学 传感器与测量技术 真空技术 金属材料及热处理 材料力学性能 电子电路 电磁场与微波技术 微机原理 电子与现代通信系统,
9、推动了电子学信息技术的发展第三次产业革命使人类进入了“信息化时代”,2.物理学是当代工程技术的基础,物理学的三次大的突破，导致了三次大的工业革命：,18世纪热力学与统计物理学的发展,推动了第一次产业革命,使人类进入了“蒸汽机时代”,19世纪末20世纪初电磁学的发展,推动了第二次产业革命使人类进入了“电气化时代”,20世纪初现在相对论与量子物理学,物理学的新突破,重大新技术领域出现,卢瑟福 粒子散射实验(1909),核能利用(40年代以后),爱因斯坦受激辐射理论(1917),第一台激光器(1960),信息技术的产生和发展的硬件部分,以物理学成果为基础,量子力学 费米狄拉克统计 固体能带理论(20
10、年代)微结构物理(物理),晶体管诞生(1947)集成电路(1962)大规模集成电路(70年代后期),3.物理学发展史简介,物理学发展可分为三个时期：公元前2000年公元1600年：古代物理学发展时期 物理学萌芽期1600年1900年：经典物理学建立和完成时期1900年1930年：现代物理学发展时期1930年现在：粒子物理、天体物理、生物物理等,三、物理学与应用技术,1.迅速发展的汽车工业,汽车的驱动力、阻力矩问题平稳性与汽车的减震问题汽车的制动器与离合器问题,汽车的发动机工作效率问题,力学,热学,热力学第二定律、卡诺定理、循环效率,2.家用电器,电冰箱制冷机空调机,热力学第二定律，卡诺定理，制
11、冷系数,微波炉,电磁场 位移电流 电介质极化 麦克斯韦方程组,改变电偶极矩，使电介质反复极化，使分子热运动加剧，有热效应，但与焦耳热完全不同微波炉,3.信息存储技术,光盘激光信息处理：极高的信息存储密度、读取信息时间短、使用寿命长,磁盘（软盘、硬盘、U盘）电磁记录,4.激光技术的应用,爱因斯坦受激辐射理论(1917),第一台激光器(1960),激光技术的应用：光通信、光计算、激光加工(焊接、切割)、激光印刷(激光打印机、激光照排机、激光复印机、激光制版机)、激光生物应用、激光医学应用(激光刀、激光治疗)、激光测距、激光测速、激光导向、激光雷达、激光制导、激光武器,5.国防航天领域,运载火箭和航
12、天飞机：,同步轨道卫星：保持在地球某一经度的地面上空、运行周期与地球自转周期相同。通信卫星、气象卫星。根据开普勒第三定律可以计算出卫星的高度，再由克服地球引力所做的功和机械能守恒定律可计算出发射速度。,火箭推进原理，动量定理、动量守恒定律,导弹的制导：,有线指令制导、电视制导、微波雷达制导、激光制导、红外制导、毫米波制导。,6.医疗器械与医学诊断技术,目前在医学上主要用于观察：肝脏、胆囊、肝外胆管、肾脏、肾上腺、胰腺、脾脏、前列腺、卵巢等。真实、直观、快捷、方便、容易、无痛苦。,B超B型超声波诊断仪 声波、超声波、反射、折射、透射、吸收、衰减、多谱勒效应、探测、显示、成像、记录；除物理学外还涉
13、及电子学、人体组织学等。,三维图像（立体）,从 静 态,黑 白,动态（快速成像）,彩色（彩超）,二维图像,目前在医学上主要用于观察：大脑中病变、中枢神经系统疾病五宫疾病的检查与诊断等。对颅内肿瘤、脓肿、外伤血肿、脑损伤、脑梗塞、脑出血及椎管内肿瘤、椎间盘脱出等病诊断效果很好。,X射线与CT扫描 X射线、强度衰减、穿透特性、电离效应、光化学效应、荧光效应、CT(计算机断层成像技术)电子束、扫描、接收、造影、成像等。,目前在医学上主要用于：神经系统疾病，如肿瘤、脑梗塞、血管病变、脑外伤、先天畸形等。,核磁共振成像装置 核磁共振是一门利用原子核在磁场中的能量变化来获得关于核的信息的技术。已经广泛应用于物理、化学、生物、医学、地质等各个领域。在医学上的核磁共振成像已成为最有效诊断技术。,晶体的基本结构、半导体材料、超导材料、纳米材料、液晶材料、生物材料,8.新材料的研究,原子能发电、太阳能发电、磁流体发电、化学能发电、能源的再生与保存等,7.能源开发与利用,
