绪论

物理学的研究对象

物理学是关于自然界最基本形态的科学,它研究物质的结构、运动及物体间的相互作用.

存在于人的周围和人的意识之外的客观实在都是物质. 物质有两种不同的形态: 一种是实物, 另一种是场. 实物包括微观粒子和宏观物体, 它的范围是从基本粒子的亚核世界到整个宇宙. 场包括引力场、电磁场和量子场等.

物质运动和物质间的相互作用是物质的普遍属性. 物质的物理运动具有粒子和波动两种特性. 物体的机械运动, 包括天体运动和分子的无规则热运动, 呈现粒子性; 而场运动呈现波动性. 在微观领域, 无论实物还是场都呈现波粒二象性. 物质间有四种基本的相互作用, 即引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用. 20 世纪 70 年代末, 电磁相互作用和弱相互作用已经统一为电弱相互作用. 研究发现, 实物间的相互作用是由场来传递的, 实物激发出场, 场再作用于另一实物.

物质的运动和相互作用总是在一定的空间和一定的时间内发生. 空间是物质运动广延性的反映, 时间则是物质运动过程持续性的体现. 在时空均匀和各向同性条件下, 物质的运动和相互作用遵循一系列守恒定律; 而在高速和强场情况下, 时空的几何性质和量度与物质的分布和运动有密切关系.

大学物理课程的内容体系可以按以下顺序编制.

(1)力学和相对论——讨论机械运动和时空性质.

(2) 振动与波——讨论宏观领域的波动规律.

(3) 热学——讨论由大量分子组成的热力学系统的统计规律和宏观表现.

(4)电磁学——讨论电磁场的运动规律和电磁相互作用.

(5) 波动光学——讨论光的干涉、衍射和偏振.

(6)量子物理学——讨论微观粒子的波粒二象性和量子运动特征.

物理学和科学技术的关系

物理学是其他一切自然科学的基础,在诸多自然科学学科中处于核心地位. 物理学研究的粒子和原子构成了蛋白质、基因、器官、生物体, 以及广袤的陆地、海洋、大气, 甚至整个宇宙. 因此, 物理学是化学、生物学、材料科学、地球物理学和天体物理学等学科的基础. 今天, 物理学和这些学科之间的边缘领域中又形成了一系列分支学科和交叉学科, 如粒子物理学、核物理学、凝聚态物理学、原子分子物理学、物理电子学、生物物理学等. 这些学科领域的研究都取得了引人注目的成就.

物理学的发展,广泛而直接地推动着技术的革命和社会文明的进步.18世纪60年代开始的第一次科技革命,以蒸汽机应用为标志,是牛顿力学和热力学发展的结果.19世纪70年代开始的第二次科技革命,以电力的广泛应用和无线电通信为标志,是电磁学发展的结果.20世纪40年代兴起并一直延续至今的第三次科技革命,是相对论和量子论发展的结果.事实证明,几乎所有重大的新技术领域(如电子学、原子能、激光和信息技术等),都是在物理学中经过长期的酝酿,并在理论和实验两方面积累了大量知识后,才得以发展起来的.物理学是科技生产力发展的不竭源泉.

当前，全世界范围内正面临着以信息、能源、材料、生物工程和空间技术等为核心的一场新的科技革命。在这些高科技领域中必将不断涌现出人们今天尚不知道的一系列新技术和新产品。物理学以其最广泛和最基本的内容正成为各个新兴学科的先导。近代物理在量子论和粒子物理等研究方向上的突破和成熟，可能孕育和萌发科学与技术的新芽。建立在物理学等自然科学基础上的高科技，在21世纪推动人类文明进入更高级的阶段。

努力学好物理学

物理学的理论是利用观察、实验、抽象、假设等研究方法并通过实践的检验而建立起来的。实践是检验科学真理的唯一标准。学习物理应遵循实践—理论—再实践的方法，独立思考、判断，不必迷信或屈从权威。以实事求是、脚踏实地的态度对待科学真理是绝对必要的。作为大学理工科各专业的学生，学习物理首先要注重课程内容的内在联系，扎扎实实学好基本概念和基本理论。这包括对物理概念、规律、图像等的透彻理解，对物理学的研究方法、数学描述语言和推演技巧的熟练掌握，因此适当的记忆、模仿和练习是很有必要的。但是，掌握现有的书本知识还远远不够。物理学和其他一切自然科学的发展是永不停息的，纷繁的自然界中人类未知的事物还远超于已经了解的事物，发现和创新是自然科学的生命和灵魂。科学工作者应当争取有所发现、有所创新，学生应当通过学习和掌握物理知识的过程来增强自己的创新意识和创造能力。

在增强创新意识方面,学会“体会式”的学习方法是十分重要的.著名物理学家、诺贝尔物理学奖获得者杨振宁先生多次谈到中美两国的教育差异.他提到中国的传统教育方式强调知识的系统性,提倡循序渐进地学习,这有利于学生打下扎实的基础.而美国的教育方式注重知识的广泛性,提倡“渗透式”教学,其优点是学生有较强的独立思考能力和创新意识,易于接触科学发展的前沿.这两种教育方式各具特色,我们应当努力把两者的优点和谐地统一起来,中西兼蓄,为我所用.基于这些考虑,本书在适当章节插入一些对学生来说不太熟悉或感觉较难的内容,目的就是渗透一些近代技术特别是高新技术的信息,以开拓学生视野,希望学生能以富于进取的精神来对待这些内容.