杨维纮绪论第一章 质点运动学第二章 质点动力学第三章 动量第四章 机械能守恒第五章 角动量定理第六章 刚体力学第七章 振动和波第八章 相对论中国科学技术大学杨维纮绪 论一、物理学以前称为自然哲学二、物理学的研究对象三、物理学的任务和目的四、物理学的理论与实验五、科学与技术六、物理学的研究方法和科学态度七、力学的发展史八、物理学的学习要求中国科学技术大学杨维纮一、物理学以前称为自然哲学古希腊人把所有对自然界的观察和思考，
笼统地包含在一门学问里，那就是自然哲学，
科学分化为天文学、力学、物理学、化学、
生物学、地质学等，只是最近几百年的事。
在牛顿的时代里，科学和哲学还没有完全分家。牛顿划时代的著作名为,自然哲学的数学原理”,就是一个明证。物理学最直接地关心自然界最基本规律，所以牛顿把当时的物理学叫做自然哲学。
中国科学技术大学杨维纮二、物理学的研究对象
物理学是探讨 物质结构、运动基本规律和相互作用 的科学
物理学是一门 实验科学,物理学实验是物理学理论正确与否的仲裁者
随着科学的发展，从物理学中不断地分化出诸如粒子物理、原子核物理、原子分子物理、
凝聚态物理、激光物理、电子物理、等离子体物理等名目繁多的新分支，以及从物理学和其它学科的杂交中生长出来的。诸如天体物理、地球物理、化学物理、生物物理等众多交叉学科。
中国科学技术大学杨维纮三、物理学的任务和目的
用一系列 尽可能简明 的概念和方程（定律），去 统一概括 物质的结构和运动的基本规律
物理学依赖于一种基本的信念,物理世界存在着完整的因果链条,即自然界是统一的，牛顿力学则是体现这种信念的第一个成功的范例。
中国科学技术大学杨维纮统一的自然界从牛顿力学的创建到现在，已经有三百多年了，物理学已经大大发展了，远远超过了经典力学原有的水平。但是，就物理学的最基本的追求和物理学的总目标来说，却一直没有变化。经典力学时代的追求和目标，
可以说时至今日仍然是整个物理学的追求和目标。这个最基本的追求和目标，就是自然界的统一。的确，丛整个物理学的发展中，
可以看到一条鲜明的主线，这就是执着地追求宇宙的统一，找寻支配宇宙万物的最基本最统一的规律。
中国科学技术大学杨维纮统一的自然界相信存在统一，努力寻求统一，如果仅仅作为一种自然观，早在古代已经有了。老子的,道德经,中写有：“道生一、一生二、二生三、三生万物。”
这就是中国古代的一种统一观，它完全可以与爱因斯坦所提及的古希腊的哲学相媲美。不过，无论在古代中国或古希腊，统一观都只是一种哲学思辨。
中国科学技术大学杨维纮统一的自然界牛顿的力学和古代的哲学不同，它不是思辨地坚持统一观，而是发展了寻找统一的有效的物理方法。牛顿在他的最重要的力学著作,自然哲学的数学原理,中阐明了他采用的方法。他在前言中写道：,我奉献这一作品，作为哲学的数学原理，因为哲学的全部责任似乎在于 —— 从运动的现象去研究自然界中的力，然后从这些力去说明其它的现象。” 这就是说，寻求统一的出发点不是思辨而应是运动现象。自然界中的运动现象是多种多样的，物理学的责任就在于寻找支配这些现象的统一的力。
中国科学技术大学杨维纮统一的自然界今天的物理学，仍然大体地沿袭着牛顿所开创的研究途径：寻找统一的力，
或统一的相互作用。因此，几乎所有基本的物理理论都称做某种力学，如 牛顿力学、电动力学、色动力学 等等。每一种新的力学的确立，都标志着我们在追求统一的途程上达到了一个新的水平。
中国科学技术大学杨维纮统一的自然界牛顿的力学和万有引力定律，是物理学上第一次大的统一。 在牛顿之前，传统的观念认为支配天体运行和支配地面物体运动的规律是不相同的，有所谓天界和世俗两个世界之分。 然而，牛顿发现，天上行星和月亮的运动，实际上和地面落体运动遵从相同的规律，它们都是由引力引起的。这样，牛顿就用他的力学打破了天界和世俗的界限，找到了两个世界的统一。 牛顿称引力为万有引力，就是强调这种统一 。
中国科学技术大学杨维纮统一的自然界第二次大的统一，是由十九世纪的麦克斯韦完成的。他建立了电磁理论，使电、磁及光学现象得到统一。这就是电动力学。很快发现,牛顿的力学和麦克斯韦的电磁学这两大领域在时空观上是很不协调的。 在前者中，各种匀速运动是平权的，但却假定有绝对空间或绝对速度存在。相反，在后者中，
有一个地位特殊的速度，即光速，但却始终测不出这个特殊的速度是相对于哪一个绝对空间而言的。 爱因斯坦抛弃了绝对空间观念，
使电磁学、力学在新的时空观的基础上达到了协调和统一 。
中国科学技术大学杨维纮统一的自然界
爱因斯坦还曾企图把引力和电磁力二者统一起来，但他的努力没有成功。然而，
他却找到了能与麦克斯韦电磁理论相协调的引力理论 —— 广义相对论。
作为引力理论的广义相对论和作为电磁理论的麦克斯韦理论构成了我们今天称为经典物理学的理论基础。
中国科学技术大学杨维纮统一的自然界
与经典物理相对的是量子论。量子力学最初是作为原子、分子的统一的力学而发展起来的。这种新的力学统一地解释了原子、分子的各种光谱现象，统一地解释了元素周期表，
统一地解释了各种分子的键合。
在将量子力学扩展到电磁场时，遇到了困难，
这本质上是由于电磁场是相对论性的。直到二十世纪四十年代未，发展了所谓重整化方法才巧妙地解决了上述的困难，使量子论与电磁理论能得以统一，产生了量子电动力学。
中国科学技术大学杨维纮四、物理学的理论与实验
物理学定律是很多（有限）个实验或现象的总结和概括，是 相对真理,会不断被新的定律修正。
由物理学定律出发，经过合适的逻辑推演而得的结论，我们称之为“定理”。 物理学的理论是物理学定律和定理的集合。
自然科学各领域和工程技术都建立在物理学定理的基础上。
物理学实验是物理学理论正确与否的仲裁者。物理学实验在物理学的发展中扮演着非常重要的角色。 物理学实验要求具有可重复性。
中国科学技术大学杨维纮四、物理学的理论与实验否定一种理论只需一个实验，但实验证据再多也“证明”不了一种理论。这是因为：
无论多少次实验结果都是有限的，不能证明理论对所概括的一切情况正确；
实验总是在某种精度范围内做的；
没有一个理论是独一无二的，例如永动机不可能这条能量守恒定律以前用“人力有限”
来解释，大气压强以前用“自然害怕真空”
来解释。
中国科学技术大学杨维纮四、物理学的理论与实验一个理论被另一个理论取代，有时原因并不在于实验证据要求废弃这种理论，
而在于新理论在如下一些方面更满足人们需要：
概念更简明；
数学形式更简练；
某些方面更深入；
假定的内容更少； ……
中国科学技术大学杨维纮五、科学与技术社会上习惯于把科学和技术联在一起，
统称“科技”，实际上二者既有密切联系，
又有重要区别。科学解决理论问题，技术解决实际问题。科学要解决的问题，是发现自然界中确凿的事实和现象之间的关系，并建立理论把这些事实和关系联系起来；技术的任务则是把科学的成果应用到实际问题中去。
科学主要是和未知的领域打交道，其进展，
尤其是重大的突破，是难以预料的；技术是在相对成熟的领域内工作，可以作比较准确的规划。
中国科学技术大学杨维纮六、物理学的研究方法和科学态度
1,提出命题
2,推测答案
3,理论预言
4,实验检验
5,修改理论中国科学技术大学杨维纮
1,提出命题命题一般是从新的观测事实或实验事实中提炼出来的，也可能是从已有原理中推演出来的。
中国科学技术大学杨维纮
2,推测答案答案可以有不同的层次：建立唯象的物理模型；用已知原理和推测对现象作定性的解释；根据现有理论进行逻辑推理和数学演算，以便对现象作出定量的解释；当新事实与旧理论不符时，提出新的假说和原理去说明它，等等。
中国科学技术大学杨维纮
3,理论预言
作为一个科学的论断，新的理论 必须提出能够为实验所证伪的预言。 这是真、伪科学的分野。
为什么说“证伪”而不说“证实”？因为多少个正面的事例也不能保证今后不出现反例，但一个反例就足以否定它，所以理论是不能完全被证实的。
为什么要求能用实验来证伪？假如有人宣称：在我们中间存在着一种不可探知的外来生灵。你怎么驳倒他？对这种论断，你既不能说它正确，又不能说它错误。我们只能说，因为它不能用实验来证伪，所以不是科学的论断。
中国科学技术大学杨维纮
4,实验检验物理学是实验的科学，一切理论最终都要以观测或实验的事实为准则。
理论不是唯一的，一个理论包含的假设越少、越简洁，同时与之符合的事实越多、越普遍，它就越是一个好的理论。
中国科学技术大学杨维纮
5,修改理论当一个理论与新的实验事实不符合，或不完全符合时，它就面临着修改或被推翻。不过，那些经过大量事实检验的理论是不大会被推翻的，只是部分地被修改，或确定其成立范围。
中国科学技术大学杨维纮七、力学的发展史
早在 (公元前 287~212)古希腊 阿基米德 著的,论比重,就奠定了静力学基础。
意大利的 达芬奇 (1452~1519)研究滑动摩擦、平衡、
力矩。
波兰的 哥白尼 (1473~1543)创立宇宙“日心说”。
德国的 开普勒 (1571~1630)提出行星运动三定律。
意大利的 伽利略 (1564~1642)自由落体规律、惯性定律及加速度的概念。
英国伟大科学家 牛顿 (1643~1727)在 1687年版的
,自然哲学的数学原理,一书总其大成，提出动力学的三个基本定律，万有引力定律，天体力学等。是力学奠基人。
中国科学技术大学杨维纮七、力学的发展史理论力学部分：
瑞士的 伯努利 (1667~1748)确立了虚位移原理。
瑞士的 欧拉 (1707~1783)著出,力学,用微分方程研究。
法国 达朗伯 (1717~1785)名著,动力学专论,
达朗伯原理。
法国 拉格朗日 (1736~1813)提出第二类拉格朗日方程 。
中国科学技术大学杨维纮八、物理学的学习要求
培养物理直观
了解各种理论的适用范围
做好习题主要参考书：
1、中国科技大学杨维纮编,力学,
2、复旦大学郑永令等编,力学,…...
中国科学技术大学杨维纮
笼统地包含在一门学问里，那就是自然哲学，
科学分化为天文学、力学、物理学、化学、
生物学、地质学等，只是最近几百年的事。
在牛顿的时代里，科学和哲学还没有完全分家。牛顿划时代的著作名为,自然哲学的数学原理”,就是一个明证。物理学最直接地关心自然界最基本规律，所以牛顿把当时的物理学叫做自然哲学。
中国科学技术大学杨维纮二、物理学的研究对象
物理学是探讨 物质结构、运动基本规律和相互作用 的科学
物理学是一门 实验科学,物理学实验是物理学理论正确与否的仲裁者
随着科学的发展，从物理学中不断地分化出诸如粒子物理、原子核物理、原子分子物理、
凝聚态物理、激光物理、电子物理、等离子体物理等名目繁多的新分支，以及从物理学和其它学科的杂交中生长出来的。诸如天体物理、地球物理、化学物理、生物物理等众多交叉学科。
中国科学技术大学杨维纮三、物理学的任务和目的
用一系列 尽可能简明 的概念和方程（定律），去 统一概括 物质的结构和运动的基本规律
物理学依赖于一种基本的信念,物理世界存在着完整的因果链条,即自然界是统一的，牛顿力学则是体现这种信念的第一个成功的范例。
中国科学技术大学杨维纮统一的自然界从牛顿力学的创建到现在，已经有三百多年了，物理学已经大大发展了，远远超过了经典力学原有的水平。但是，就物理学的最基本的追求和物理学的总目标来说，却一直没有变化。经典力学时代的追求和目标，
可以说时至今日仍然是整个物理学的追求和目标。这个最基本的追求和目标，就是自然界的统一。的确，丛整个物理学的发展中，
可以看到一条鲜明的主线，这就是执着地追求宇宙的统一，找寻支配宇宙万物的最基本最统一的规律。
中国科学技术大学杨维纮统一的自然界相信存在统一，努力寻求统一，如果仅仅作为一种自然观，早在古代已经有了。老子的,道德经,中写有：“道生一、一生二、二生三、三生万物。”
这就是中国古代的一种统一观，它完全可以与爱因斯坦所提及的古希腊的哲学相媲美。不过，无论在古代中国或古希腊，统一观都只是一种哲学思辨。
中国科学技术大学杨维纮统一的自然界牛顿的力学和古代的哲学不同，它不是思辨地坚持统一观，而是发展了寻找统一的有效的物理方法。牛顿在他的最重要的力学著作,自然哲学的数学原理,中阐明了他采用的方法。他在前言中写道：,我奉献这一作品，作为哲学的数学原理，因为哲学的全部责任似乎在于 —— 从运动的现象去研究自然界中的力，然后从这些力去说明其它的现象。” 这就是说，寻求统一的出发点不是思辨而应是运动现象。自然界中的运动现象是多种多样的，物理学的责任就在于寻找支配这些现象的统一的力。
中国科学技术大学杨维纮统一的自然界今天的物理学，仍然大体地沿袭着牛顿所开创的研究途径：寻找统一的力，
或统一的相互作用。因此，几乎所有基本的物理理论都称做某种力学，如 牛顿力学、电动力学、色动力学 等等。每一种新的力学的确立，都标志着我们在追求统一的途程上达到了一个新的水平。
中国科学技术大学杨维纮统一的自然界牛顿的力学和万有引力定律，是物理学上第一次大的统一。 在牛顿之前，传统的观念认为支配天体运行和支配地面物体运动的规律是不相同的，有所谓天界和世俗两个世界之分。 然而，牛顿发现，天上行星和月亮的运动，实际上和地面落体运动遵从相同的规律，它们都是由引力引起的。这样，牛顿就用他的力学打破了天界和世俗的界限，找到了两个世界的统一。 牛顿称引力为万有引力，就是强调这种统一 。
中国科学技术大学杨维纮统一的自然界第二次大的统一，是由十九世纪的麦克斯韦完成的。他建立了电磁理论，使电、磁及光学现象得到统一。这就是电动力学。很快发现,牛顿的力学和麦克斯韦的电磁学这两大领域在时空观上是很不协调的。 在前者中，各种匀速运动是平权的，但却假定有绝对空间或绝对速度存在。相反，在后者中，
有一个地位特殊的速度，即光速，但却始终测不出这个特殊的速度是相对于哪一个绝对空间而言的。 爱因斯坦抛弃了绝对空间观念，
使电磁学、力学在新的时空观的基础上达到了协调和统一 。
中国科学技术大学杨维纮统一的自然界
爱因斯坦还曾企图把引力和电磁力二者统一起来，但他的努力没有成功。然而，
他却找到了能与麦克斯韦电磁理论相协调的引力理论 —— 广义相对论。
作为引力理论的广义相对论和作为电磁理论的麦克斯韦理论构成了我们今天称为经典物理学的理论基础。
中国科学技术大学杨维纮统一的自然界
与经典物理相对的是量子论。量子力学最初是作为原子、分子的统一的力学而发展起来的。这种新的力学统一地解释了原子、分子的各种光谱现象，统一地解释了元素周期表，
统一地解释了各种分子的键合。
在将量子力学扩展到电磁场时，遇到了困难，
这本质上是由于电磁场是相对论性的。直到二十世纪四十年代未，发展了所谓重整化方法才巧妙地解决了上述的困难，使量子论与电磁理论能得以统一，产生了量子电动力学。
中国科学技术大学杨维纮四、物理学的理论与实验
物理学定律是很多（有限）个实验或现象的总结和概括，是 相对真理,会不断被新的定律修正。
由物理学定律出发，经过合适的逻辑推演而得的结论，我们称之为“定理”。 物理学的理论是物理学定律和定理的集合。
自然科学各领域和工程技术都建立在物理学定理的基础上。
物理学实验是物理学理论正确与否的仲裁者。物理学实验在物理学的发展中扮演着非常重要的角色。 物理学实验要求具有可重复性。
中国科学技术大学杨维纮四、物理学的理论与实验否定一种理论只需一个实验，但实验证据再多也“证明”不了一种理论。这是因为：
无论多少次实验结果都是有限的，不能证明理论对所概括的一切情况正确；
实验总是在某种精度范围内做的；
没有一个理论是独一无二的，例如永动机不可能这条能量守恒定律以前用“人力有限”
来解释，大气压强以前用“自然害怕真空”
来解释。
中国科学技术大学杨维纮四、物理学的理论与实验一个理论被另一个理论取代，有时原因并不在于实验证据要求废弃这种理论，
而在于新理论在如下一些方面更满足人们需要：
概念更简明；
数学形式更简练；
某些方面更深入；
假定的内容更少； ……
中国科学技术大学杨维纮五、科学与技术社会上习惯于把科学和技术联在一起，
统称“科技”，实际上二者既有密切联系，
又有重要区别。科学解决理论问题，技术解决实际问题。科学要解决的问题，是发现自然界中确凿的事实和现象之间的关系，并建立理论把这些事实和关系联系起来；技术的任务则是把科学的成果应用到实际问题中去。
科学主要是和未知的领域打交道，其进展，
尤其是重大的突破，是难以预料的；技术是在相对成熟的领域内工作，可以作比较准确的规划。
中国科学技术大学杨维纮六、物理学的研究方法和科学态度
1,提出命题
2,推测答案
3,理论预言
4,实验检验
5,修改理论中国科学技术大学杨维纮
1,提出命题命题一般是从新的观测事实或实验事实中提炼出来的，也可能是从已有原理中推演出来的。
中国科学技术大学杨维纮
2,推测答案答案可以有不同的层次：建立唯象的物理模型；用已知原理和推测对现象作定性的解释；根据现有理论进行逻辑推理和数学演算，以便对现象作出定量的解释；当新事实与旧理论不符时，提出新的假说和原理去说明它，等等。
中国科学技术大学杨维纮
3,理论预言
作为一个科学的论断，新的理论 必须提出能够为实验所证伪的预言。 这是真、伪科学的分野。
为什么说“证伪”而不说“证实”？因为多少个正面的事例也不能保证今后不出现反例，但一个反例就足以否定它，所以理论是不能完全被证实的。
为什么要求能用实验来证伪？假如有人宣称：在我们中间存在着一种不可探知的外来生灵。你怎么驳倒他？对这种论断，你既不能说它正确，又不能说它错误。我们只能说，因为它不能用实验来证伪，所以不是科学的论断。
中国科学技术大学杨维纮
4,实验检验物理学是实验的科学，一切理论最终都要以观测或实验的事实为准则。
理论不是唯一的，一个理论包含的假设越少、越简洁，同时与之符合的事实越多、越普遍，它就越是一个好的理论。
中国科学技术大学杨维纮
5,修改理论当一个理论与新的实验事实不符合，或不完全符合时，它就面临着修改或被推翻。不过，那些经过大量事实检验的理论是不大会被推翻的，只是部分地被修改，或确定其成立范围。
中国科学技术大学杨维纮七、力学的发展史
早在 (公元前 287~212)古希腊 阿基米德 著的,论比重,就奠定了静力学基础。
意大利的 达芬奇 (1452~1519)研究滑动摩擦、平衡、
力矩。
波兰的 哥白尼 (1473~1543)创立宇宙“日心说”。
德国的 开普勒 (1571~1630)提出行星运动三定律。
意大利的 伽利略 (1564~1642)自由落体规律、惯性定律及加速度的概念。
英国伟大科学家 牛顿 (1643~1727)在 1687年版的
,自然哲学的数学原理,一书总其大成，提出动力学的三个基本定律，万有引力定律，天体力学等。是力学奠基人。
中国科学技术大学杨维纮七、力学的发展史理论力学部分：
瑞士的 伯努利 (1667~1748)确立了虚位移原理。
瑞士的 欧拉 (1707~1783)著出,力学,用微分方程研究。
法国 达朗伯 (1717~1785)名著,动力学专论,
达朗伯原理。
法国 拉格朗日 (1736~1813)提出第二类拉格朗日方程 。
中国科学技术大学杨维纮八、物理学的学习要求
培养物理直观
了解各种理论的适用范围
做好习题主要参考书：
1、中国科技大学杨维纮编,力学,
2、复旦大学郑永令等编,力学,…...
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