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物理 = 物理学

科目门类

一级学科, 专业名称:物理学     专业代码:070200     门类/类别:理学      学科/类别:物理学类

内容

物理学 ( Physics ),简称“物理”。原词出自希腊文(原文为φυσικός (physikos): natural,而 φυσικός 是 φύσις (physis): Nature 的变体) , 原意自然。古时欧洲人称呼物理学作自然哲学。从最广泛的意义上来说即是研究大自然现象及规律的学问。物理学家们研究存在于不同空间 与时间内的物质的状态,研究物质运动最一般的规律和物质的基本结构。在现代,物理学已经成为自然科学中最基础的一门学科。 物理学理论通常以数学关系的形式表达出来。历经长期印证的物理学理论有时被称为物理学定律。然而就如其他所有科学理论一样, 这些定律永远无法被证明,只能通过不断地实验来检验其正确性。

物理学是一种自然科学,注重于研究物质、能量、空间、时间,尤其是它们各自的性质与彼此之间的相互关系。 物理学是关于大自然规律的知识;更广义地说,物理学探索分析大自然所发生的现象,以了解其规则。

物理学(physics)是研究物质最一般的运动规律和物质基本结构的学科。作为自然科学的带头学科,物理学研究大至宇宙,小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律,因此成为其他各自然科学学科的研究基础。

研究对象:

物理现象、物质结构、物质相互作用、物质运动规律。

分类

按空间尺度划分:

量子力学、经典物理学、宇宙物理学。

按速率大小划分:

相对论物理学、非相对论物理学。

按客体大小划分:

微观、介观、宏观、宇观。

按运动速度划分:

低速、中速、高速。

按研究方法划分:

实验物理学、理论物理学、计算物理学。

按学校分类:

  • 中学物理 = 初中物理 + 高中物理
  • 大学物理 = 大物

    按年级分类:

  • 7-9年级 = 初中物理
  • 10-12年级 = 高中物理
  • 13-16年级 = 大1-大4年级 = 大学物理

    按年代分类:

      经典物理学

      ●牛顿力学 (Mechanics)与分析力学(analytical mechanics): 研究物体机械运动的基本规律及关于时空相对性的规律.
      电磁学 (Electromagnetism)与电动力学(Electrodynamics) : 研究电磁现象,物质的电磁运动规律及电磁辐射等规律.
      热力学 (Thermodynamics)与统计力学(Statistical mechanics) : 研究物质热运动的统计规律及其宏观表现.
      经典力学声学光学.

      现代物理学

      ●狭义相对论(special relativity): 研究物体的高速运动效应以及相关的动力学规律。
      ●广义相对论(general relativity): 研究在大质量物体附近,物体在强引力场下的动力学行为。
      量子力学 (Quantum mechanics) : 研究微观物质运动现象以及基本运动规律.
      ●粒子物理学、原子核物理学、原子物理学与分子物理学、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, 理论物理, 数学物理,

    按尺度分类:

    物理学的研究领域主要依据研究对象的尺度划分。

    尺度领域 分支领域主要理论
    >1020 m天体物理学 宇宙学 - 等离子物理学 大爆炸宇宙学 - 暴涨宇宙模型 - 广义相对论
    10-5~1015 m凝聚态物理学 固体物理学 - 低温物理学 - 介观物理学 - 半导体物理学 BCS理论 - 费米气体理论 - 费米液体理论 - 多体理论
    10-15~10-5 m原子分子物理学与光学 原子物理学 - 分子物理学 - 光学 量子光学
    <10-15 m粒子物理学 核子物理学 - 高能物理学 - 加速器物理学 标准模型 - 大统一理论 - M理论

    按学生分类:

    本科生按专业招生

    1. 物理学 070201
    2. 应用物理学 070202
    3. 核物理 070203
    4. 声学 070204T

    研究生按二级学科招生

    1. 理论物理 070201
    2. 粒子物理与原子核物理 070202
    3. 原子物理学与分子物理 070203
    4. 等离子体物理 070204
    5. 凝聚态物理 070205
    6. 声学 070206
    7. 光学 070207
    8. 无线电物理 070208

    按方法分类:

    理论物理 = 物理+数学
    计算物理 = 物理+化学+材料+计算机
    实验物理 = 物理+化学+材料+物理实验

    按理论分类:

    尽管物理学的研究范围十分广泛,相应的理论也很众多,但有一些理论被证明是最基本的,其正确性是被普遍接受的。这些理论被看作是物理学的中心学说和基础理论。他们也是成为一个物理学家所必备的知识。

    理论 重要主题 主要概念
    经典力学 牛顿运动定律 - 拉格朗日力学 - 哈密顿力学 - 流体力学 - 连续介质力学 时间 - 空间 - 运动 - 位移 - 速度 - 加速度 - 质量 - 力 - 力矩 - 动量 - 角动量 - 能量 - 功 - 功率 - 振动 - 波
    电磁学 电学 - 磁学 - 电动力学 电荷 - 电流 - 电场 - 磁场 - 电磁场 - 电磁辐射 - 电磁波
    热力学和统计力学 热机 - 分子运动论 温度 - 热量 - 内能 - 自由能 - 熵 - 配分函数 - 平衡态 - 涨落 - 相 - 相变
    相对论 狭义相对论 - 广义相对论 时空 - 引力场 - 引力波
    量子力学 薛定谔方程 - 路径积分 - 量子场论 波函数 - 哈密顿量 - 全同粒子
    时空理论 质量、能量、空间、时间 彼此之间的相互关系 物质、能量、空间、时间

    按学科分类:

    学科前数字为国家标准学科代码, 二位码为二级学科, 四位码为三级学科.

    二级学科
    ▪ 10:物理学史 ▪ 75:计算物理学 ▪ 80:应用物理学 ▪ 99:物理学其他学科
    二级学科 三级学科
    15 理论物理学 ▪ 1510:数学物理 ▪ 1520:电磁场理论 ▪ 1530:经典场论 ▪ 1540:相对论与引力场 ▪ 1550:量子力学 ▪ 1560:统计物理学 ▪ 1599:理论物理学其他学科
    20 声学 ▪ 2010:物理声学 ▪ 2020:非线性声学 ▪ 2030:量子声学 ▪ 2040:超声学 ▪ 2050:水声学 ▪ 2060:应用声学 ▪ 2099:声学其他学科
    25 热学 ▪ 2510:热力学 ▪ 2520:热物性学 ▪ 2530:传热学 ▪ 2599:热学其他学科
    30 光学 ▪ 3010:几何光学 ▪ 3015:物理光学 ▪ 3020:非线性光学 ▪ 3025:光谱学 ▪ 3030:量子光学 ▪ 3035:信息光学 ▪ 3040:导波光学 ▪ 3045:发光学 ▪ 3050:红外物理 ▪ 3055:激光物理 ▪ 3060:应用光学 ▪ 3099:光学其他学科
    35 电磁学 ▪ 3510:电学 ▪ 3520:静电学 ▪ 3530:静磁学 ▪ 3540:电动力学 ▪ 3599:电磁学其他学科
    40 无线电物理 ▪ 4010:电磁波物理 ▪ 4020:量子无线电物理 ▪ 4030:微波物理学 ▪ 4040:超高频无线电物理 ▪ 4050:统计无线电物理 ▪ 4099:无线电物理其他学科
    45 电子物理学 ▪ 4510:量子电子学 ▪ 4520:电子离子与真空物理 ▪ 4530:带电粒子光学 ▪ 4599:电子物理学其他学科
    50 凝聚态物理学 ▪ 5010:凝聚态理论 ▪ 5015:金属物理学 ▪ 5020:半导体物理学 ▪ 5025:电介质物理学 ▪ 5030:晶体学 ▪ 5035:非晶态物理学 ▪ 5040:液晶物理学 ▪ 5045:薄膜物理学 ▪ 5050:低维物理 ▪ 5055:表面与界面物理学 ▪ 5060:固体发光 ▪ 5065:磁学 ▪ 5070:超导物理学 ▪ 5075:低温物理学 ▪ 5080:高压物理学 ▪ 5099:凝聚态物理学其他学科
    55 等离子体物理学 ▪ 5510:热核聚变等离子体物理学 ▪ 5520:低温等离子体物理学 ▪ 5530:等离子体光谱学 ▪ 5540:凝聚态等离子体物理学 ▪ 5550:非中性等离子体物理学 ▪ 5599:等离子体物理学其他学科
    60 原子分子物理学 ▪ 6010:原子与分子理论 ▪ 6020:原子光谱学 ▪ 6030:分子光谱学 ▪ 6040:波谱学 ▪ 6050:原子与分子碰撞过程 ▪ 6099:原子分子物理学其他学科, 原子物理学
    65 原子核物理学 ▪ 6510:核结构 ▪ 6515:核能谱学 ▪ 6520:低能核反应 ▪ 6525:中子物理学 ▪ 6530:裂变物理学 ▪ 6535:聚变物理学 ▪ 6540:轻粒子核物理学 ▪ 6545:重离子核物理学 ▪ 6550:中高能核物理学 ▪ 6599:原子核物理学其他学科
    70 高能物理学 ▪ 7010:基本粒子物理学 ▪ 7020:宇宙线物理学 ▪ 7030:粒子加速器物理学 ▪ 7040:高能物理实验 ▪ 7099:高能物理学其他学科
    光电 光电材料 光电技术 绿色能源 应用物理 新能源材料 光通信与信息 绿色能源技术 光伏科学与技术 光电器件及其应用 光信息科学与技术

    研究领域

    研究领域

    ▪ 力学 ▪ 热学 ▪ 声学 ▪ 光学 ▪ 电磁学
    ▪ 凝聚态物理学 ▪ 固体物理学 ▪ 等离子体物理学 ▪ 分子物理学 ▪ 原子物理学
    ▪ 原子核物理学 ▪ 粒子物理学

    基础理论

    ▪ 经典力学 ▪ 连续介质力学 ▪ 热力学 ▪ 统计力学 ▪ 电动力学
    ▪ 相对论 ▪ 量子力学

    交叉学科

    ▪ 天体物理学 ▪ 生物物理学 ▪ 物理化学 ▪ 材料科学 ▪ 电子学
    ▪ 非线性物理学 ▪ 计算物理学

    物理学研究的领域可分为下列四大方面:

    1. 凝聚态物理

    ——研究物质宏观性质,这些物相内包含极大数目的组元,且组元间相互作用极强。最熟悉的凝聚态相是固体和液体,它们由原子间的键和电磁力所形成。更多的凝聚态相包括超流和玻色-爱因斯坦凝聚态(在十分低温时,某些原子系统内发现);某些材料中导电电子呈现的超导相;原子点阵中出现的铁磁和反铁磁相。凝聚态物理一直是最大的的研究领域。历史上,它由固体物理生长出来。1967年由菲立普·安德森最早提出,采用此名。

    2. 原子、分子和光学物理

    ——研究原子尺寸或几个原子结构范围内,物质-物质和光-物质的相互作用。这三个领域是密切相关的。因为它们使用类似的方法和有关的能量标度。它们都包括经典和量子的处理方法;从微观的角度处理问题。原子物理处理原子的壳层,集中在原子和离子的量子控制;冷却和诱捕;低温碰撞动力学;准确测量基本常数;电子在结构动力学方面的集体效应。原子物理受核的影晌。但如核分裂、核合成等核内部现象则属高能物理。 分子物理集中在多原子结构以及它们,内外部和物质及光的相互作用,这里的光学物理只研究光的基本特性及光与物质在微观领域的相互作用。

    3. 高能/粒子物理

    ——粒子物理研究物质和能量的基本组元及它们间的相互作用;也可称为高能物理。因为许多基本粒子在自然界原本并不存在,只在粒子加速器中与其它粒子高能碰撞下才出现。据基本粒子的相互作用标准模型描述,有12种已知物质的基本粒子模型(夸克和轻粒子)。它们通过强、弱和电磁基本力相互作用。标准模型还预言一种希格斯-玻色粒子存在。现正寻找中。

    4. 天体物理

    ——天体物理和现代天文学是将物理的理论和方法应用于研究星体的结构和演变、太阳系的起源,以及宇宙的相关问题。因为天体物理的范围宽,它利用了物理的许多原理,包括力学、电磁学、统计力学、热力学和量子力学。1931年,卡尔发现了天体发出的无线电讯号,开始了无线电天文学。天文学的前沿已被空间探索所扩展。地球大气的干扰使观察空间需要用到红外、超紫外、伽玛射线和X射线。物理宇宙论研究在宇宙的大范围内宇宙的形成和演变。爱因斯坦的相对论在现代宇宙理论中起了中心的作用。20世纪早期哈勃从图中发现了宇宙在膨胀,促进了宇宙的稳定状态论和大爆炸之间的讨论。1964年宇宙微波背景的发现,证明了大爆炸理论可能是正确的。大爆炸模型建立在二个理论框架上:爱因斯坦的广义相对论和宇宙论原理。宇宙论已建立了ACDM宇宙演变模型,它包括宇宙的膨胀、暗能量和暗物质。 从费米伽玛-射线望运镜的新数据和现有宇宙模型的改进,可期待出现许多可能性和发现。尤其是今后数年内,围绕暗物质方面可能有许多发现。

    研究方法

    物理学的方法和科学态度:

    提出命题 → 理论解释 → 理论预言 → 实验验证 → 修改理论。 现代物理学是一门理论和实验高度结合的精确科学,它的产生过程如下:
    物理命题一般是从新的观测事实或实验事实中提炼出来,或从已有原理中推演出来; 首先尝试用已知理论对命题作解释、逻辑推理和数学演算。如现有理论不能完美解释,需修改原有模型或提出全新的理论模型; 新理论模型必须提出预言,并且预言能够为实验所证实; 一切物理理论最终都要以观测或实验事实为准则,当一个理论与实验事实不符时,它就面临着被修改或被推翻。

    怎样学习物理学?

    著名物理学家费曼说:“科学是一种方法。它教导人们:一些事物是怎样被了解的,什么事情是已知的,了解到了什么程度,如何对待疑问和不确定性,证据服从什么法则;如何思考事物,做出判断,如何区别真伪和表面现象?”著名物理学家爱因斯坦说:“发展独立思考和独立判断的一般能力,应当始终放在首位,而不应当把专业知识放在首位。如果一个人掌握了他的学科的基础理论,并且学会了独立思考和工作,他必定会找到自己的道路,而且比起那种主要以获得细节知识为其培训内容的人来,他一定会更好地适应进步和变化。”

    学习的观点:

    从整体上逻辑地、协调地学习物理学,了解物理学中各个分支之间的相互联系。

    物理学的本质:

    物理学并不研究自然界现象的终极机制(或者根本不能研究),我们只能在某些现象中感受自然界的规则,并试图以这些规则来解释自然界所发生任何的事情。我们有限的智力总试图在理解自然,并试图改变自然,这是物理学,甚至是所有自然科学共同追求的目标。

    公式

    1. 物理公式
    2. 大学物理公式
    3. 改变世界面貌的十个数学公式

    课程

    高等数学力学热学电磁学光学、量子物理、普通物理实验(力、热、光、电)、 数学物理方法、理论力学、电动力学、热力学与统计物理、量子力学、近代物理实验、电子学、电子线路、中学物理教学论等。

    课程视频

    基础课

    普通物理, 高等数学,

    专业课

    现代物理学, 理论物理, 量子力学, 电磁学, 热力学, 统计力学, 数学物理, 凝聚态物理导论, 粒子物理导论, 基础光学实验, 计算机科学引论

    凝聚态物理专业课

    凝聚态物理导论, 凝聚态物理实验、X-射线衍射晶体学、固体物理Ⅱ、晶体物理、现代材料和固体光谱学等。

    理论物理专业课

    粒子物理导论、原子核理论导论、量子场论导论等。

    光学专业课

    高等光学,激光物理,应用光学原理,光谱学原理, 现代光学与光通讯, 现代光学专业实验等。

    学习顺序:

    力学热学电磁学光学理论力学数学物理方法一原子物理一电动力学一热统一量子力学一固体物理一微分几何与广义相对论-一高等量子力学--量子场论基础一-量子电动力学--量子色动力学--弦理论和M理论.

    课程介绍

    1、数学物理方法

    本课程内容包括复变函数论基础,傅立叶级数和傅立叶积分,数学物理方程的导出和定解问题、分离变量法、二阶常微分方程的级数解法及特殊函数

    2、理论力学

    理论力学是普通物理力学的延续课,包括质点力学、质点系力学、刚体力学、分析力学等。

    3、电动力学

    本课程内容包括真空和介质中的静电场和静磁场以及它们在两种介质分界面上的规律;变化的电磁场的激发和传播的规律;与电磁现象的参照系变换相联系的时空理论——狭义相对论

    4、热力学与统计物理

    本课程内容包括热力学、统计物理学两部分。主要内容包括热力学基本定律,热力学函数及其应用,相平衡和化学平衡,不可逆过程热力学简介,概率论的基本知识,统计物理学的基本概念,玻耳兹曼统计分布律,量子统计,系统理论和涨落理论。

    5、量子力学

    量子力学课程主要内容包括微观粒子的波粒二象性与德布罗意假设,波函数与薛定谔方程,力学量的算符表示,定态微扰论,电子自旋与全同粒子体系。

    6、近代物理实验

    本课程是物理学专业的一门重要的基础实验课程,所涉及的物理知识面广,并具有较强的综合性和技术性。

    7、物理教学论

    本课程主要内容包括中学物理教学的目的和任务、中学物理学科的内容和结构、 中学物理教学过程的规律和特点、中学生物理学习的认知特点和心理特征、 中学物理概念和规律的教学研究、中学物理教学测量与评价的理论与方法、 中学物理教材分析等。

    例题

    试题

    书单

  • 物理辞典
  • 物理名词

    人物

    朗道, 霍金, 杨振宁, 杨振宁自传

    论坛

    相关条目

    地球物理学 
    参阅
    1. 数学 - 数学符号 - 数学索引
    2. 手册 = 中学数学手册 + 数学手册 + 实用数学手册
    3. 初等数学 = 中学数学 = 初中数学 + 高中数学
    4. 高等数学 = 基础数学 ( 代数 + 几何 + 分析 ) + 应用数学
    5. 数学公式 - 函数图 - 曲线图 - 立体图 - 动画 - 例题
    6. 书单 = 数学 + 物理 + 化学 + 计算机 + 医学 + 英语 - QQ群614057790下载书
    7. 数学手册计算器 = 数学 + 手册 + 计算器 + 计算机代数系统
    8. 例题:
    
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