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1、第一章 物理学和力学,1.1发展着的物理学,1.2 物理学研究的方法,1.3 时间和长度的测量,1.4 单位制和量纲,1.5 数量级估计,1.6 参考系坐标系与时间坐标轴,1.7 力学学习物理学的开始,第一章 物理学和力学,没有今日的基础科学, 就没有明日的科技应用, 可以想象, 我们现在的基础科学将怎样地影响21世纪的科技文明.,李政道,物理学属于基础科学范畴,是一门素质课,物理思想和物理方法是一个科学工作者灵感之所在,基础之所在.,力学学习物理学的开始.,1.1发展着的物理学,1.1.1经典物理学与现代物理学,经典物理学,经典力学,经典热力学,经典统计物理学,经典电磁学,现代物理学基础,狭
2、义相对论,量子力学,广义相对论,牛顿,开普勒,伽利略,他们为经典力学的建立做出贡献,玻尔兹曼,他们为经典热力学统计物理的建立做出贡献,他们为经典电磁理论的建立做出贡献,X射线、电子、放射性的发现，物理学的研究由宏观转向微观 .,伦琴发现X射线,J.J.Thomson 发现电子,爱因斯坦,他们奠定了现代物理学基础,1.1.2 微观世界,1914年卢瑟福发现射线, 射线,建立了原子有核模型.,电子的发现，确认了原子是可分的，为探索原子结构以及为探索更深层次的结构开辟了道路.,物质是由轻子和夸克组成.,轻子有电子、 子、 子、电子中微子、 子中微子和 子中微子，每一种均有反粒子，共有12种.,夸克有
3、6种味，即上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克.每味又分红、蓝和绿3种色.,粒子之间有四种基本相互作用：引力相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用. 粒子之间的基本相互作用是通过交换某种粒子来传递的，即基本相互作用都是由媒介粒子传递的，这类媒介粒子统称为规范玻色子.,电磁力以光子为媒介，弱力的媒介为Z0和W粒子，强子的媒介有8种颜色的胶子.,1.1.3 宇宙的早期演化,1.1.4 非线性系统的复杂行为,一旦系统出现非线性,便可能呈现复杂行为.这种复杂行为有时会表现为规则的时空或功能有序,有时也会表现为貌似无序的序.复杂行为不仅能发生于物理和化学系统,也能发生于生命和社会系统
4、.,1.2 物理学研究的方法,观察:,实验:,假设:,理论:,在有充分实验事实的基础上归纳出来的原理、定律、规律等.,基本方法,抽象:,应用:,对现象的考察和研究.,在人工控制下，使现象重演.,抓住本质，建立物理模型.如质点、刚体.,对于现象的本质所提出的一些说明方案或基 本论点等.,将物理学理论用于实际.,目前国际通用的时间单位是秒（s）.为提高精度，1967年国际计量大会决定采用原子的跃迁辐射作为计时标准,并规定铯-133原子基态的两个超精细能级间跃迁相对应的辐射的9 912 631 770个周期的持续时间作为1s. 这样的原子标准称为原子时.,1.3.1 时间的计量,一切周期运动都可用来
5、量度时间。,1.3 时间和长度的测量,可用物体来计量长度.如古代测量长度常以人体的某部分作为单位和标准. 近代的测量长度单位是在法国的米制单位发展起来的（规定为通过巴黎的自北极至迟到的子午线的千万分之一为米）,目前在国际单位制中长度的单位是米（m）.在1983年国际计量大会商定以:“1m为光在真空中(1/29792458)s 时间间隔内所经路径的长度”.,1.3.2 长度的计量,1.4 单位制和量纲,物理学中,物理公式总是和一定的“单位制”相联系,“单位制”就是各物理量间相互配套的一组单位.,1.4.1 基本单位和导出单位,基本单位：选定几个物理量作为基本量,人为地规定 其单位，称为基本单位制
6、.,导出单位：从基本量导出的量称为导出量，其单位是基 本单位的组合，称为导出单位.,根据同一规律写出的公式，采用的单位不同，公式中出现的因子不同。如 s = kvt .,1.4.2 国际单位制(SI),基本量:长度 质量 时间 电流 温度 物质的量 光强度,单 位: m kg s A K mol cd,导出量: 速度 加速度 力 动量 ,单 位: m/s m/s2 N kg m/s ,辅助单位: 平面角 立体角,单 位： rad sr（球面度）,辅助单位可以参与导出单位，如角速率 rad/s,SI词头：因为用很大单位测很小的量或用很小单位测很大的量都不方便，为使单位大小相济，适应不同问题的需要
7、，在SI中规定了“SI词头”. 如表1.3.,1.4.3 量纲式,量纲：表示一个物理量由基本量的幂次组合的式子.,基本量选定后,导出量的量纲可由基本量的量纲的组合而得.,在国际单位制中,表示力学量A的量纲式为,如：,L为长度的量纲，,M为质量的量纲，,T为时间的量纲.,p、q、r 为量纲指数,1.量纲,速度的量纲,加速度的量纲,力的量纲,圆心角的量纲,(3)为推导某些复杂公式提供线索.,(1)用量纲检查等式的正误. 因为只有量纲相同的量才能彼此相等，所以等式两边的量的量纲必须相同.,(2)用量纲分析方程中比例系数的单位.,2. 应用,1.5 数量级估计,1.5.1 有效数字,1.520 有四位
8、有效数字 567.23 有五位有效数字,1.35cm 有三位有效数字 0.0135m有三位有效数字 1.0035 有五位有效数字 1.000cm有四位有效数字,注意：有效数字的位数与十进制单位的变换无关,即与小数点的位置无关.用以表示小数点位置的“0”不是有效数字,当“0”不表示为小数点位置时是有效数字.数据最后的“0”不能随便加上,也不能随便去掉.,某一数中可靠数字称作有效数字，它的个数称作有效数字的位数.例如：,1.5.2 数量级的估计,例如：88920 取9104 称“数量级估计”，实际上又将已估计的9104 以105 代之.用10的若干次方表示的数常称为“数量级”.,估计某数的数量级时
9、,常取整为一位有效数字乘以10的若干幂次.,1.6 参考系坐标系与时间坐标轴,任何物理过程都和时间和空间相联系.对机械运动而言,空间规定了运动物体的大小与位置;时间则规定了运动过程的长短和顺序.在经典力学范围内,空间与时间是脱离物质与运动的独立存在;空间是延伸到整个宇宙容纳物质的三维平直框架,时间犹如一座始终均匀转着的钟.,1.6.1 参考系和坐标系,被选作物体运动依据的物体或物体群称为参考系，与参考系固连的三维空间称为参考空间.同一物体的运动情况相对不同的参考系是不同的.,为了定量表示物体相对参考系的位置,可在参考系上建立适当的坐标系.即用固定在参考空间的一组坐标轴和用来规定一组坐标的方法.,1.6.2 时间坐标轴,所谓考察物体的运动,也就是考察物体的位置变动与时间的关系.因而考察物体的运动还必须有时间的坐标轴,坐标原点即计时起点,计时起点不一定就是物体开始运动的时刻. “时刻”对应于时间轴上一点,时刻为正或负表明在计时起点以后或以前.质点在某一位置必与一定时刻相对应. 时间间隔 指自某一初始时刻至终止时刻所经历的时间,它对应于时间轴上一区间.质点位置变动总在一定时间间隔内发生。“时间”一词有时指时间间隔,有时指时间变量.,1.7 力学学习物理学的开始,力学是物理学的有机组成部分.力学在物理学的发展乃至整个人类认识发展中具有重要的地位. 它也是高新技术发展的源泉和先导.,