Universe Composition and Motion 世界组成及运动
Physics studies the composition of our world (including matter and energy 物质和能量) and the laws governing their motion and evolution (运动规律和演化规律).
集成电路，中国芯 ，硬件和软件，先 进制造，5G通信, 光纤通讯
能源：水电，火 电，光伏，核电 新能源：产生及 存储技术
Physics and Biological World: Cells 物理学与生物世界：细胞
人体--器官--组织--细胞-细胞器--生物分子
新冠肺炎病毒微观结构 COVID-19， SARS-COV-2
问题、困难和解决方法
问题和困难：
1.中国经过四十年快速发展，GDP世界第二，经历 跟跑、并跑、领跑的转变； 2. 中美碰撞、矛盾激化，世界不太平 3. 出口受限，人口红利趋薄，经济下行压力增大； 4. 集成电路、芯片、核心软件、高端制造业、生物 医药等关键材料和器件等多个卡脖子的技术；
解决方法：改革开放， 一带一路，扩大内需，
自然力：物质和能量
物质：宏观、微观、介观和宇观 能量：热能、光能、机械能、化学能、电磁能、原子核裂变和聚变能 物理学为理解和应用自然现象和自然力提供理论和方法；化学为大规模创 造新物质提供理论、方法和技术；生物学和医学为理解和改善生命和人类 自身提供理论、方法和技术；数学为自然科学和工程技术提供方法；
生物医学和制药
屠呦呦（中国首位诺贝尔医学奖获得者， 2015年）
SARS病毒微观结构
新冠肺炎病毒微观结构
COVID-19， SARS-COV-2
非洲猪瘟等病毒结构
现代化大工业背后的科学技术
人类社会的发展历史是不断扩展利用自然力的历史
石头与火的史前时代青铜器和农业的奴隶时代铁器和农业的封建时代 蒸汽机和工业时代电力和电器时代汽车、半导体和计算机时代 互联网时代绿色、环保、健康、智能时代
红细胞和白细胞
神经元细胞
细胞的结构和功能
物理学对生物医学的贡献
光学显微镜 1665年发明，打开了微观世界的窗口
相衬光学显微镜 1932年发明
X射线的发现打开了医学成像的窗口， CT仪器的发明打开了快速精准成像的窗口
现代医学成像和诊断仪器
X光胸透
CT成像
超声腹部成像
核磁共振成像
世上最清晰的癌细胞转移3D影像拍摄
新工科 = 理ห้องสมุดไป่ตู้+传统工科
新物理+新材料+新技术 综合 先进制造技术与工程应用 新一代信息技术、新材料、新能源、人工智能、健康医疗、现代农 业、资源环境、航空航天、国防军事的关键核心材料、器件和系统
现代大学教育=传统理工科+人文社会科学+新工科/新文科/新医科
物理是工科的基础，更是新工科的基石
牛顿
爱因斯坦 麦克斯韦 玻尔
卡文迪许
伽利略
费曼
狄拉克
普朗克
法拉第
What this course will teach 课程内容
经典力学：牛顿三定律，力、速度、加速度；时间、空间；质点，刚体； 平动、转动、运动；质量、惯量；能量、动量；机械能、内能、功 分析和 求解物体的运动；（Chapter 1-11）
现代物理学：光学、相对论、原子物理、量子物理、固体物理、核物理和
粒子物理等 学习和掌握与现代生活密切相关的现代物理知识（Chapter 3444）
How to teach and how to learn 教学和学习方法
经典力学拓展：弹性力学、流体力学、机械振动和波、热学和热 力学学习利用经典力学解决实际的科学和技术问题（Chapter 12-20）
电磁学和电动力学：电荷、电流、电场、磁场、电磁波；库仑定律、高斯
定理、安培定理、必奥-萨伐尔定理、法拉第电磁感应定律麦克斯韦方程组 学习解决电学、磁学、电路、电磁场和电磁波的科学和技术问题（Chapter 21-33）
Atom: Building Unit of Universe 原子：构造世界的基本单元
Atom： electrons and nucleus 原子组成：电子和原子核
原子
原子核
电子
光子波长
1010 m
1015 m
1018 m
106 m
Light-matter interaction, emission, absorption and scattering of photon and light by atom and electrons; Electromagnetic interaction (电磁相互作用):
Physicists Invent Particle Accelerators 粒子加速器
Large electron-positron, hadron-hadron collider 欧洲核子中心CERN， 大型正负电子对撞机(LEP)和强子对撞机(LHC)
E. Rutherford
Large Particle Accelerators and Detectors 大科学工程：巨型粒子加速器和探测器
欧洲核子中心CERN， 大型正负电子对撞机(LEP)和强子对撞机(LHC)
Ordinary World: Humans Life
物理学和人类日常生活密切相关 万物皆道，格物致知
Physics and Materials, Energy and Information Technology 人类社会运转三要素：物质、能源和信息
Black Holes 黑洞
Collision of Galaxies 星系碰撞
Andromeda Galaxy (仙女座星系)
Sun and Earth 太阳系和地球
Solar System (太阳系)
Sun (太阳)
Planets (太阳系八大行星)
Earth and Moon (地球和月球)
Atomic physics, quantum mechanics, and optics
Fundamental particles 基本粒子
Electron, proton, nucleon, quarks, and their anti-particles (电子，质子， 中子，夸克及其反粒子); Strong and weak interactions (强相互作用和 弱相互作用): Particle physics and nuclear physics
世界各层次的组成、运动和演化---物理学各个分支
Universe and Galaxy 宇宙和星系
from Big Bang to Universe 宇宙大爆炸诞生及演化 (137 亿年)
Gravitation Interaction (万有引力)
Galaxies（星系）
Milky Way Galaxy（银河系） 100,000 light year
技术攻关，解决卡脖子难题
高等教育改革：提升数学、物理、化学、生物
、历史、哲学等理科和文科基础学科的地位
先进制造业
超大规模集成电路、微电子芯片：手机和电脑的心脏
通讯产业
远距离光纤通讯，微电子芯片信息处理、交换和计算，移动互联网
世火箭， 神州号太空飞船，天宫一号、二号太空站， 嫦娥4号 探月工程，墨子号量子科学卫星，悟空号暗物质探测卫星，北斗导航卫 星组网成功等等，中国航天事业井喷式发展，体现了中华儿女英雄壮志 。
大学物理上
伟大时代与家国情怀
2018年10月18日，党的十九大
1. 中华民族五千年的悠久历史和文化传承，壮丽的大好河山、富饶美丽的国土 2. 中国人民勤劳勇敢、聪明睿智，勇于创新创造，向往美好生活 3. 社会主义进入了新时代，中国人民站起来、 富起来、 强起来 4. 中华民族伟大复兴的中国梦，两个一百年目标进入了关键期 5. 决胜全面建成小康社会，开启全面建设社会主义现代化国家新征程 6. 改革开放四十年 7. 新中国成立70周年
2018年4月
纳米级大脑成像，看清晰大脑每个神经元
2019年1月，果蝇的完整大脑成像 膨胀显微技术+荧光显微成像技术
500 Years Evolution of Physics 物理学五百年历史
1. 物理学启蒙时期，15-16世纪 文艺复兴， 哥白尼（1473-1543），第古（1546-
1601），伽利略（1564-1642），开普勒（1571-1630），利用天文观测和物理实 验，解除了宗教旧思想的桎梏，建立了科学思想和实验方法。
战略性新兴产业
人工智能
新能源
新材料
10万 亿元
先进制造
新一代信息技术
粤港澳大湾区建设
物理学和日常生活密切相关
Chapter 0
Preface: Why Study Physics 绪论：为什么学物理
0-1 Universe Composition and Motion 世界组成及运动 0-2 Macroscopic World: Universe 宏观世界：宇宙 0-3 Microscopic World: Atoms 微观世界：原子 0-4 Ordinary World: Humans Life 人类生活 0-5 Biological World: Cells 生物世界：细胞 0-6 500 Years Evolution of Physics 物理学五百年历史 0-7 What this course will teach 课程内容
4. 现代物理学兴起，20世纪，相对论和量子力学的诞生、成熟和应用。普朗克（
1858-1947），爱因斯坦（1879-1955），玻尔（1885-1962），海森堡（19011976），薛定谔（1887-1961），狄拉克（1902-1984）。揭开了微观世界物质运 动的规律，为无线电、半导体、化学化工、计算机、集成电路、原子能、航天技术 、人工合成材料、分子生物学和遗传工程的发明和应用奠定了理论基础，推动了第 三次工业革命（计算机和信息技术）。