主讲人：杜 泉
银河系
力学篇
C
大学物理学 2005.02,22
University physics
绪论（ Introduction）
一、物理学的研究对象
二、物理学的研究方法
三、为什么要学习物理学？
四、如何学好物理学？
五、矢量运算
六、参考书
一,物理学的研究对象
1,世界是物质的,物质是永恒不断地运动着的,
物质的存在形式有哪些?(实物、场 )
物理学是研究物质的基本结构, 物质之间的相互
作用以及它们的最基本的最普遍的运动规律。
+
间断的物体与传递相互作用的 场 都是物质
从 9.11?10-31KG电子 ---10?1030 KG的太阳系
绪论 (Introduction)
2,物质之间相互作用分类,
?万有引力,宏观物体之间的相互作用
?电磁力,带电物体之间的相互作用
注 意,“基本粒子”都有其反粒子（如电子的反
粒子就是正电子）。物体间的相互作用力都是
由场粒子来传递的。
?强相互作用力,强子之间的相互作用（质子,
中子和各种介子之间）。力程 <10-15m
?弱相互作用力,广泛存在于轻子与轻子之间,
轻子与强子之间，强子与强子之间。
力程 <10-17m,
传递引力相互作用 — 引力子 传递电磁相互作用 — 光子
传递强相互作用 — 胶子 传递弱相互作用 — 中间玻色子
3、运动是物质的固有属性
自然界中没有不运动的物质,
也没有无物质的运动 。
运动形式是多样的，如机械运动,
电磁运动、分子热运动 ….,
物理学研究物质运动中最基本,最普遍的运动形式
4,时间和空间是物质存在的形式
两个转变,
?人们从牛顿的绝对时空观到爱因斯坦的相对
论时空观的转变 。
?从时空的有限、无限哲学思辩到用科学的方
法去研究 。
范围,
微观粒子 10-15m（ ） ---宇宙尺寸
1027m（ ） ---大小跨越 42个数量
级
时间,
空间,夸 克等
哈 勃半径
宇宙年龄 ---1018s
微观粒子寿命 10-24s ;
二,物理学的研究方法
观察, 实验, 假设, 理论
观察 ----对现象的考察和研究
1581年伽利略在
教堂作礼拜，司事
灌注油灯后，观察
灯摆动的等时性,
丹麦科学家第谷布拉赫观察天上的
星星达二十年之久，为开普勒发现行
星三大定律奠定了基础。
哈勃望远镜 目前哈勃望远镜也是为了观察宇宙 星系的变化
实验,
例如,电磁感应定律 是
法拉第经过实验室中 10
年反复研究得到的。
1974年 11月 16日丁肇
中发现 J粒子 也是在实
验室发现 。
N
S
把自然界的现象经过人为简化
（ 乃至建立模型）在实验室重
现，或进行计算机模拟等，然
后进行反复研究
荣获诺贝尔奖的
第三位华裔学者
观察和实验主要是我们获得第一手材料,
假说, 在事实较少和有限的情况下，提出的一种
假说。但假说不等于瞎说。
很多理论往往是通过多次假说，依据新
的实验事实逐渐修正得到的。
如光的理论、量子理论等等 。
理论,在有充分实验事实的基础上归纳出来的原理、
定律、规律等。
当然，理论应当足够准确地反映物质运动的规律,
还应在实验中进一步检验，当发现新事实，还要
不断修正、完善理论。实际上经历了一个实践、
认识、再实践、再认识 ----循环往复的过程 。
否 ! 当假说上升为理论后就停止研究了吗？
32倍
人类正是在这循环往复的认识过程中，创造出
辉煌的成就。
He — Ne激光器
Laser亮度
大功率激光器 12179 1010 ???? srW c mI
可使一切金属熔化
可使一切非金属化为
一缕青烟
原子弹爆炸发出巨大的能量
现在人类正在向征服宇宙进发。
物理学的每一个进展都一定
能带来生产力的巨大发展
结论,物理学是一门实验的科学。
磁单极理论,
N,上苍天，入黄泉，两手
茫茫不见,
目前仍没有找到单一的磁 极
开
铉 闭铉
空间距离为 10-35 m,目前还无
法用实验验证。
指出几点 ；
1、物理学研究贯穿一条红线,追求物质
世界的统一。
超铉理论,能将四种相互作用力统一起来 。
指出几点 ；
爱因基坦说过,物理上真实的东西，
一定是逻辑上简洁的东西。
/F d P d t?
能量转化与守恒定律,将机械的、电磁的、热的
运动统一 ；
麦克斯韦方程的建立,将电磁、光的运动统一 ；
物理学研究的是最基本的规律，应具有简洁、
和谐、对称和统一的特点。
万有引力,天上与地上的运动统一；
1、物理学贯穿着一条红线：追求物质世界的统一。
相对论的建立,将时间、空间与物质运动统一,
电磁与光的运动统一
量子力学的建立 将粒子性与波动性统一，实物与
场统一； 弱电统一理论,将弱相互作用与电磁相互作用统
一
夸克理论,将强子
结构统一 （ 夸克 ）；
宇宙大爆炸理论
与大统一理论,
力图将宇观
与微观统一
（正在努力
实现）
以人类作标准
尺度（ 1m）
如,实物 --质点
+
带电体 --点电荷
电耦极子 磁耦极子
p? + -
qq?
一切科学的抽象，都能更深刻、更正确地反映
着自然。
列宁说过,
2、物理学将“研究对象”抽象化，变成理想模型
。
V
乙
太阳系 卫星
地球
可见：运动是绝对的，而描述物体运动是相对的。
地球
3、由于运动的绝对性，在物理学的研究过程中应
注意合理选择参照系
参照系,描述物体运动时，选择作为参照的物体
或物体系统称为参照系 。
为了定量描述物体运动,
要建立坐标系，确定单位制。
注意,Z
X
Y O 规定使用国际单位制：,SI”制
O点称为参考点 （ SI制）
基本单位,
米、千克、秒、安培 开尔文、摩尔、坎德拉
[ M],[ T],[ I ],[?],[ j ] [N],[L]
导出单位,通过物理定理等导出的单位
如：米 /秒、牛顿、伏特。 [ V]=距离 /时间 =米 /秒
M, Kg,S,A,K,MOL,CD
4、国际单位制
量纲,表示导出单位是由哪些基本单位组成的
式子。 量纲通常是用方括号表示，如,
[a] =[长度 ] /[时间 2]=L T-2
[P]=[质量 ]·[速度 ]=M LT -1
[V]=[长度 ]/ [时间 ]=L T-1
量纲的用途,
M LT- 1=MLT-1
一个等式相等应满足,
量纲相同,数值相等、量性相同
vmvmvmtF ???? ????? 12A） 验证等式
F t m v? ? ?
B) 换算单位,
[V] = LT-1 ?[V]=米 /秒 =100厘米 /秒
C) 分析问题,
例,声音在气体中传播仅取决于气体的压强 P 与
密度 ?和一些数字常数，计算在具有参 数 P1, ?1
和 P2, ?2 的两种气体中的声速之比。
解, 声速 V是 P, ?的函数 V=f（ P,?）
V ? ? =L T-1,? P ?=M L-1 T-2, [ ?]=M L-3
12
21
22
11
2
1
/
/
?
?
?
?
P
P
P
P
V
V
???
][
][
][
][
][
][
2
2
3
21
T
L
ML
TMLp ??
?
??
?
?
p
kV ?
][][
?
pV ?
压强
三,为什么要学习物理学？
1,物理学揭示了物质世界的最基本的规律。
任何自然科学都不能违反物理的规律,学习自
然科学的基础理论 。
卫星的控制与遥测遥感需要力学、电磁学、波动学等
知识。
3?
4?
I2
I1
R4
R1
R2
R3
1?
2?
I4
I3
a b
c d
解复杂电路的需要电流
一章的基尔霍夫定律
计算机光驱中主要是应用了
光学中激光、光栅、波片等
知识。
量子计算机也正在研制？！
光子计算机已经研究出来了！
2、有效地训练研究自然科学的方法
?通过观察、实验、计算机模拟等得到事实和数
据；
?用 已知的可用的原理分析这些事实和数据；
?形成假说和理论以解释事实 ；
?预言新的事实和结果；（工程人员必备）
?用新的事例修改和建立新理论。
3,能进一步培养和建立辩证唯物主义世界观。
恩格斯说过,自然界本来就是辩证的而不是
形而上学发展的。
结论,物理课是科学素质课！物理思想和物理方
法是每一个科学工作者的基础和灵感之所在！
四、如何学好物理学？
2） 尽快适应电子教案的教学方式,
先预习、再听讲！ 学会有重点地 记好笔记 ！ ！
4 ）学会科学思维和科学分析问题的方法。
1） 弄清概念，不怕难；（瓶颈）
3）养成一丝不苟、持之以恒的学习作风；
（先从笔记、作业 入手）
矢 量 运 算
一、标量和矢量
1、标量：有大小和正负，而没有方向的物理量。如：
时间、质量、功等
2、矢量：有大小又有方向的物理量。
（ 1）常用带箭头的字母或黑体字母。在作图时，在
空间用一有向线段来表示：线段的长度表示矢量的模；
箭头的方向表示矢量的方向。
（ 2）负矢量的概念,
（ 3）矢量的平移不变性：将一矢量平移后，其大小
和方向都保持不变。
（ 4）单位矢量：其模为 1，其方向代表矢量的方向,
二、矢量的加法和减法（几何法）
1、矢量的加法（合成）
（ 1）三角形法则：矢量首尾相接。
（ 2）平行四边形法则：所有矢量始端处
于同一点。
2、矢量的减法：引入“负矢量”概念后，
用矢量的加法法则来处理。
三、矢量合成的解析法
1、矢量沿直角坐标系的正交分解：引入
“坐标单位矢量”后分解。
2、矢量合成的解析法,
四、矢量乘法
1、矢量数乘,
2、矢量点乘（标积）,
3、矢量叉积（矢积）,
五、矢量的导数和积分,
1、矢量的导数,
2、矢量的积分,
参 考 书
1、大学基础物理学（上、下）
张三慧 主编 清华大学出版社,2004年
2、物理学（上、中、下）（第四版）
马文蔚 主编 高等教育出版社,2004年
3、大学物理学（ 1 ～ 5册）
张三慧 主编 清华大学出版社,2004年
4、普通物理学（上、中、下）（第五版）
程守珠等编 高等教育出版社,2004年
5、大学物理（上、下）
潘琳 主编 中国石化出版社,2004年
银河系
力学篇
C
大学物理学 2005.02,22
University physics
绪论（ Introduction）
一、物理学的研究对象
二、物理学的研究方法
三、为什么要学习物理学？
四、如何学好物理学？
五、矢量运算
六、参考书
一,物理学的研究对象
1,世界是物质的,物质是永恒不断地运动着的,
物质的存在形式有哪些?(实物、场 )
物理学是研究物质的基本结构, 物质之间的相互
作用以及它们的最基本的最普遍的运动规律。
+
间断的物体与传递相互作用的 场 都是物质
从 9.11?10-31KG电子 ---10?1030 KG的太阳系
绪论 (Introduction)
2,物质之间相互作用分类,
?万有引力,宏观物体之间的相互作用
?电磁力,带电物体之间的相互作用
注 意,“基本粒子”都有其反粒子（如电子的反
粒子就是正电子）。物体间的相互作用力都是
由场粒子来传递的。
?强相互作用力,强子之间的相互作用（质子,
中子和各种介子之间）。力程 <10-15m
?弱相互作用力,广泛存在于轻子与轻子之间,
轻子与强子之间，强子与强子之间。
力程 <10-17m,
传递引力相互作用 — 引力子 传递电磁相互作用 — 光子
传递强相互作用 — 胶子 传递弱相互作用 — 中间玻色子
3、运动是物质的固有属性
自然界中没有不运动的物质,
也没有无物质的运动 。
运动形式是多样的，如机械运动,
电磁运动、分子热运动 ….,
物理学研究物质运动中最基本,最普遍的运动形式
4,时间和空间是物质存在的形式
两个转变,
?人们从牛顿的绝对时空观到爱因斯坦的相对
论时空观的转变 。
?从时空的有限、无限哲学思辩到用科学的方
法去研究 。
范围,
微观粒子 10-15m（ ） ---宇宙尺寸
1027m（ ） ---大小跨越 42个数量
级
时间,
空间,夸 克等
哈 勃半径
宇宙年龄 ---1018s
微观粒子寿命 10-24s ;
二,物理学的研究方法
观察, 实验, 假设, 理论
观察 ----对现象的考察和研究
1581年伽利略在
教堂作礼拜，司事
灌注油灯后，观察
灯摆动的等时性,
丹麦科学家第谷布拉赫观察天上的
星星达二十年之久，为开普勒发现行
星三大定律奠定了基础。
哈勃望远镜 目前哈勃望远镜也是为了观察宇宙 星系的变化
实验,
例如,电磁感应定律 是
法拉第经过实验室中 10
年反复研究得到的。
1974年 11月 16日丁肇
中发现 J粒子 也是在实
验室发现 。
N
S
把自然界的现象经过人为简化
（ 乃至建立模型）在实验室重
现，或进行计算机模拟等，然
后进行反复研究
荣获诺贝尔奖的
第三位华裔学者
观察和实验主要是我们获得第一手材料,
假说, 在事实较少和有限的情况下，提出的一种
假说。但假说不等于瞎说。
很多理论往往是通过多次假说，依据新
的实验事实逐渐修正得到的。
如光的理论、量子理论等等 。
理论,在有充分实验事实的基础上归纳出来的原理、
定律、规律等。
当然，理论应当足够准确地反映物质运动的规律,
还应在实验中进一步检验，当发现新事实，还要
不断修正、完善理论。实际上经历了一个实践、
认识、再实践、再认识 ----循环往复的过程 。
否 ! 当假说上升为理论后就停止研究了吗？
32倍
人类正是在这循环往复的认识过程中，创造出
辉煌的成就。
He — Ne激光器
Laser亮度
大功率激光器 12179 1010 ???? srW c mI
可使一切金属熔化
可使一切非金属化为
一缕青烟
原子弹爆炸发出巨大的能量
现在人类正在向征服宇宙进发。
物理学的每一个进展都一定
能带来生产力的巨大发展
结论,物理学是一门实验的科学。
磁单极理论,
N,上苍天，入黄泉，两手
茫茫不见,
目前仍没有找到单一的磁 极
开
铉 闭铉
空间距离为 10-35 m,目前还无
法用实验验证。
指出几点 ；
1、物理学研究贯穿一条红线,追求物质
世界的统一。
超铉理论,能将四种相互作用力统一起来 。
指出几点 ；
爱因基坦说过,物理上真实的东西，
一定是逻辑上简洁的东西。
/F d P d t?
能量转化与守恒定律,将机械的、电磁的、热的
运动统一 ；
麦克斯韦方程的建立,将电磁、光的运动统一 ；
物理学研究的是最基本的规律，应具有简洁、
和谐、对称和统一的特点。
万有引力,天上与地上的运动统一；
1、物理学贯穿着一条红线：追求物质世界的统一。
相对论的建立,将时间、空间与物质运动统一,
电磁与光的运动统一
量子力学的建立 将粒子性与波动性统一，实物与
场统一； 弱电统一理论,将弱相互作用与电磁相互作用统
一
夸克理论,将强子
结构统一 （ 夸克 ）；
宇宙大爆炸理论
与大统一理论,
力图将宇观
与微观统一
（正在努力
实现）
以人类作标准
尺度（ 1m）
如,实物 --质点
+
带电体 --点电荷
电耦极子 磁耦极子
p? + -
qq?
一切科学的抽象，都能更深刻、更正确地反映
着自然。
列宁说过,
2、物理学将“研究对象”抽象化，变成理想模型
。
V
乙
太阳系 卫星
地球
可见：运动是绝对的，而描述物体运动是相对的。
地球
3、由于运动的绝对性，在物理学的研究过程中应
注意合理选择参照系
参照系,描述物体运动时，选择作为参照的物体
或物体系统称为参照系 。
为了定量描述物体运动,
要建立坐标系，确定单位制。
注意,Z
X
Y O 规定使用国际单位制：,SI”制
O点称为参考点 （ SI制）
基本单位,
米、千克、秒、安培 开尔文、摩尔、坎德拉
[ M],[ T],[ I ],[?],[ j ] [N],[L]
导出单位,通过物理定理等导出的单位
如：米 /秒、牛顿、伏特。 [ V]=距离 /时间 =米 /秒
M, Kg,S,A,K,MOL,CD
4、国际单位制
量纲,表示导出单位是由哪些基本单位组成的
式子。 量纲通常是用方括号表示，如,
[a] =[长度 ] /[时间 2]=L T-2
[P]=[质量 ]·[速度 ]=M LT -1
[V]=[长度 ]/ [时间 ]=L T-1
量纲的用途,
M LT- 1=MLT-1
一个等式相等应满足,
量纲相同,数值相等、量性相同
vmvmvmtF ???? ????? 12A） 验证等式
F t m v? ? ?
B) 换算单位,
[V] = LT-1 ?[V]=米 /秒 =100厘米 /秒
C) 分析问题,
例,声音在气体中传播仅取决于气体的压强 P 与
密度 ?和一些数字常数，计算在具有参 数 P1, ?1
和 P2, ?2 的两种气体中的声速之比。
解, 声速 V是 P, ?的函数 V=f（ P,?）
V ? ? =L T-1,? P ?=M L-1 T-2, [ ?]=M L-3
12
21
22
11
2
1
/
/
?
?
?
?
P
P
P
P
V
V
???
][
][
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2
2
3
21
T
L
ML
TMLp ??
?
??
?
?
p
kV ?
][][
?
pV ?
压强
三,为什么要学习物理学？
1,物理学揭示了物质世界的最基本的规律。
任何自然科学都不能违反物理的规律,学习自
然科学的基础理论 。
卫星的控制与遥测遥感需要力学、电磁学、波动学等
知识。
3?
4?
I2
I1
R4
R1
R2
R3
1?
2?
I4
I3
a b
c d
解复杂电路的需要电流
一章的基尔霍夫定律
计算机光驱中主要是应用了
光学中激光、光栅、波片等
知识。
量子计算机也正在研制？！
光子计算机已经研究出来了！
2、有效地训练研究自然科学的方法
?通过观察、实验、计算机模拟等得到事实和数
据；
?用 已知的可用的原理分析这些事实和数据；
?形成假说和理论以解释事实 ；
?预言新的事实和结果；（工程人员必备）
?用新的事例修改和建立新理论。
3,能进一步培养和建立辩证唯物主义世界观。
恩格斯说过,自然界本来就是辩证的而不是
形而上学发展的。
结论,物理课是科学素质课！物理思想和物理方
法是每一个科学工作者的基础和灵感之所在！
四、如何学好物理学？
2） 尽快适应电子教案的教学方式,
先预习、再听讲！ 学会有重点地 记好笔记 ！ ！
4 ）学会科学思维和科学分析问题的方法。
1） 弄清概念，不怕难；（瓶颈）
3）养成一丝不苟、持之以恒的学习作风；
（先从笔记、作业 入手）
矢 量 运 算
一、标量和矢量
1、标量：有大小和正负，而没有方向的物理量。如：
时间、质量、功等
2、矢量：有大小又有方向的物理量。
（ 1）常用带箭头的字母或黑体字母。在作图时，在
空间用一有向线段来表示：线段的长度表示矢量的模；
箭头的方向表示矢量的方向。
（ 2）负矢量的概念,
（ 3）矢量的平移不变性：将一矢量平移后，其大小
和方向都保持不变。
（ 4）单位矢量：其模为 1，其方向代表矢量的方向,
二、矢量的加法和减法（几何法）
1、矢量的加法（合成）
（ 1）三角形法则：矢量首尾相接。
（ 2）平行四边形法则：所有矢量始端处
于同一点。
2、矢量的减法：引入“负矢量”概念后，
用矢量的加法法则来处理。
三、矢量合成的解析法
1、矢量沿直角坐标系的正交分解：引入
“坐标单位矢量”后分解。
2、矢量合成的解析法,
四、矢量乘法
1、矢量数乘,
2、矢量点乘（标积）,
3、矢量叉积（矢积）,
五、矢量的导数和积分,
1、矢量的导数,
2、矢量的积分,
参 考 书
1、大学基础物理学（上、下）
张三慧 主编 清华大学出版社,2004年
2、物理学（上、中、下）（第四版）
马文蔚 主编 高等教育出版社,2004年
3、大学物理学（ 1 ～ 5册）
张三慧 主编 清华大学出版社,2004年
4、普通物理学（上、中、下）（第五版）
程守珠等编 高等教育出版社,2004年
5、大学物理（上、下）
潘琳 主编 中国石化出版社,2004年
