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典型的质量
已知宇宙 银河系 地球 人 灰尘 烟草花叶病毒 质子 电子
1053 k g 2.2 1041 k g 6.0 1024 k g 6.0 101 k g 6.7 1010 k g 2.3 1013 k g 1.7 1027 k g 9.11031 k g
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典型的时间
宇宙年龄 地球的年龄 人的平均寿命 一天 典型的分子旋转周期 快速运动粒子穿越原 子核的时间
自己的物理图象。
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大学 把大学生领进物理学的各个领域的大 物理 门。打开大门，并送一枚指南针，使 课的 之能在物理学展示的五彩缤纷的世界 任务 中汲取营养，茁壮成长。
参考书目
“大学物理学基础教程” 物理学院基础教研室编 “大学物理学”一套五册（第二版），张三慧主编 “大学物理通用教程”，北京大学出版社鈡锡华等 “基础物理学”上下册， 陆果
宇宙是怎样运动的呢？ 进行绝热膨胀 宇宙半径增大 宇宙密度降低 温度降低
二、关于两个前沿的基本理论
粒子物理学(微观理论) 1、标准模型 2、认定基本粒子 3、揭示物质的组成 高能物理实验(实验手段)
发展加速器取得实验数据 验证微观理论 4
天体物理学(宇观理论) 1、标准宇宙模型 2、分析宇宙的起源 大爆炸宇宙学
▲ 打好学习其它学科的基础 ▲ 提高科学素质和能力,以适应社会发展的需要
★ 学习物理对提高科学素质有重要作用：
（1）培养辩证唯物主义的世界观 （2）学会掌握科学的方法 （3）培养科学思维能力、发展智力 （4）培养探索与创新精神
★ 现代科学技术人员必须具备良好的科学
素质。
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关于学习方法和学风的要求
（技术）
现代光学
（物理）
★被誉为第二次工业革命的整个信息技术的发生、 发展，其硬件部分几乎都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年代）
（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）
（技术）
微结构 物理
（物理）
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§4 为什么要学习物理学
速度量纲 ［v］=LT-1
或 dimv=LT-1
加速度量纲 ［a］=LT-2 或 dim a=LT-2
力的量纲 ［F］=LMT-2 或 dimF=LMT-2
例1.求万有引力F=GMm/r2常数G的量 解纲 :[G]=[F][r2] / [m2]=LMT-2 ·L2 / M2=L3M-1T25-2
几个非常重要的物理常量
空间尺度(相差1045－1046) 1026 m(约150亿光年)(宇宙)－10－20 m(夸克)
时间尺度(相差1045) 1018s 150亿年(宇宙年龄)-10-27s(硬 射线周期)
速率范围0(静止) - 3x108 m/s(光速)
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物质世界总图像
人们从自己向小尺度追问 以探索物质的组成 物理学上对应 粒子物理学
三、时间和时刻
一个过程对应的时间间隔称时间，某一瞬时称时刻。
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§1.2 力学中的数学描述方法
运动学： 位移、速度、加速度 矢量加（减）法、矢量微积分， 坐标系及矢量的坐标表示， 角速度矢量的叉乘（矢量积） 相对运动坐标变换
y
Q s r2 r p
r1
x
z
动力学： 力、矢量加（减）法、力矩、角动量、矢量的叉乘 （矢量积）、功、矢量的点乘（标量积）、线积分
▲ 反对应试观点，重视素质和能力的培养，特
别是创新意识的培养。
▲ 重视预习和复习，主动培养自学能力，适应
各种讲课方式（如讲思路、讲背景、讲重点
和难点）。 ▲ 记笔记(要记思路、要点和有特色的内容)。
▲ 高质量地及时完成作业，摈弃“题海战术”。
▲ 严守课堂纪律（不迟到，不随便说话）。
要勤于思考,悟物穷理，不断建立
目前天体物理理论和粒子物理理论已成为密不可分 的姊妹学科
标准宇宙模型给出的宇宙起源与基本粒子的标准模 型给出的物质组成是一致的。
从而体现了物理学的和谐、完美和对称。
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 开始，通过各种实验手段(比如，加速器)把物 质打开，探索内部的由来。
5

6
§2 物理学与科学思维
一、物理学的研究方法
演绎法 －推理，演算 归纳法 －假设，模型 定性和半定量
提出命题 推测答案 理论预言 实验检验
应用
物理上的直觉、 想象力、洞察力 也常常产生重大 突破和发现
修改理论
物理学是一门理论和实 验高度结合的精确科学.
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具体地说，物理学还有许多有特色的方法
★ 对称性分析 ★ 守恒量的利用 ★ 简化模型的选取 ★ 概念和方法的类比 ★ 定性和半定量分析 ★ 量纲分析 ★ 能量分析 ……
1.米是SI的长度单位, 1m=C/299792458 (C为真空中光速)
2.千克是SI制的质量单位.质量包含F=ma中惯
性质量m和万有引力F=GMm/r2中引力质量m, 在概念上它们有本质差异,但理论和实验上都 证明它们相等. 3.秒是SI制的时间单位.
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典型的长度
可观察到的宇宙的半径 1026 m
物理学使人们 深入认识世界
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§1 物理学与物质世界 第23届国际纯粹物理与应用物理联合会（IUPAP）大 会（99.3.16—21）通过的“决议五”中十分精辟地指
物出理：学是研究物质、能量和它们的相互作用的学科。
一、物质世界
研究的对象十分广泛 宇观、宏观、介观、微观，为 人们描绘出一副五彩缤纷的图画
只有参照系还不能定量地描述物体的位置。需要在参 照系上固定一个坐标系,这样就可定量描述物体的位置。 常用坐标系有直角坐标系、柱坐标系和球坐标系。
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二、质点和刚体
在某些问题中，物体的形状和大小并不重要，可以 忽略，可看成一个只有质量、没有大小和形状的理想 的点，这样的物体可称为质点。 在某些问题中，物体的形状和大小不能忽略，但是外 力作用下发生的形变可以忽略，可看成一个有质量、 有大小和形状、但不会发生形变的理想物体，这样的 物体可称为刚体。
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§1.3 力学中的基本物理量
3.1 力学的基本单位和导出单位
研究问题时会碰到许多物理量,但它们之间有一定联 系,为了方便可选一些物理量作为基本物理量,简称为 基本量.并规定这此基本量的单位,称之为基本单位.由 此导出的物理量简称为导出量,其单位称导出单位.
3.2 力学的单位制 力学中，将长度、时间和质量选为基本物理量:
米·秒·千克制
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SI基本单位
长度 质量
米
m
千克
kg
时间
秒
s
电流
安[培] A
热力学温度 开[尔文] K
物质的量 摩[尔] mol
发光强度 坎得拉 cd
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SI制是米·千克·秒制,是标准国际实用单位制,即MKS 制.此制中物理量长度的单位用米(M),物理量质量的 单位用千克(Kg),物理量时间的单位用秒(S).
目前物理学界公认组成物质的最小单元是夸克 即认为quark没有内部结构,但近来有消息称:
quark 也可一分为二,说明认识是无止境的
基本的相互作用 : 电磁相互作用、弱相互作用、强、引力相互作用
不同尺度和速度范围的对象要用不同的物理学 规律研究
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人们从自己向大尺度追问以探索宇宙的奥秘 物理学上对应 天体物理学
地球半径
6.4 106 m
人的典型高度
1.8 100 m
书页的厚度
1104 m
氢原子半径
5 1011 m
质子有效半径
1.2 1015 m
弱电统一的特征尺度
1018 m
普朗克长度
1035 m
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宇观和微观常用尺度
注：不是SI单位
天文单位 光年 埃(Å )
1.4959781108 km 9.4607301015 m 1.0 1010 m
3 1017 s 1.3 1017 s 2 109 s 8.6 104 s 1 1012 s 3 1024 s
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3.3 力学的量纲
力学中的物理量可用基本物理量某种组合式 来表示, 此式称量纲式,简称为量纲.
SI制中,长度.质量.时间三个基本物理量的量纲 L.M.T,其他各物理量可由这三个字母来组合,用 中括号表示量纲记号,表示法如下:
▲ 历史上物理与技术的关系大致有两种模式： 技术－物理－技术(以第一次工业革命为标志)
物理－技术－物理(以电气化进程为标志) ▲ 20世纪两种模式并存、交叉， 但几乎所有重大
新技术的创立， 都是以物理学的发展为先导的。9
例如：
★ 爱因斯坦受激辐 射理论（1917） （物理）
第一台激光器 诞生（1960）
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质点运动学的基本概念
一、参照系和坐标系 宇宙中的一切物体都在运动，没有绝对静止的物体， 这叫运动的绝对性。
为了描述一个物体的机械运动，必须选另一个物体作 参照物，被选作参照的物体称为参照系，参照系的选 择可视问题性质而任意选定。 同一物体的运动，由于我们选取的参照系不同，对 它的运动的描述就不同，这称为运动描述的相对性
真空中的光速
c299792458m / s
普朗克常量
h 1.054572661034 J s
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引力常量
G 6.67259 10 11 Nm2 / kg2
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3.4 牛顿力学的适用范围
宏观、低速。
作业：1-3,1-4 (旧版) 1-4,1-3 (新版)
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二、物理学家的科学态度
1/3 激奋在于 建立理论 物理学家的 1/3 激奋在于 证实理论
爱因斯坦是典范 1/3 激奋在于 突破理论