电子教案下载：
DESCRIPTION
电子教案下载：. 1 ： http://www. phycai.sjtu.edu.cn/wis/ 2 ：选择“学生”登陆方式。 3 ：用户名 --- 个人的学号。 4 ：密码 --- 个人的学号（初始密码，进去后可以 修改）。. * 空间尺度 ( 相差 ) : 150 亿光年 ( 宇宙 ) ( 夸克 ). * 时间尺度 ( 相差 ) : 150 亿年 ( 宇宙年龄 ) ( 硬 射线周期 ). 绪 论. 0-1 什么是物理学 (physics) 物：物质结构、性质 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
电子教案下载：
1： http://www. phycai.sjtu.edu.cn/wis/2 ：选择“学生”登陆方式。3 ：用户名 --- 个人的学号。4 ：密码 --- 个人的学号（初始密码，进去后可以 修改）。
绪 论 0-1 什么是物理学 (physics)
物：物质结构、性质 理：物质运动、变化规律 研究范围：
)log(cos
)(
)(
)(
icalmo
mesoscopic
cmacroscopi
cmicroscopi
宇观介观宏观微观
系统：
* 空间尺度 ( 相差 ):150 亿光年 ( 宇宙 ) ( 夸克 )
4645 10~10 m2010~
* 时间尺度 ( 相差 ):150 亿年 ( 宇宙年龄 ) ( 硬 射线周期 )
4510 s2710~
温度（K） 能量（eV） 物理过程1032 1028 粒子产生
1028 1024 大统一 ‘ ’大沙漠
1013 109 强子1011 107 轻子
5 × 109 5× 105e +e- 湮没中子自由衰变
109 105 核合成
4× 103 0· 4复合星系形成
2· 7 3 × 10－4 现在
标准宇宙模型给出的宇宙生成发展
人类通过实验认识物质组成的历程依靠高能粒子加速器的发展依靠高能粒子加速器的发展
分支
计算物理理论物理实验物理
物理学：
引力和宇宙学等等离子体物理
原子分子物理、光学核物理、凝聚态物理
物理学：
）生、化、材料、地球等一切自然科学的基础（
)1760( s第一次技术革命蒸气机牛顿力学、热力学 )1870( s第二次技术革命电力系统、无线电电磁学
)1940( s第三次技术革命高新技术近代物理
意义：
知识之树物理
定性的定量的人类理解
土木工程
医学
化工 机械工程
电气工程建筑学
应用数学
结构学生物化学工程 航空学
自然法则
汽车学
核能
0-2 物理学上的重大事件 1687 《自然哲学的数学原理 》 (Newton)
1850s 热力学、麦克斯韦方程组 1905,1916 狭义、广义相对论 (Einstein)
1920s 量子力学 1950 Parity(1956,Lee&Yang)
DNA(1953,Watson&Crick)
Yang-Mills Theory(1954)
1960s Electro-weak(Weinberg,Salam,Glashow)
1965 Microwave background radiation
1980 Quantum Hall effect(Klitzing)
1982 Fractional QHE(Tsui)
1986 High Temperature Superconductivity(Muller)
1990 New Solution of Einstein Equation
1995 Bose-Einstein Condensation
1996 Blackhole Alpha magnetoscopy1998 Mass of neutrino
0-3 Top 10 Most Beautiful Experiments in Physics
A poll of the <Physics World>Robert P Crease reported, Sept 2002
1 Young‘s 双缝实验用于单个电子的干涉 2 Galileo‘s 自由落体实验 (1600s)
3 Millikan‘s 油滴实验 (1910s)
4 Newton‘s 三棱镜分解阳光 (1665-1666)
5 Young‘s 光干涉实验 (1801)
6 Cavendish‘s 扭摆实验 (1798)
7 Eratosthenes‘ 测量地球周长 (3rd century BC)
8 Galileo‘s 斜面上滚动球实验 (1600s)
9 Rutherford‘s 背散射 (1911)
10 Foucault‘s 摆 (1851)
1. Young's double-slit experiment applied to the interference of single electrons
2. Galileo's experiment on falling bodies (1600s)
3. Newton's decomposition of sunlight with a prism (1665-1666)
4. Millikan's oil-drop experiment
Robert A Millikan(1910s)
5. Young’s double slit light-interference experiment
Thomas Young (1801)
6 Cavendish's torsion-bar experiment (1798) Henry Cavendish
7 Eratosthenes' measurement of the Earth's circumference (3rd century BC)
8 Galileo's experiments with rolling balls down inclined planes (1600s)
9 Rutherford's discovery of the nucleus (1911) Ernest Rutherford
10. Foucault pendulum Jean Bernard Leon Foucault to demonstrate the spin of earth
The first Foucault pendulum exhibited to the public was in 1851, suspended a 28 Kg bob by a 67 metre wire from the dome of the Pantheon ( 先哲祠 )in Paris
第一章 质点运动学
§1-1 矢量代数一、、标量和矢量 标量： m,t,q 等 矢量：大小、方向、平行四边形法则， 等BE
,
A
Ae
A
Ae
AA
A
单位矢量：
矢量的模：
平行四边形法则 : A
BC
BAC
三角形法则： A
BC
多边形法则：
A B
C
D
CBAD
矢量之差：
矢量之点积：
矢量之叉积：
大小：
方向：
A
BC
BAC
A
BcosABBA
CBA
sinABC
A
B
C
右螺旋
二、、解析运算kAjAiAA zyx
轴分矢量沿xiAx :
轴分量沿xAx :
kBjBiBB zyx
kBAjBAiBABA zzyyxx
)()()(
zzyyxx BABABABA
kBABAjBABAiBABABA xyyxzxxzyzzy
)()()(
xA
zA
yA
x
y
z
A
三 、、矢量函数的导数)( xfy 标量函数：
),(),( )( trBtvtAA
例：矢量函数：
ttt )()( ttAtA
)()( tAttAA
、方向之变化矢量之增量，反映大小:A
)(tA
)( ttA
A
2A
1A
21 AAA
改变方向 改变大小
之导数对矢量函数 ttA )(
t
A
t
tAttA
dt
Adtt
limlim00
)()(
之方向的极限还是矢量，方向：注： AdAtdt
Ad
,0
Adt
AdtA
)( 大小不变特例：
ktAjtAitAtA zyx
)()()()( 直角坐标系中：
kdt
dAj
dt
dAi
dt
dA
dt
Ad zyx
)(tA
)( ttA
A
§1-2 质点运动的描述动力学研究对象：机械运
))(),((
动力学：因果关系等运动学：运动的描述 tvtr
参照系一 定义.1任意性.2
、均匀、各向同性理想参照系：充满宇宙狭义相对论否定以太参照系 ）宇宙背景辐射（电磁波
3. 一个事实：运动描述的相对性和运动的绝对性
坐标系坐标参照系 .4
质点二
“ ”物体尺寸 小.1
平动.2
实物.3
s e
质元
§1-3 位矢方程
位矢一
x
y
z
or
矢量性.1
kzjyixr
直角坐标系：
r
z
r
y
r
x
zyxrr
cos cos cos
222
方向：
大小：
p
opr
极坐标系 ：
p
o
r
横向单位矢量径向单位矢量
:
:
e
er
re
e
rerr
)( ),( ree
瞬时性.2
位矢方程或运动方程 )(trr
极轴
ktzjtyitxtr
)()()()( 直角坐标系：
)()()( tetrtr r
极坐标系：
参数方程分量形式：
)(
)(
)(
tzz
tyy
txx
)(
)(
t
trr
分量形式：
222
sin
cosryx
try
trx
例：
crforczyxf ),( ),,( 轨道方程：czyxg ),,(
二 自然坐标系
自然坐标:s
)(tss
切向单位矢量:te
法向单位矢量:ne
op
te
ne
s
§1-4 位移 速度一、、位移 A B
o
tt t
r
Ar
Br
s
AB rrr
矢量性.1
A
B
C
1t
21 tt
2tBCABAC
kzjyixr
kzjyixr
直角坐标系：
xy
z
2. 与路程不同矢量、标量.a
rsb
.
rst
0
rdds
AB rrr
注：定义
rr
r
s
Ar
Br
二 速度
t
r
t
ABv
平均速度：
t
r
r
大小：
方向：
dt
trd
t
rtv
t
)(lim)(
0
瞬时速度（速度）：
之方向时方向： rt
0
点处轨道之切线沿ArAB
AB
r
t
tt
AB
r
BAv
大小（速率）：
t
r
dt
rdvv
t
0lim
rsrstt
00limlim 但
dt
ds
t
sv
t
0
lim
kzjyixr
.1直角坐标系：
kvjvivkdt
dzj
dt
dyi
dt
dx
dt
rdtv zyx
)(
dt
dzv
dt
dyv
dt
dxv zyx zyx vvvv 222
2. 自然坐标系 :
dt
dsv tt e
dt
dsevv
P 例如图示小船在绳子的牵引下运动，求船靠岸的速率。
解：
或：由：
和
得到船的靠岸速率：
0v
v
l
s
h
§1-5 加速度AB vvv
速度增量：
t
va
平均加速度：
2
2
0lim
dt
rd
dt
vd
t
va
t
瞬时加速度：
kzjyixr
.1直角坐标系： kvjvivv zyx
kdt
dvj
dt
dvi
dt
dv
dt
vda zyx
tt tA B Bv
Av
a
kdt
zdj
dt
ydi
dt
xd
dt
rd
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
dt
xd
dt
dva xx
2. 自然坐标系 :
tedt
dsv
dt
ed
dt
dse
dt
sd
dt
vda t
t
2
2
2
2
dt
sd
dt
dvat 切向加速度分量：
)()( tettee ttt
nt ee
//: 0 方向 tt ee
大小：
nt ee
nnt
t
t
t edt
dett
e
dt
ed
00
limlim
dt
ds
ds
d
dt
d
sds
ds
0
lim之夹角)(),(: ttete tt
之路程21: pps
o
1p
2p
)(tet
)( ttet
te
s
0,0 ssds
dk
t
0
lim曲率：
2/3
2
2
2
)(1
dxdydxyd
kk
1曲率半径：
nt
nt
evedt
dv
edt
dse
dt
sd
2
22
2
1
1
)(
21van
法向加速度分量： nntt eaeaa
)0( ,//,0 dt
dvvveaa ttt 增加注：
p te
ana
tadt
ed
dt
dse
dt
sda t
t
2
2
nt edt
d
dt
dse
dt
sd
2
2
特例：圆周运动
Rdt
dRR
dt
d
dt
dsv )(
R
dt
dR
dt
dvat
222 )(11
RR
Rvan
R
s
角速度: 角加速度:
§ 1-6 运动学两类问题
)(),( )( .1 tatvtrr
求：已知：
2
2
, dt
rda
dt
rdv
方法：求导
)( )()( .2 trtatv
求：或已知：
积分方法 :
P17 例 1-3
226
2
ty
tx
tn aavv
vrrtt
, (4) ,)3(
,, 21(2) )1(
21
轨道方程求：
2/6 2xy 解：
x
y
1v
2v
r
1r
2r
jtitr
)26(2 2jir
421 jir
242
jirrr
6212
012 rrr
)/(62 smjit
rv
jtidt
rdv
42
jtidt
rdv
42
dt
dvat 方法一：
2
2
41
8)412(
t
tt
dt
d
2van 1 yxy2/6 2xy
23
223
223
2 )41(
1
)1(
1
)1(
1
txy
y
223
2
2
41
4
)41(
)41(4
tt
tan
222 aaa tn 方法二：
jdt
vda
4 162 a 2
22
41
4
taaa tn
jtitr
)26(2 2
[例 ] 一质点沿 x轴作直线运动，其加速度为在 t=0 时， v=0， x=A，其中 A、 都为正的常数。求质点的运动方程。
tAa cos2
解：tA
dt
dv cos2 tv
00 tdtAdv cos 2
tAv sin
tAdt
dx sin tdtAdx sin tx
A 0
tAx cos
g
na
v
p
点处轨道曲率半径求Pcosgan
cosg
v
a
v
n
22
§1-7 相对运动avravr
,,,,
rRr
离测量与参照系无关成立前提：空间两点距
dt
rd
dt
Rd
dt
rd
dt
Rdu
dt
rdvst
: 系时间
vtd
rd
dt
rdtt
则：如：
vuv
关前提：时间与参照系无
绝对时空观
x
y
o
rR
po r
x
y S S u
dt
vd
dt
ud
dt
vd
a
dt
uda
例：
vvv
0
0v v
0vv
v
P24 1.6 如质点限于在平面上运动 , 指出符合下列条件的各应是什么样的运动 ?
0 0)3(
0 0)2(
0 0 )1(
dt
ad
dt
dadt
vd
dt
dvdt
rd
dt
dr
dt
rdv
圆周运动
dt
vda
匀速率曲线运动
匀速率圆周运动
P24 1.7 一质点作斜抛运动 , 代表落地时刻。说明下面积分的意义。
dtvt
x1
0
o
A B
AB
x
x
txxdxdt
dt
dx B
A
1
0
1
0
tvdt sdsdt
dt
ds st 00
1
B
Ard
AB rr
B
Ard
sB
Adr AB rr
Br
Ar
r
1t
例：质点在水平面内沿半径为 R 的圆轨道运动。已知质点在 P 点的加速度为 , 式中 为质点相对 O 点的位矢， A为常系数，分别计算
质点在 P 点处的
rAa
r
.,dt
ds
dt
dv 030cos2Rr
RAa2
330sin 0
R
vRAaan
20
2
330cos
dt
dsRAv
2
3030
o
r
p
nata
a
v
2Rtadt
dv
s
分子人巨鹰星云：新生星体的摇篮
欧洲将上演“宇宙大碰撞” 搜寻“上帝粒子”
对撞机将把两束质子加速到接近光速然后释放，并使质子高达14 万亿电子伏的能量在隧道中相互碰撞，每秒钟约有 8 亿次，这将重现约 140 亿年前诞生宇宙的大爆炸后的情形。
在瑞士日内瓦的地下，一个长达 27公里的科学设备正在逐渐成型（大型强子对撞机 LHC ），将于 2008年 9月投入试用。一旦正式投入运行，可能在几个星期内揭开“上帝粒子”（希格斯玻色子）是否存在之谜。
We still have a long way to go.
Theorist
Experimentalist
February 18, 2001 SEARCH Scientists Bring Light to Stop By Discovery.com News Jan. 18, 2001 — Researchers have stopped light in its tracks, then released it again, a feat that could ultimately accelerate the speed of computing. Two independent teams of physicists reined in light, reports Thursday's New York Times. One team was led by Lene Vestergaard Hau of Harvard University and the Rowland Institute for Science in Cambridge, Mass., and the other by Ronald L. Walsworth and Mikhail D. Lukin of the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, in Cambridge
