大学物理学
什么是物理学?
顾名思义：
物理学是研究事物的道理的学问
中国古代的物理学，似乎是阴阳、
五行、八卦、天人和一等。
我们现在学习的 <<物理学 >>,是
十九世纪由西方引入的新学（西学）
之一 。
（下一页）
—— 格物致知，万物之理。
西方的物理学,即 Physics.
这个词早先来自希腊文 Physis.
其原意是,自然的科学”,即在古
代欧洲,物理学是自然科学的总称,
但随着自然科学的发展,各种独立
的学科分别陆续形成,如化学,生物学，
天文学，地质学及各种工程学科等。
（下一页）
因此后来，物理学成为专门的：
研究物质运动中最普遍、最基本的运动
形式的基本规律的学科。 。
它涉及的范围，最初包括,
力学、
热学和分子物理学、
电磁学、
光学,
称为,
经典物理学
物理学是自然科学的基础
（下一页）
随着研究的发展，在十九世纪末,
人们发现了经典物理学的局限性。
在高速运动领域，即速度可与光速比
拟时,应适用爱因斯坦建立的相对论力学 ;
在微观领域，由原子和原子核物理，
发展到量子论和量子力学。
物理学由,经典物理学” 发展到
“近代物理学”
（下一页）
人类科技发展史上的三次工业革命与物理学的关系：
第一次工业革命：工业的机械化 -----瓦特的蒸汽机
基础,牛顿力学和波尔兹曼等创立的热力学
第二次工业革命：工业的电气化 -----发电机、电动机 ……
基础,法拉第与麦克斯韦等建立的电磁学
第三次工业革命：工业的自动化与核能的应用 -----计算机、
光通讯、核弹、核能发电 ……
基础,爱因斯坦的相对论，普朗克、爱因斯坦、
======波尔、薛定鄂等创立的量子力学。
第四次工业? 革命：工业的？化 -----纳米技术、基因工程、
超导体应用,……
基础,现代物理学研究的理论与技术。
（下一页）
关于大学物理
1、什么是大学物理,为大学非物理专业的理工科学生
开设的物理课。
2、大学物理的教学内容
（ 1）经典物理部分,运动学、牛顿力学、热学、
电磁学,波动光学。
------ 是理工科大学生必不可少的科技基础。
（ 2）近代物理部分,狭义相对论与量子力学基础
------是学习现代科学技术 不可或缺的内容。
（ 3）现代物理部分,天体物理、粒子物理、混沌等。
----- 是 21世纪高技术人才应该了解的内容
（下一页）
3、大学物理与中学物理的关系与差别
（ 1）中学物理是学习大学物理的基础 ；大学物理是
中学物理 的继承与发展，但不是简单的重复。
（ 2）有三点主要差别：
1）研究的对象不同：由简单到复杂，由特殊到一般。
如,由匀速到变速，由恒力到变力，由均匀到非
均匀，质点到刚体等
2）研究的方法和使用的工具不同：
如,由初等数学到高等数学，由标量到矢量、
由实数到 复数等
3）研究的目的不同：
如,由只知其然到知其所以然，由了解知识到
应用知识。 （下一页）
4、大学物理的重要性
（ 1）大学物理在培养动手能力与创新精神方面的作
======用是任何其他学科不可替代的；
（ 2）大学物理的基本知识是 21世纪高科技人才的
======知识结构中必不可少的；
（ 3）大学物理的基本知识是理工科大学生学好专业
======课与进一 步深造的基本保障。
（ 4）大学物理不及格是拿不到毕业证的！
（下一页）
学习知识有个规律：懂 — 会 — 熟 — 巧。
要求抓好以下几个环节：
1、有针对性的预习，
2、认真的听讲，
3、必要的复习，
4、按时、独立地完成作业。
最好把三册课本通读一遍！
关键是要动手动脑,勤于思考，多加练习。
（下一页）
本学期的教学安排
1、第一、二、三、四章：经典力学 [上册 ]（ 20学时）
2、第十八章：相对论； [下册 ] （ 4学时）
3、第十四、十五、十六章 [下册 ]机械振动；机械波；
电磁振荡和电磁波 （ 12学时）
6、第十七 章：波动光学； [下册 ] （自学）
7、第十九 章：量子物理； [下册 ] （自学）
4、电磁学 [中册 ]； （ 32学时）
（下一页）
5、第六、七章：热学； [上册 ] （自学）
除了 19-10﹡ 的“自旋磁量子数”外，带 ﹡ 号的都不
讲。
预备知识
一、物理量
A,物理理论的组成部分：
1、概念
2、关于概念的数学表示的假定
3、表示物理量之间关系的方程
B,物理量分为 基本物理量 和 导出物理量
力学的基本物理量有 长度，质量 和 时间 。
C,物理量的单位和单位制
基本物理量 的单位称 基本单位
导出物理量 的单位称 导出单位
（事物的状态、以及状态的变化等）
（定量的表述）
（定律、定理）
（下一页）
选择不同的基本单位构成不同的单位制，国际
单位制（用 SI表示）的基本单位（七个）如下：
注意：没有单位的纯数字，没有什么物理意义
∴ 作物理题的最后结果，一定不要忘记“单位”。
（下一页）
长度 ( l,s ) 米 m 质量 ( m,M ) 千克 kg
时间 ( t ) 秒 s 电流 ( I,i ) 安 [安培 ] A
热力学温度 ( T ) 开 [开尔文 ] K
发光强度 坎得拉 cd
??
M?物质的量 ( ） [摩尔 ] mol
P33 2-2 物理量的单位和量纲
基本物理量的符号（大写字母），称为基本量的量纲 。
例如,长度,L； 质量,M ； 时间,T 。
导出量的量纲可由基本量的量纲来表示,dimQ=LpMqTs
例如：速度的量纲是 LT-1,力的量纲是 MLT-2
只有量纲相同的物理量才能相加减和用等号连接，
只要考察等式两端各项量纲是否相同，就可初步校验
等式的正确性。
要注意量纲与物理量单位的区别，
例如长度（ L） 国际单位制单位是“米”,其符号是：
m ； ===时间（ T） 国际单位制单位是“秒”,其符
号是,s ; ===质量（ M） 国际单位制单位是“公斤”,
其符号,kg （下一页）
二,矢量代数的基本知识
标量只有 大小（当然有正负）,例如：
质量、长度、时间、密度、能量、温度等。
矢量既有 大小 又有 方向,并有 一定的运
算规则,例如：位移、速度、加速度、力等。
1、矢量的几种表示方式：
＊几何表示：有指向的线段
),,( 321 AAAA ? 大小 AA ?＝
2、矢量相等,大小相同，方向相同 。
标量不能与矢量相等，即
（矢量的模）
字母上面加箭头，或用黑体字（课本）
AA ?? （下一页）
A
＊解析表示：
3、矢量的运算法则：
(1) 加减法
含 平行 四边形法则 和 三角形法则
A
B
A
B C
C
BAC ??? ?? BAC ??? ??
（下一页）
(2) 数乘
?
?
?
??
?
?
??
?
?
?
??
?
?
?
AC
AC
AC
CA
平行于
平行于
方向
大小
0
0
?
?
?
?
一个矢量也可写成, 它的大小乘上它的单位矢量，
如：
0rAA
?? ? AA ??
A
A
r
?
? ?
0
（下一页）
(3)矢量的分解
在一个平面内，若存在两个不共线的矢量
则平面内的任一矢量可以分解为：
21 ee
?? 和
2211 eAeAA
??? ??
21 ee ?
常用 称为正交分解
在直角坐标系,kAjAiAA
zyx
???? ???
?c o sAA x ?
?c o sAA y ?
?c o sAA z ?
?
?
?
三个坐标轴的夹角
与分别是 ZYXA,,
?
kBAjBAiBABA zzyyxx ????? )()()( ???????
（下一页）
同一方向上的分量的运算如同标量一样。
不同方向上的分量不能合并同类项，要按矢量加法法则叠加。
222 zyx AAAAA ???? ?其大小
r
P
x
y
z
O
X
Y
Z
i? j
?
k?
?
?
?
（下一页）
kzjyixr ???? ???
222 zyxrr ???? ?
(4)矢量的标积（点积，点乘）
方向的投影。在为为单位矢，若
的夹角与为
BABAB
BAABBA
?
?? ) (c o s ??
特别注意,02 ??? AAA
若 0?? BA 可能 BABA ??? 00
ABBA ???? ???
CABACBA ??????? ?????? )(
遵守交换律
遵守分配律
0
1
??????
??????
ikkjji
kkjjii
??????
??????
zzyyxx
zyxzyx
BABABA
kBjBiBkAjAiABA
???
???????? )()(
????????
?
0,90
0,90
0,90
0
0
0
???
???
???
BA
BA
BA
??
??
??
?
?
?
（下一页）
A?
B?
?
?cosB
标积的
性质：
(5)矢量的矢积（叉积、叉乘） CBA ??
是一个轴矢量
方向：
大小：平行四边形面积
右
手
螺
旋
前
进
) 0(
s i n
??
?
??
??? ABBAC A?
B?
?
C?
右手四指由叉乘号前的矢量方向，
沿小于 π的夹角旋转到叉乘号后的
矢量方向时拇指的指向。积矢量垂
直于两叉乘矢量所确定的平面。
（下一页）
矢积的性质：
0
)(
??
??????
????
AA
CABACBA
ABBA
????不遵守交换律
但遵守分配律
jik
ikj
kji
kkjjii
???
???
???
???????
??
??
??
?????? 0
zyx
zyx
BBB
AAA
kji
BA
???
??
??
（下一页）
(6)矢量的非法运算包括
?DeCB
A
,,ln,1
矢量与标量不能相等。 ！！！
即：矢量不能作除数、取对数；
不能开方、作指数。
注意：严格区分矢量的叉乘与点乘！
,×,、,·,不能随便乱用。
（下一页）
（ 7）矢量的导数还是个矢量
若 在直角坐标系，坐标轴方向不变，各
分量互不相干，分别求导。如：
k
dt
dAj
dt
dA
i
dt
dA
dt
Ad zyx ???
?
???
但一般
dt
dA
dt
Ad
?
?
（除非定向运动。）
如：速度的导数是总加速度，速率的导数是加
速度的切向分量。
dt
rdAr
dt
dA
dt
AdrAA 0
00
?????
??? 则若
（下一页）
即,矢量的导数的模 一般不等于 矢量的模的导数
在直角坐标系中
222
?
?
?
?
?
??
??
?
?
??
?
?
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?
?
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dt
dA
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k
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?
???
222
zyx AAAAA ????
?
dt
AAAd
dt
dA zyx 222 ???
（下一页）
1A
?
2A
?
A??
A?
显然 AA ?? ?一般?
tA?
? ? ? ? 2010 rArAA t ??? ?????
? ? ? ? 22 tAAA ????? ?
,,,0 21 在同一方向时即除非 AAA t ????
才可能 AA ??? ?
dt
dA
dt
Ad ?
?
（下一页）
（ 8）矢量的积分
,Adt BdBA ?
???
?系内，且都在同一平面直角坐标和若
dtABd ?? ?则有 dtjAiA
yx )(
?? ??
量各自积分：矢量对标量积分，各分
jBiB
jdtAidtAdtAB
yx
yx
??
????
??
??? ?? ? )()(
各分量方向不变即,,dtABdtAB yyxx ?? ??
第一种情况：
（下一页）
第二种情况，对矢量点乘积分：
??? ? ??????
?????
dzFdyFdxFrdFW
dzFdyFdxFrdFdW
zyx
zyx
??
??
总功
元功
变力沿曲线作功，如,
还有，对矢量叉乘积分，以后在电磁学里再讲。
总之，大家课后看看课本上册
P33 2-2 物理量的单位和量纲
P271附录一 矢量。
什么是物理学?
顾名思义：
物理学是研究事物的道理的学问
中国古代的物理学，似乎是阴阳、
五行、八卦、天人和一等。
我们现在学习的 <<物理学 >>,是
十九世纪由西方引入的新学（西学）
之一 。
（下一页）
—— 格物致知，万物之理。
西方的物理学,即 Physics.
这个词早先来自希腊文 Physis.
其原意是,自然的科学”,即在古
代欧洲,物理学是自然科学的总称,
但随着自然科学的发展,各种独立
的学科分别陆续形成,如化学,生物学，
天文学，地质学及各种工程学科等。
（下一页）
因此后来，物理学成为专门的：
研究物质运动中最普遍、最基本的运动
形式的基本规律的学科。 。
它涉及的范围，最初包括,
力学、
热学和分子物理学、
电磁学、
光学,
称为,
经典物理学
物理学是自然科学的基础
（下一页）
随着研究的发展，在十九世纪末,
人们发现了经典物理学的局限性。
在高速运动领域，即速度可与光速比
拟时,应适用爱因斯坦建立的相对论力学 ;
在微观领域，由原子和原子核物理，
发展到量子论和量子力学。
物理学由,经典物理学” 发展到
“近代物理学”
（下一页）
人类科技发展史上的三次工业革命与物理学的关系：
第一次工业革命：工业的机械化 -----瓦特的蒸汽机
基础,牛顿力学和波尔兹曼等创立的热力学
第二次工业革命：工业的电气化 -----发电机、电动机 ……
基础,法拉第与麦克斯韦等建立的电磁学
第三次工业革命：工业的自动化与核能的应用 -----计算机、
光通讯、核弹、核能发电 ……
基础,爱因斯坦的相对论，普朗克、爱因斯坦、
======波尔、薛定鄂等创立的量子力学。
第四次工业? 革命：工业的？化 -----纳米技术、基因工程、
超导体应用,……
基础,现代物理学研究的理论与技术。
（下一页）
关于大学物理
1、什么是大学物理,为大学非物理专业的理工科学生
开设的物理课。
2、大学物理的教学内容
（ 1）经典物理部分,运动学、牛顿力学、热学、
电磁学,波动光学。
------ 是理工科大学生必不可少的科技基础。
（ 2）近代物理部分,狭义相对论与量子力学基础
------是学习现代科学技术 不可或缺的内容。
（ 3）现代物理部分,天体物理、粒子物理、混沌等。
----- 是 21世纪高技术人才应该了解的内容
（下一页）
3、大学物理与中学物理的关系与差别
（ 1）中学物理是学习大学物理的基础 ；大学物理是
中学物理 的继承与发展，但不是简单的重复。
（ 2）有三点主要差别：
1）研究的对象不同：由简单到复杂，由特殊到一般。
如,由匀速到变速，由恒力到变力，由均匀到非
均匀，质点到刚体等
2）研究的方法和使用的工具不同：
如,由初等数学到高等数学，由标量到矢量、
由实数到 复数等
3）研究的目的不同：
如,由只知其然到知其所以然，由了解知识到
应用知识。 （下一页）
4、大学物理的重要性
（ 1）大学物理在培养动手能力与创新精神方面的作
======用是任何其他学科不可替代的；
（ 2）大学物理的基本知识是 21世纪高科技人才的
======知识结构中必不可少的；
（ 3）大学物理的基本知识是理工科大学生学好专业
======课与进一 步深造的基本保障。
（ 4）大学物理不及格是拿不到毕业证的！
（下一页）
学习知识有个规律：懂 — 会 — 熟 — 巧。
要求抓好以下几个环节：
1、有针对性的预习，
2、认真的听讲，
3、必要的复习，
4、按时、独立地完成作业。
最好把三册课本通读一遍！
关键是要动手动脑,勤于思考，多加练习。
（下一页）
本学期的教学安排
1、第一、二、三、四章：经典力学 [上册 ]（ 20学时）
2、第十八章：相对论； [下册 ] （ 4学时）
3、第十四、十五、十六章 [下册 ]机械振动；机械波；
电磁振荡和电磁波 （ 12学时）
6、第十七 章：波动光学； [下册 ] （自学）
7、第十九 章：量子物理； [下册 ] （自学）
4、电磁学 [中册 ]； （ 32学时）
（下一页）
5、第六、七章：热学； [上册 ] （自学）
除了 19-10﹡ 的“自旋磁量子数”外，带 ﹡ 号的都不
讲。
预备知识
一、物理量
A,物理理论的组成部分：
1、概念
2、关于概念的数学表示的假定
3、表示物理量之间关系的方程
B,物理量分为 基本物理量 和 导出物理量
力学的基本物理量有 长度，质量 和 时间 。
C,物理量的单位和单位制
基本物理量 的单位称 基本单位
导出物理量 的单位称 导出单位
（事物的状态、以及状态的变化等）
（定量的表述）
（定律、定理）
（下一页）
选择不同的基本单位构成不同的单位制，国际
单位制（用 SI表示）的基本单位（七个）如下：
注意：没有单位的纯数字，没有什么物理意义
∴ 作物理题的最后结果，一定不要忘记“单位”。
（下一页）
长度 ( l,s ) 米 m 质量 ( m,M ) 千克 kg
时间 ( t ) 秒 s 电流 ( I,i ) 安 [安培 ] A
热力学温度 ( T ) 开 [开尔文 ] K
发光强度 坎得拉 cd
??
M?物质的量 ( ） [摩尔 ] mol
P33 2-2 物理量的单位和量纲
基本物理量的符号（大写字母），称为基本量的量纲 。
例如,长度,L； 质量,M ； 时间,T 。
导出量的量纲可由基本量的量纲来表示,dimQ=LpMqTs
例如：速度的量纲是 LT-1,力的量纲是 MLT-2
只有量纲相同的物理量才能相加减和用等号连接，
只要考察等式两端各项量纲是否相同，就可初步校验
等式的正确性。
要注意量纲与物理量单位的区别，
例如长度（ L） 国际单位制单位是“米”,其符号是：
m ； ===时间（ T） 国际单位制单位是“秒”,其符
号是,s ; ===质量（ M） 国际单位制单位是“公斤”,
其符号,kg （下一页）
二,矢量代数的基本知识
标量只有 大小（当然有正负）,例如：
质量、长度、时间、密度、能量、温度等。
矢量既有 大小 又有 方向,并有 一定的运
算规则,例如：位移、速度、加速度、力等。
1、矢量的几种表示方式：
＊几何表示：有指向的线段
),,( 321 AAAA ? 大小 AA ?＝
2、矢量相等,大小相同，方向相同 。
标量不能与矢量相等，即
（矢量的模）
字母上面加箭头，或用黑体字（课本）
AA ?? （下一页）
A
＊解析表示：
3、矢量的运算法则：
(1) 加减法
含 平行 四边形法则 和 三角形法则
A
B
A
B C
C
BAC ??? ?? BAC ??? ??
（下一页）
(2) 数乘
?
?
?
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AC
AC
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平行于
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一个矢量也可写成, 它的大小乘上它的单位矢量，
如：
0rAA
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A
A
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0
（下一页）
(3)矢量的分解
在一个平面内，若存在两个不共线的矢量
则平面内的任一矢量可以分解为：
21 ee
?? 和
2211 eAeAA
??? ??
21 ee ?
常用 称为正交分解
在直角坐标系,kAjAiAA
zyx
???? ???
?c o sAA x ?
?c o sAA y ?
?c o sAA z ?
?
?
?
三个坐标轴的夹角
与分别是 ZYXA,,
?
kBAjBAiBABA zzyyxx ????? )()()( ???????
（下一页）
同一方向上的分量的运算如同标量一样。
不同方向上的分量不能合并同类项，要按矢量加法法则叠加。
222 zyx AAAAA ???? ?其大小
r
P
x
y
z
O
X
Y
Z
i? j
?
k?
?
?
?
（下一页）
kzjyixr ???? ???
222 zyxrr ???? ?
(4)矢量的标积（点积，点乘）
方向的投影。在为为单位矢，若
的夹角与为
BABAB
BAABBA
?
?? ) (c o s ??
特别注意,02 ??? AAA
若 0?? BA 可能 BABA ??? 00
ABBA ???? ???
CABACBA ??????? ?????? )(
遵守交换律
遵守分配律
0
1
??????
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zyxzyx
BABABA
kBjBiBkAjAiABA
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0,90
0,90
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???
???
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BA
BA
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（下一页）
A?
B?
?
?cosB
标积的
性质：
(5)矢量的矢积（叉积、叉乘） CBA ??
是一个轴矢量
方向：
大小：平行四边形面积
右
手
螺
旋
前
进
) 0(
s i n
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??? ABBAC A?
B?
?
C?
右手四指由叉乘号前的矢量方向，
沿小于 π的夹角旋转到叉乘号后的
矢量方向时拇指的指向。积矢量垂
直于两叉乘矢量所确定的平面。
（下一页）
矢积的性质：
0
)(
??
??????
????
AA
CABACBA
ABBA
????不遵守交换律
但遵守分配律
jik
ikj
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???
???
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BBB
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（下一页）
(6)矢量的非法运算包括
?DeCB
A
,,ln,1
矢量与标量不能相等。 ！！！
即：矢量不能作除数、取对数；
不能开方、作指数。
注意：严格区分矢量的叉乘与点乘！
,×,、,·,不能随便乱用。
（下一页）
（ 7）矢量的导数还是个矢量
若 在直角坐标系，坐标轴方向不变，各
分量互不相干，分别求导。如：
k
dt
dAj
dt
dA
i
dt
dA
dt
Ad zyx ???
?
???
但一般
dt
dA
dt
Ad
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（除非定向运动。）
如：速度的导数是总加速度，速率的导数是加
速度的切向分量。
dt
rdAr
dt
dA
dt
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00
?????
??? 则若
（下一页）
即,矢量的导数的模 一般不等于 矢量的模的导数
在直角坐标系中
222
?
?
?
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222
zyx AAAAA ????
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（下一页）
1A
?
2A
?
A??
A?
显然 AA ?? ?一般?
tA?
? ? ? ? 2010 rArAA t ??? ?????
? ? ? ? 22 tAAA ????? ?
,,,0 21 在同一方向时即除非 AAA t ????
才可能 AA ??? ?
dt
dA
dt
Ad ?
?
（下一页）
（ 8）矢量的积分
,Adt BdBA ?
???
?系内，且都在同一平面直角坐标和若
dtABd ?? ?则有 dtjAiA
yx )(
?? ??
量各自积分：矢量对标量积分，各分
jBiB
jdtAidtAdtAB
yx
yx
??
????
??
??? ?? ? )()(
各分量方向不变即,,dtABdtAB yyxx ?? ??
第一种情况：
（下一页）
第二种情况，对矢量点乘积分：
??? ? ??????
?????
dzFdyFdxFrdFW
dzFdyFdxFrdFdW
zyx
zyx
??
??
总功
元功
变力沿曲线作功，如,
还有，对矢量叉乘积分，以后在电磁学里再讲。
总之，大家课后看看课本上册
P33 2-2 物理量的单位和量纲
P271附录一 矢量。
