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物理学,物理学由哪几部分组成?

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物理学由哪几部分组成?

物理学由以下几部分组成:

(1)牛顿力学与分析力学研究物体机械运动的基本规律及关于时空相对性的规律

(2)电磁学与电动力学研究电磁现象,物质的电磁运动规律及电磁辐射等规律

(3)热力学与统计力学研究物质热运动的统计规律及其宏观表现

(4)狭义相对论研究物体的高速运动效应以及相关的动力学规律。

(5)广义相对论研究在大质量物体附近,物体在强引力场下的动力学行为。

(6)量子力学研究微观物质运动现象以及基本运动规律

此外,还有:粒子物理学、原子核物理学、原子与分子物理学、固体物理学、凝聚态物理学、激光物理学、等离子体物理学、地球物理学、生物物理学、天体物理学等等。

扩展资料:

物理学六大性质:

1.真理性:物理学的理论和实验揭示了自然界的奥秘,反映出物质运动的客观规律。

2.和谐统一性:神秘的太空中天体的运动,在开普勒三定律的描绘下,显出多么的和谐有序。物理学上的几次大统一,也显示出美的感觉。牛顿用三大定律和万有引力定律把天上和地上所有宏观物体统一了。

3.简洁性:物理规律的数学语言,体现了物理的简洁明快性。如:牛顿第二定律,爱因斯坦的质能方程,法拉第电磁感应定律。

4.对称性:对称一般指物体形状的对称性,深层次的对称表现为事物发展变化或客观规律的对称性。如:物理学中各种晶体的空间点阵结构具有高度的对称性。竖直上抛运动、简谐运动、波动镜像对称、磁电对称、作用力与反作用力对称、正粒子和反粒子、正物质和反物质、正电和负电等。

5.预测性:正确的物理理论,不仅能解释当时已发现的物理现象,更能预测当时无法探测到的物理现象。例如麦克斯韦电磁理论预测电磁波存在,卢瑟福预言中子的存在,菲涅尔的衍射理论预言圆盘衍射中央有泊松亮斑,狄拉克预言电子的存在。

6.精巧性:物理实验具有精巧性,设计方法的巧妙,使得物理现象更加明显。

参考资料:百度百科-物理学

关于物理学的分类。

物理学研究的内容十分广泛,自然界发生的一切物理现象,诸如物理的位置变动,声、热、光、电、磁等现象,以及物质的结构、聚集状态和各种特性,都是物理学所要研究的。按照所研究的物质运动和具体对象的不同,通常物理学分为力学、声学、光学、电磁学、分子原理、原子原理、原子核物理等部门。力学研究的是物体的机械运动规律;声学研究声波的产生、传播、接收和作用等问题。热学研究分子、原子、电子、光子等质点做不规则运动所引起的热现象极其热运动的的规律;电磁学研究电和磁现象及其电流、电磁辐射、电磁场等;光学研究光的本性,光的发射、传播和接收的规律,光和其他物质的互相作用(如光的吸收、散射,光的机械作用和光的热、电、化学效应等)及其应用。分子物理学则是依据分子的结构.分子间互作用力和分子运动的性质,研究物质的性质和状态;原子物理是研究原子结构及其原子中发生的运动;原子核物理是研究原子核的结构.性质和变化的规律。

物理学的分类不是固定不变的,随着科学的发展,人们对物理现象的认识不断深入,它上午分类不断变化,分得越来越细。近代科学发展的初期,物理学还包括天文学、气象学等部门,以后这些部门很快成为独立的学科。经历长期的发展,力学也成为独立的学科,并产生了许多分支,如流体力学、弹性力学等。随着物理学的广泛应用,它与其他学科结合,还出现了一系列边缘科学,如化学物理、天体物理、地球物理、生物物理等。与此同时,又分化出一些尖端科学技术部门,如原子能、半导体、激光等

按照研究方法的不同,物理学又可以分为实验物理和议论物理俩大类。物理学是实验的科学,实验物理主要是通过观察、测试为理论物理收集感性材料和发现物理事实,解决实验设计和实验过程中的技术问题。理论物理的主要任务是,把观察.实验得到的结果和已发现的原理、定律,形成对比,分析概括,并运用数学进行推理,研究物理量之间的定量关系,建立统一的物理理论体系。

物理学的发展,经历了几次大的飞跃。十六世纪以后,物理学采用了系统的实验方法,在此基础上发现了许多前所未见的事实,很快建立了一套完整的理论,在科学上人们把它称为经典理论物理学,或叫古典理论物理学。经典物理学以经典力学、热力学和统计物理学、经典点动力学为基础,构成一个完整.严密的理论体系。这几个体系的建立,标志着人类对物理现象认识的一次巨大飞跃,它对生产和科学的发展起了很大的推动作用。

到十九世纪末二十世纪初,物理学又发现了一系列新的实验事实,如电子和放射性现象;迈克耳逊—莫雷测量以太实验得出的负结果;黑体辐射实验等。这些事实冲击了经典物理理论,使得物理学经历了一次比以前更为深刻的变革,由此诞生了现代物理学。研究高速(接近光速)物理现象的相对论,和研究微观的量子力学,乃是现代物理学的两大基础理论。

现在,人类对物理现象的探索,已经在一条更为广阔更为深入的阵线上展开,原子核物理和“基本”粒子物理学,凝聚态物理学、统一场论,是现代物理学中最活跃的部门。copy

高中物理主要学什么?

如果你问有几本书,理科生,参加全国高考的,有必修1必修2选修3-1选修3-2选修3-3选修3-4选修3-5,其中3-3 3-4这两本选一本学,其他的都必须要学,3-5往年是三选一的,今年变成必做题了。接下来我来告诉你,每本书都学什么,有什么重点难点。

必修一,主要是讲的运动学和力的分析还有牛顿定律。运动学要记住公式,并且分清楚正负,看到有运动学的题,脑海中第一反应就是,解方程组。也就是匀速运动匀加速运动分析,这部分很重要,是高中学习的基础之一。接下来,就是力的合成和分解还有牛顿定律,这两个内容其实差不多。也是高中物理最重要的内容之一。这些内容初中也学过,就是二力平衡,只不过深入了很多。需要有一定的数学功底,尤其是三角函数,为了配合物理学习,高中数学会很早就讲三角函数。

必修二,主要讲的是曲线运动,万有引力,和机械能。曲线运动是区别于必修一的运动学的,因为必修一是直线运动。其实曲线和直线还是有很多共同点的,比如,都要进行加速度分析,不过曲线运动中有两个主要学,一个是平抛一个是圆周运动,需要记住公式比较多。万有引力是高中物理里面独立出来的一部分,就是以后的学习不会涉及万有引力,出的题,大多也是推理题,算比例关系。最重要的就是机械能了,这是必修一和必修二的综合,这里会把你之前学的所有东西都综合起来,怎么做的,一句话,列方程。怎么列方程?根据公式列方程。

选修3-1,这本书有三章,分别是电场,恒定电流,磁场。电场时比较独立的一章,讲述了一个你从没见过的世界,学习的时候需要在开始的时候好好听课,因为只要有一节课没好好听,那可能后面,你就听不懂了。但是,并不难,用心就行。接下来是恒定电流,说通俗点,就是你初中学的欧姆定律。这里需要记住的东西很多,高考几乎只会考实验题,不会出选择题,也不会出大题。磁场这一章,是必修一和必修二的综合,需要对受力分析很熟悉,而且对于数学中的平面几何要求比较高,不过有你初中学的平面几何知识就够了,难度比较大,也是高考压轴题热门题型。第一遍学的不是很透彻没关系,慢慢来。

选修3-2这本书主要就是两章,一个是电磁感应,熟悉不?对的,就是初中学的,但是高中学的很复杂,会有数学计算,我们初中学电磁感应可没有计算。难度适中,也是高考重点,因为考的多。下一章是交流电,也就是电磁感应的应用,高考中不太常考

选修3-3主要讲的是热力学定律,一般高中,都不选这本书的

选修3-4 主要讲述了机械波和光学。这本书的知识点又是比较独立的,也就是不太能用得到之前学的知识,学的时候要好好听,不过好在难度不大。

选修3-5主要讲述近动量,原子核这两部分。动量是必修二机械能哪一章的延伸,难度比较大,不过其难度主要在计算上面,而且不会单独出大题,还是很好学的。原子核是高考中几乎必考的,有两部分,一部分是光电效应,一部分是氢原子光谱,这两部分没什么计算,都是些概念,需要你好好的记住。

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著名物理学家的小故事

1、爱迪生的故事

爱迪生是世界闻名的发明家。他小时候因为家里穷, 只上了3 个月学, 十一二岁就开始卖报.他热爱科学, 常常把钱节省下来, 买科学书报和化学药品.他做实验的器具, 是从垃圾堆里拣来的一些瓶瓶罐罐。

爱迪生12 岁的时候, 在火车上卖报.火车上有一节给乘客吸烟的专用车厢, 车长同意他在那里占用一个角落.他把化学药品和瓶瓶罐罐都搬到那里, 卖完了报,就做各种有趣的实验。

有一次, 火车开动的时候猛地一震, 把一瓶白磷震倒了.磷一遇到空气马上燃烧起来.许多人赶来, 和爱迪生一起把火扑灭了.车长气极了, 把爱迪生做实验的东西全扔了出去, 还狠狠打了他一个耳光, 把他的一只耳朵打聋了。爱迪生钻研科学的决心没有动摇.他省吃俭用, 重新做起化学实验来。有一次, 硫酸烧毁了他的衣服; 还有一次, 硝酸差一点儿弄瞎了他的眼晴。他没有被危险吓倒, 还是顽强地做实验。

爱迪生试制电灯, 为了找到一种价钱便宜、使用时间长的灯丝, 不知做了多少次实验.他常常在实验室里一连工作几十个小时, 实在太累了, 就躺在实验台上睡一会儿.他这样不懈地努力, 终於找到了合适的灯丝, 发明了电灯.后来, 爱迪生又发明了电影、留声机......他一生中发明的东西有1000多种。

2、 达尔文的故事

达尔文小的时候, 一次跟妈妈到花园里为小树培土.妈妈说: “泥土是个宝,小树有了泥土才能生长.别小看这泥土, 是它长出了青草, 喂肥了牛羊, 我们才有奶喝, 才有肉吃; 是它长出了小麦和棉花, 我们才有饭吃, 才有衣穿.泥土太宝贵了.”

达尔文问: “妈妈, 那泥土能不能长出小狗来?”

“不能呀! ”妈妈笑着说, “小狗是狗妈妈生的, 不是泥土里长出来的.”

达尔文又问: “我是妈妈生的, 妈妈是姥姥生的, 对吗?”

“对呀! 所有的人都是他妈妈生的.”

“那最早的妈妈又是谁生的?”

“是上帝! ”

“那上帝是谁生的呢?”

妈妈答不上来了.她对达尔文说: “孩子, 世界上有好多事情对我们来说都是个谜, 你像小树一样快快长大吧, 这些谜等待你们去解开呢! ”

达尔文自幼喜欢花草树木、鸟雀虫鱼.上学以后, 他仍然保持着对大自然的浓厚兴趣.他骑马、打猎、钓鱼、采集矿石、捕捉昆虫、钻进树林观察鸟类的习性.对达尔文来说, 整个世界就是一个大问号, 要探索、思考的事情实在太多了。

他常常边观察边沉思, 甚至忘记了危险.有一次, 达尔文在一个古代城堡上散步,像往常一样陷入了沉思.他心不在焉地迈动着缓慢的脚步, 突然一脚踩空, 从城垛上跌了下来.这时候, 达尔文的神智非常清醒, 头脑还在思考。

3、焦耳的故事

英国著名科学家焦耳从小就很喜爱物理学,他常常自己动手做一些关于电、热之类的实验。

有一年放假,焦耳和哥哥一起到郊外旅游。聪明好学的焦耳就是在玩耍的时候,也没有忘记做他的物理实验。他找了一匹瘸腿的马,由他哥哥牵着,自己悄悄躲在后面,用伏达电池将电流通到马身上,想试一试动物在受到电流刺激后的反应。结果,他想看到的反应出现了,马收到电击后狂跳起来,差一点把哥哥踢伤。

尽管已经出现了危险,但这丝毫没有影响到爱做实验的小焦耳的情绪。他和哥哥又划着船来到群山环绕的湖上,焦耳想在这里试一试回声有多大。他们在火枪里塞满了火药,然后扣动扳机。谁知“砰”的一声,从枪口里喷出一条长长的火苗,烧光了焦耳的眉毛,还险些把哥哥吓得掉进湖里。

这时,天空浓云密布,电闪雷鸣,刚想上岸躲雨的焦耳发现,每次闪电过后好一会儿才能听见轰隆的雷声,这是怎么回事?焦耳顾不得躲雨,拉着哥哥爬上一个山头,用怀表认真记录下去每次闪电到雷鸣之间相隔的时间。

开学后焦耳几乎是迫不及待地把自己做的实验都告诉了老师,并向老师请教。老师望着勤学好问的焦耳笑了,耐心地为他讲解:“光和声的传播速度是不一样的,光速快而声速慢,所以人们总是想见闪电再听到雷声,而实际上闪电雷鸣是同时发生的。”

焦耳听了恍然大悟。从此,他对学习科学知识更加入迷。通过不断地学习和认真地观察计算,他终于发现了热功当量和能量守恒定律,成为一名出色的科学家。

4、富兰克林的故事

1752年6月的一天,美国费城郊区,乌云密布,电闪雷鸣,在一块宽阔的草地上,有一老一少两个人正兴致勃勃地在那里放风筝。突然,一道闪电劈开云层,在天空划了一个“之”字,接着一声雷响,雨点就倾泻下来了。

只见老者大声喊道:“威廉,站到那边的草房里去,拉紧风筝线。”这时,闪电一道亮过一道,雷鸣一声高过一声。突然威廉大叫:“爸爸,快看!”老者顺着儿子指的方向一看,只见那拉紧的麻绳,本来是光溜溜的,突然怒发冲冠,那些细纤维一根一根都直竖起来了。

他高兴地喊道:“天电引来了!”他一边嘱咐儿子小心,一边用手慢慢接近接在麻绳上的那把铜钥匙。突然他象被谁推了一把似地,跌到在地上,浑身发麻。他顾不得疼痛,一骨碌从地上爬起来,将带来的莱顿瓶接在铜钥匙上。这莱顿瓶里果然有了电,而且还放出了电火花,原来天电和地电是一个样子!他和儿子如获至宝似地将莱顿瓶抱回了家。

这捕获天电的人就是富兰克林和他的儿子威廉。富兰克林不仅是一位伟大的科学家,还是一位杰出的政治家和外交家,他是《独立宣言》的发起人之一,是美国第一任驻外大使。

风筝实验之后,富兰克林写了一篇《论闪电和电气的相同》的论文,阐述了雷电的本质,还提出了制造避雷针的设想,使建筑物免遭雷击。富兰克林发明的避雷针,一下子风靡一时,传到英国、法国、德国、传遍欧洲和美洲。

5、瓦特的故事

瓦特出生于英国,由于家境贫穷没机会上学,先是到一家钟表店当学徒,后又到格拉斯哥大学去当仪器修理工,瓦特聪明好学,他常抽空旁听教授们讲课,再加上他整日亲手摆弄那些仪器,学识也就积累的不浅了。

1764年,格拉斯哥大学收到一台要求修理的纽可门蒸汽机,任务交给了瓦特。瓦特将它修好后,看看他工作那么吃力,就象一个老人在喘气,颠颠颤颤地负重行走,觉得实在应该将它改进一下。他注意到毛病主要是缸体随着蒸汽每次热了又冷,冷了又热,白白浪费了许多热量。

能不能让它一直保持不冷而活塞又照常工作呢?于是他自己出钱租了一个地窖,收集了几台报废的蒸汽机,决心要造出一台新式机器来。

从此,瓦特整日摆弄这些机器,两年后,总算弄出个新机样子。可是点火一试,那汽缸到处漏气,瓦特想尽办法,用毡子包,用油布裹,几个月过去了,还是治不了这个毛病。瓦特没有放弃,经过不懈的努力,他终于设计了一个和汽缸分开的冷凝器,这下热效率提高了三倍,用的煤只有原来的四分之一。

这关键的地方一突破,瓦特顿然觉得前程光明。他又到大学里向布莱克教授请教了一些理论问题,教授又介绍他认识了发明镗床的威尔金技师,这位技师立即用镗炮筒的方法制了汽缸和活塞,解决了那个最头疼的漏气问题。

1784年,瓦特的蒸汽机已装上曲轴、飞轮,活塞可以靠从两边进来的蒸汽连续推动,再不用人力去调节活门,世界上第一台真正的蒸汽机诞生了。

普通物理学的目录

本书共十二章,由蔡保平、杜乃珍任主编,各章作者为:蔡保平编写绪论、第五章、第六章;杜乃珍编写第一章、第十二章、阅读材料、习题答案及附录;薛丽丽编写第二章~第四章、第十一章;白心爱编写第七章~第十章;各章思考题及习题由各章作者编写完成。

绪论

第一章牛顿运动定律

第一节 参考系和坐标系

第二节 位移速度

第三节 加速度

第四节 牛顿运动定律

第五节 牛顿运动定律的应用

第二章 动量守恒能量守恒

第一节 动量定理

第二节 动量守恒定律

第三节 功动能定理

第四节 保守力的功势能

第五节 功能原理机械能守恒定律

第三章 刚体的定轴转动

第一节 刚体定轴转动的描述

第二节 转动动能定理

第三节 转动定律

第四节 角动量守恒定律

第四章 热力学基础

第一节平衡态理想气体状态方程

第二节热力学第一定律

第三节热力学第一定律对理想气体的应用

第四节循环过程卡诺循环

第五节热力学第二定律

第六节熵和熵增加原理

第五章 静电场

第一节 电荷真空中的库仑定律

第二节 电场电场强度

第三节 静电场的环路定理电势

第四节 电介质

第五节 电容器

第六节 静电场的能量

第六章 稳恒电流的磁场

第一节 真空中的稳恒磁场

第二节 毕奥萨伐尔定律及其应用

第三节 磁场力磁力矩

第四节 磁介质

第七章 电磁感应

第一节 电磁感应现象

第二节 动生电动势

第三节 感生电动势

第四节 自感磁场能量

第八章 机械振动

第一节简谐振动

第二节描述简谐振动的物理量

第三节简谐振动的旋转矢量法

第四节简谐振动的合成

第五节阻尼振动受迫振动共振

初中物理学什么内容

初一:声现象,光现象,透镜及其应用(凹透镜和凸透镜),物态变化(熔化,凝固,汽化,液化,升华,凝华),电流和电路(串联和并联)。

初二:欧姆定律(电压),电功率(电能,电和热),电与磁(磁场,电生磁,磁生电,电动机,电磁继电器),信息的传递(电话,电磁波)。

初三:物质(质量和密度),运动和力(力,牛顿第一定律,二力平衡),力和机械(弹力,重力,摩擦力,杠杆),压强和浮力,功和机械能(机械效率,功率,动能和势能,机械能的转换),热和能(内能和热能),能源(能源的介绍,太阳能和核能)。

扩展资料:

物理量和单位

水的比热容是4.2×10^3J/(kg·℃)

对于气体燃料,一般用J/m3作为热值的单位,表示标准状况下单位体积的气体完全燃烧放出的热量

真空中光速 3×10^8米/秒 三亿米或三十万千米/秒

g= 9.8牛顿/千克 (9.8N/kg 这里取近似值)

15°C空气中声速 340米/秒

对人体的安全电压不高于36伏

磁力

1.磁体、磁极

物体能够吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性。具有磁性的物质叫磁体。磁体的磁极总是成对出现的。

2.磁场:磁体周围空间存在着一个对其它磁体发生作用的区域。

力学

⒈力(F):力是物体对物体的作用。

物体间力的作用总是相互的。

光学

⒈光的直线传播:光在同一种均匀介质中是沿直线传播的。小孔成像、影子、光斑是光的直线传播现象。

光在真空中的速度最大为3×10^8米/秒=3×10^5千米/秒

⒉光的反射定律:一面二侧三等大。

参考资料:百度百科-初中物理

物理学就业主要干什么

最近很多人提出这样的问题,什么什么专业学出来做什么工作的,我想应该都是高考完的学生在选报志愿了。

其实涉及物理方面的专业很多,有偏重机械工程学的,有偏重教育师范累的,还有偏重通信累的等等很多了。“物理学专业”是纯粹做理论研究的,也涉及到相应的应用领域,一切理论研究最终都是为实际应用服务的。纯粹的物理学专业就业就业情况不太好,因为是理论研究,很难在本科就有所建树,我了解的大部分这个专业的学生都会选择考研,考研的话就不是这么泛泛的学物理学了,而是专注于某个方向了,再毕业后我认为最好的情况是到一些知名的实验室做专业研究,俗称的科学家了,差一点的话就所学领域到企业去做高级技术员,可以做到工程师了。任何理科为主的大学里物理学专业的学生一般都是很受人敬畏的,会成为聪明的代名词,说实话真的很难学,要选择就必须下定决心,争取在这个领域作出点成绩来,半途而废的话我个人认为等于没学,再做别的工作几乎就用不上,还得从头学起,总之一句话,学这个以后就是做研究性工作做好了是科学家工程师,学不好估计那些理论一辈子也用不上。

近代物理学,现代物理学都包括哪些内容

现代物理学以相对论和量子力学为基础,它的研究范围已经扩展为从基本粒子到宇宙天体的各个领域,形成了许多分支学科和边缘学科。

1.相对论

爱因斯坦(Albert Einstein,1879—1955)创建的相对论主要是时空的理论,它放弃了牛顿的绝对时间和绝对空间,建立了相对论时空观,使物理观念发生了一场根本的变革。在相对论中,局限于惯性参考系的理论称为狭义相对论,推广到一般参考系和包括引力场在内的理论称为广义相对论。

(1)狭义相对论。

1905年,爱因斯坦建立了狭义相对论。狭义相对论有两个基本假设:

① 相对性原理:所有惯性参考系都是等价的,物理规律对于所有惯性参考系都可以表述为相同形式;

② 光速不变原理:真空中的光速相对于任何惯性系沿任一方向恒为c,并与光源运动无关。

爱因斯坦从这两个假设出发,推导出两个惯性坐标系的时空变换关系即洛仑兹变换。从而彻底否定了“以太”的存在,并导出了运动刚体的“长度收缩”、运动时钟的“时间延缓”、同时的相对性及新的速度合成法则等。狭义相对论的时空观表明:第一,时间、空间和物质的运动是有密切联系的,时间和空间的特性是相对的,时间间隔和空间间隔的量度并不具有不变性,而是随物质运动状态的变化而变化的;第二,时间和空间存在着不可分割的联系,它们不能分割开来而独立存在,一切物理现象和过程都是在X、Y、Z和t的统一的四维连续区中存在着。

爱因斯坦把狭义相对论用于电动力学,证明了麦克斯韦方程组符合相对性原理,建立了相对论电动力学。在这里,电场和磁场已不再各自是一个矢量,而是一个反对称的四维张量,这个张量在不同的惯性系里按一定的规律变换。电场和磁场是这个统一的张量的不同分量,它们对于不同的惯性系表现出来的效应是不同的。在某一个惯性系中表现出的是一个纯粹的电场或磁场;在另一个惯性系中将同时表现出电场和磁场。这就是说,电磁场划分为电场部分和磁场部分,只具有相对意义,它与观察者所在的惯性系有关。

爱因斯坦还把相对论用于力学,建立了相对论力学。相对论力学能够正确地描述高速运动的规律,并且,当速度v<<c时,相对论力学能够过渡到经典力学。在相对论力学中,动量守恒和能量守恒这两条定律被统一成一条定律,给出了物体质量随速度增长的关系式以及质能关系式E=mc2,后者反映了质量与能量的等效关系。

(2)广义相对论。

从1907到1915年,爱因斯坦提出并建立了广义相对论。这个理论的出发点是引力质量和惯性质量相等这一事实,由此可以提出等效原理的假设:引力场同参照系的相当的加速度在物理上完全等价。根据广义相对论,万有引力效应是空间、时间弯曲的一种表现。空间、时间的弯曲结构,决定于物质的能量密度与动量密度在空间、时间中的分布;而空间、时间的弯曲结构,又反过来决定物体的运行轨道。爱因斯坦由广义相对论作出的谱线红移、光线弯曲、行星轨道近日点运动的预言,已经被一些实验证实。

2.量子力学

量子力学是研究微观粒子基本运动规律的理论。1923年,德布罗意(Louis de Broglie,1892—)提出物质波理论,开创了量子力学的时代。德布罗意认为,不仅光有波粒二象性,实物粒子也有波粒二象性。他还把描写物质粒子性的物理量与描写物质波动性的物理量联系起来,写出了以他的名字命名的关系式。1926年,薛定谔(1887--1961)根据德布罗意物质波思想,引入波函数,得出了量子力学的基本方程--薛定谔方程(波动方程),还进而建立了微扰理论,详细计算了散射等问题,完成了波动力学的创建工作。

差不多同时,海森伯(Werner Karl Heisenberg,1901—1976)等人从量子化条件出发建立了矩阵力学,并成功地解决了氢原子能级、斯塔克效应、氢原子在电场和磁场中能级的移动等问题。波动力学和矩阵力学是从两个不同的方面研究一个共同的问题,它们的效果是相同的,可以通过数学变换从一个理论转换为另一理论。人们把波动力学和矩阵力学合在一起,统称为量子力学。1925—1930年,狄拉克(Paul Adrien Maurice Dirac,1902—1984)对量子力学理论作了全面总结,还建立了相对论量子力学。

3.现代物理学的各个领域

(1)量子光学和现代光学。

1900年,普朗克(Max Planck,1858—1947)在解释黑体辐射时提出了能量子假说,认为各种频率的电磁波只能以一定的能量子方式从振子发射,能量子是不连续的,其大小只能是电磁波(或光)的频率与普朗克常数乘积的整数倍。1905年爱因斯坦发展了普朗克的能量子假设,把量子论贯穿到整个辐射和吸收过程中,提出了光量子(光子)理论,圆满解释了光电效应。其后的康普顿效应进一步证明了光量子理论。

量子力学的理论表明,光既具有波的性质,也具有粒子的性质,即波粒二象性。但光子不同于17世纪微粒说中的粒子,光子是和光的频率联系着的。

20世纪60年代前后,激光器的问世、全息摄影技术的应用、光纤通讯的发展、红外技术和遥感技术的出现,使光学进入现代光学的新时代,形成一些新的分支学科或边缘学科,如傅里叶光学、非线性光学、激光光谱学、集成光学等。

(2)原子物理。

1911年,卢瑟福(Ernst Rutherford,1871—1937)通过实验提出原子的有核模型,但在经典物理下,该模型同原子的稳定性发生了矛盾。1913年,玻尔(Niels Bohr,1885—1962)将量子观念引入原子系统,通过定态假设和频率假设两个假说建立了他的原子结构理论,并成功地解释了氢原子光谱规律。后来,人们又提出空间量子化的概念,研究了原子的壳层结构,发现了电子的自旋,不断修正了原子结构理论。

这种在量子力学之前形成的原子理论,是有很大局限性的,其关键在于未能用波粒二象性去考虑原子问题。在这个理论中,研究范围每扩大一步,一般都要附带进若干新的假设或某些经验公式,因此它不是一种完整的理论。只有以量子力学为基础对原子结构进行研究,才能得到原子结构的精确描述。

(3)原子核物理。

原子核物理研究原子核的特性、结构和变化。1920年以前,卢瑟福等人发现了质子,1932年查德威克(James Chadwick,1891—1974)发现中子,从此人们认识到原子核是由质子和中子构成的。此后,人们曾提出各种核模型假设来解释原子核的某些运动规律和现象。这些模型比较重要的有液滴模型、α粒子模型、费米气体模型、壳层模型、单粒子壳模型、多粒子壳模型、集体运动模型、统一模型等等。但直到目前还没有一个模型能够解释所有的实验事实,原子核结构仍然是人们正在进行探索的一个重大课题。

早在1896年,人们就发现了天然放射性现象,使传统的元素不变的观念受到巨大冲击。从1919年起,人们又实现了原子核的人工蜕变,这是实现人工核反应的重大突破。1938年,用中子轰击铀导致了核裂变的发现,根据相对论的质能关系,核裂变的质量亏损会产生巨大的能量。1942年,第一座原子反应堆在美国芝加哥大学建成并开始运转,开始了人类利用原子能的新纪元。1952年以后,人们又实现了轻核聚变,产生了比裂变大得多的能量。

(4)粒子物理。

目前实验上所能探测到的物质结构最深层次的研究,称为粒子物理学,也称为高能物理学。1932年安德森(Carl Darid Ander-son,1905—)在宇宙射线中发现了正电子,标志着粒子物理学的诞生。随后逐步发现了一系列新的粒子。早期发现的粒子,都是来自宇宙射线,50年代以后,由于各种加速器相继问世,大批粒子不断地被发现。到目前为止,已经发现的粒子有几百种之多,而且看来还会不断有新的发现。

①粒子之间的四种相互作用。

粒子之间存在着复杂的相互作用,能够产生和消灭。粒子之间有四种相互作用:引力相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和强相互作用。四种相互作用都是随着粒子之间距离的增加而减弱。引力作用和电磁作用是随着距离的改变按照平方反比的规律变化,属于长程力。弱作用和强作用随着距离的增加,比平方反比的减弱还要快得多,属于短程力。按照所参与相互作用的不同,可以把已发现的粒子分为三大类:规范粒子、轻子和强子。

② 对称性及其对应的守恒定律。

对称性的研究为建立粒子物理理论提供了线索。物理规律的某种对称性对应着相应的守恒定律。在宏观物理中成立的质能守恒、角动量守恒、动量守恒和电荷守恒,在粒子物理中仍旧有效。此外,粒子运动还遵守重子数守恒、电轻子数守恒和μ轻子数守恒等守恒定律。粒子物理中还有一些在某种相互作用中受到破坏的守恒定律,如宇称守恒定律在弱相互作用下就不成立。

③ 强子的内部结构。

从本世纪50年代开始,人们意识到强子具有内部结构并得到了实验证实。1964年,盖尔曼(Murry Gell-Mann,1929—)提出强子结构的夸克模型。1974年,丁肇中(1936—)和里希特(Burton Richter,1931—)同时发现了J/ψ粒子,为夸克模型的真实性提供了有力的证据。理论上预言有六种夸克,现在已经发现了五种,第六种夸克的实验发现还有待于进一步的证实。虽然夸克在强子内部可以相当自由的运动,但即使用目前最大的加速器也没能将夸克打出来。很多人认为这是“夸克禁闭”造成的。因为夸克之间的相互作用是通过交换胶子实现的,胶子在强子内部起“粘胶”作用,有八种不同色荷的胶子以不同形式把夸克粘合在一起,在夸克之间传递相互作用。1979年,丁肇中等人在实验中证实了胶子的存在,给研究强相互作用的量子色动力学以有力的支持。

④量子场论。

波粒二象性,以及粒子的产生和消灭,是微观、高速物理中的普遍现象。在高能情况下,不可能像在非相对论情况中那样来区分粒子和场。把粒子和场统一处理并能反映粒子转化的基本理论叫做量子场论。从1927年起经过二十多年时间由狄拉克等人建立的量子电动力学是最早的量子场论。在量子电动力学中,各种粒子均用相应的量子场来描述。空间、时间中的每一点的量子场均以算符来表示,称为场算符。场算符满足正则对易关系与形式上的哈密顿方程。在薛定谔方程的基础上,加进产生与湮灭算符,叫做二次量子化。重整化方法的引入,使量子电动力学成为一个完整的描绘微观电磁相互作用的精确理论,理论和实验之间的符合达到惊人的程度。但是,量子电动力学本身在逻辑上不够自洽,其研究方法在向弱相互作用和强相互作用扩展时也遇到了难以克服的困难。

⑤规范场论。

最有可能把四种相互作用统一起来的量子场论是近年来崛起的规范场论。该理论企图在进行超对称的局部变换时,让方程中所涉及的每一种对称性都引入一种规范场,从而将包括引力在内的四种相互作用都包含在一个共同的理论框架之中,实现全面的大统一。1961年格拉肖(Sheldon Lee Glashow,1932—)提出弱相互作用和电磁相互作用统一的理论模型。1967年和1968年,温伯格(Steven Weinberg,1933—)和萨拉姆(Abdus Salam,1926—)在规范场论基础上实现了弱相互作用和电磁相互作用的统一,并为一系列实验所证明。

(5)量子统计物理。

1900年普朗克提出能量子假设,也标志着初期量子统计的开端。在经典统计方法中加进能量量子化的假设,可以成功地推导出与黑体辐射实验相符的普朗克公式,还可以推导出与实验符合得很好的固体比热公式和多原子气体比热公式。量子力学的建立改变了经典统计力学的统计方法,形成了量子统计物理。

量子统计与经典统计的区别,主要反映在以下四点:

① 由于能量的变化是不连续的,能量在相空间中的代表点不是充满各处,而仅仅存在于某一些区域中,因此经典统计中的相空间积分应当改为直接求各能级的分配数的总和;

② 由于全同粒子的不可辨别性,相同粒子的互换不能算作一个新的微观态;

③ 由于测不准关系的限制,相空间的小体积不能取得任意小;

④ 费米子由于受泡利不相容原理的限制,每一相格只容许至多一个粒子,而对于玻色子,每一相格所容许的粒子数目没有限制,因此对费米子和玻色子要用不同的方法进行统计。

用量子统计,能够精确地解释黑体辐射、金属中自由电子的比热等问题,并可导出热力学第三定律。

(6)凝聚态物理。

凝聚态物理研究凝聚态(固态与液态)物质的微观结构、物理性质及其内部运动规律。它是由固体物理学发展起来的,是现代物理学中最庞大的一个分支。它包括了固体物理学、晶体学、金属物理学、半导体物理学、超导体物理学,还包括近年来兴起的表面物理学、非晶态物理学等等。下面简单介绍一下其中的固体物理学、半导体物理学和超导体物理学。

①固体物理。

固体物理学主要的研究对象是晶态固体。19世纪,人们就已经积累了关于晶体几何结构的大量知识。20世纪初,实验和理论都为固体物理学的建立提供了坚实的基础。1912年,劳厄(Maxvon Lane,1879—1960)首先指出晶体可以作为X射线的衍射光栅,使人们通过实验观测对晶体结构有了较深入的了解。量子理论的发现,使人们能够更加深入和比较正确地描述晶体内部微观粒子的运动过程。在这个基础上,1928年布洛赫(F.BLoch,1905—)提出,晶体中原子的周期排列形成了对自由电子运动有影响的周期性势场,在这种势场中,电子占据的、彼此相隔很近的可能能级形成能带,能带间有一定的间隙,称为禁带。这个能带理论为固体提供了一个普遍适用的微观模型。固体能带论和晶格动力学使固体物理学成为一门系统的基础学科,在处理晶体性能方面获得了重大成功。例如,这些理论得出了区分导体、半导体和绝缘体的微观判据,形成了位错、晶体缺陷等方面系统的理论。

②半导体物理。

能带理论为半导体物理的发展奠定了基础。半导体是依靠导带中的电子或价带中的空穴导电的,其导电性能可通过掺入杂质原子取代原来的原子而进行控制。近年来,半导体物理的研究已经深入和扩展到半导体能带超精细结构的研究、半导体发光机制及半导体光导性质的研究等领域,表面物理也成为半导体物理学的一个重要研究内容。半导体物理的研究导致了1947年晶体管的发明和1959年集成电路的发明。当代集成电路技术与计算机技术的结合,已从根本上改变了整个工业、甚至整个社会的面貌,促进了新的世界技术革命的到来。

③超导物理。

超导体物理学研究超导现象和超导体材料的特性。当温度下降到临界温度时金属突然失去电阻的现象称为超导现象。它是1911年由昂内斯(H.K.Onnes,1853—1926)首先发现的。1933年发现了超导体的完全抗磁性,即迈斯纳效应。1958年巴丁(Jhon Bardeen,1908—)等人提出了一个超导现象的微观理论,大体上说明了超导现象的起源。1962年,人们发现了超导隧道效应,还提出了电子——声子相互作用的强耦合超导理论。目前世界各国都在加紧对高温超导材料的研究,已经研制出超导温度为摄氏零下几十度的高温超导材料。

(7)天体物理。

天体物理研究天体的物质结构以及天体的形成和演化。从20世纪30年代到60年代,逐渐形成了关于恒星的比较统一的理论。恒星的前身(星胚)是由弥漫稀薄的星际物质通过引力塌缩而凝聚成密度较大的气体和尘埃云。在塌缩过程中星胚中心密度增大、温度增高,逐渐发热发光,形成星前天体。引力收缩是星前天体的能源。当星胚核心温度升高到一千万度时,氢核聚变开始成为主要能源,这时进入主星序阶段,一个真正的恒星便形成了。据计算,恒星只用几百万年甚至几十万年就走完了星前阶段,而主星序则长达10亿年到100亿年。恒星演化的末期,将出现三类天体:白矮星、中子星和黑洞。目前,白矮星和中子星已被大量发现,黑洞的发现尚有待于进一步证实。在宇宙整体的研究方面,人们提出了宇宙膨胀理论和大爆炸理论,并且找到了一些实验证据。

(8)非平衡统计物理。

非平衡统计物理研究处于非平衡态的物质系统。经典统计力学认为,物质系统的演化是一种从有序到无序的不可逆过程。但生物界的有些现象却与此相反,如生物的进化就是从低级到高级、从无序到有序乃至高度有序发展的。这样,物理学和生物学这两种演化观就表现出尖锐的对立。这告诉我们,物理系统也应存在着从无序到有序的演化过程。1969年,普里高津(N.G.Pri- gogine,1917—)提出耗散结构理论,为寻找从无序到有序提供了新的思想。普里高津认为,处在远离平衡态的不稳定状态的开放系统,如果内部各要素间存在着非线性的相互作用,在稳定性被破坏后,可能向新的稳定状态进行,在这个过程中,可以出现有序结构(耗散结构)。1973年,哈肯(Hermann Haken,1927—)从另一角度提出了一种研究从无序到有序的理论——协同学,它是一种产生自组织有序结构和功能行为的理论。

(9)生物物理。

生物物理学用物理学的理论和实验技术研究生命现象。从20世纪30年代到50年代,一批物理学家在晶体分析技术的基础上,逐步弄清了蛋白质的基本结构。1944年,薛定谔用量子力学的观点讨论了遗传问题,他设想,基因是一种同分异构的连续体构成的非周期性晶体,在它的巨大数量的原子或原子群的排列组合中,蕴含着一种微型密码,这种密码形成遗传信息。50年代初,一些物理学家开始对遗传的物质基础DNA(脱氧核糖核酸)进行结构细节的晶体研究。1953年,物理学家克里克(F.H.C.Crick,1916—)和病毒遗传学家沃森(J.D.Watson,1928—)一起,提出了DNA双螺旋结构的分子模型,并提出DNA分子结构的遗传含义。他们认为,DNA双螺旋结构就是携带着遗传密码的基因,一个DNA分子能够复制出两个完全相同的DNA分子。在DNA如何控制蛋白质合成的进一步探究中,物理学家伽莫夫(G.Gamov,1904—1968)根据排列组合提出“三联体密码子”假说,提出共有64种遗传密码。到1969年,这64种遗传密码已全部测出并被列成密码表。遗传信息之谜的破译,是20世纪自然科学最伟大的成就之一。

物理学中f、d、x、t分别是指什么

这个问题问得比较笼统,要看具体的应用环境;

F在力学中多用来做为力的名称(因为英文的力为force),在电学中可用作电容值的单位(法拉);

f主要代表频率(frequency),力学中有时也用作力的名称;

d可以用来表示距离,例如平板电容器的电容公式中;但主要场合是做为微分符号“d”;

x表示横坐标,在一维条件下指代距离;

t专门表示时间(因为英文的时间为time)。

学习物理的好处

我觉得物理是一门贴近生活的学科,它能帮助解决、认识生活中很多现象。如电学,光学,力学的应用。有了电,能使我们的生活更加方便,但是在电学的领域还需要我们了解的,开发的还有很多很多;就在平时的日常生活,我们也应该掌握有关的用电知识,对用电器的用电环境,电路,功率等都需要有一定的认识,这样我们才可以更安全,更全面的将电为我所用,而学习物理从某种程度上说就是在补充我们这一方面的知识,让我们更好的生活。而我所提到的只是电学的冰山一角,电学还涉及很多方面的应用,我在这里不好一一说明,还需要自己平时在生活中用心观察。而物理涵盖的远不止电学,其中一个典型代表是力学,有浮力,牵引力,摩擦力...在航行,交通等方面的应用也非常广泛。当然,由于物理涉及的范围广,有很多职业是和物理有关的,学好物理也为就业提供了比较好的条件。而且学好物理也能培养自己的逻辑思维能力,对事物的理解认识也会有一定的帮助的。总之,学好物理能让你更好的生活。

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