物理學的學科門類是理學類。物理學(physics)是研究物質最一般的運動規律和物質基本結構的學科。作為自然科學的帶頭學科,物理學研究大至宇宙,小至基本粒子等一切物質最基本的運動形式和規律,因此成為其他各自然科學學科的研究基礎。
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物理學起始于伽利略和牛頓的年代,它已經成為一門有眾多野咐分支的基礎科學。物理學是一門實驗科學,也是一門崇尚理性、重視邏輯推理的科學。物理學充分用數學作為自己的工作語言,它是當今最精密的一門自然科學學科。
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基本定義:物理學是一門自然科學,注重于研究物質、能量、空間、時間,尤其是它們各自的性質與彼此之間的相互關系。物理學是關于大自然規律的頌鏈純知識;更廣義地說,物理學探索并分析大自然所發生的現象,以了解其規則。
物理學(physics)的研究對象:物理現象、物質結構、物質相互作用、物質運動規律。
物理學研究的尺度——物質世界的層次和數量級
空間尺度:原子、原子核、基本粒子、DNA長度、最小的細胞、太陽山哈勃半徑、星系團、銀河系、恒星的距離、太陽系、超星系團等。人蛇吞尾圖形象地表示了物質空間尺寸的層次。
微觀粒子(microscopic):質子m
介觀物質(mesoscopic)宏觀物質(macroscopic)宇觀物質(cosmological)類星體m
時間尺度:基本粒子壽命10s,宇宙壽命10s。
按空間尺度劃分:量子力學、經典物理學、宇宙物理學
按速率大小劃分:相對論物理學、非相對論物理學
按客體大小劃分:微觀、介觀、宏觀、宇觀
按運動速度劃分:低速,中速,高速
按研究方法劃分:實驗物理學、理論物理學、計算物理學
分類簡介:
牛頓力學(Newton mechanics)與分析力學(analytical mechanics)研究物體機械運動的基本規律及關于時空相對性的規律
電磁學(electromagnetism)與電動力學(electrodynamics)研究電磁現象,物質的電磁運動規律及電磁輻射等規律
熱力學(thermodynamics)與統計力學(statistical mechanics)研究物質熱運動的統計規律及其宏觀表現
狹義相對論(special relativity)研究物體的高速運動效應以及相關的動力學規律。
廣義相對論(general relativity)研究在大質量物體附近,物體在強引力場下的動力學行為。
量子力學(quantum mechanics)研究微觀物質運動現象以及基本運動規律
此外,還有:粒子物理學、原子核物理學、原子與分子物理學、固體物理學、凝聚態物理學、激光物理學、等離子體物理學、地球物理學、生物物理學、天體物理學等等。
學科性質:
物理學是人們對無生命自然界中物質的轉變的知識做出規律性的總結。這種運動和轉變應有兩種。一是早期人們通過感官視覺的延伸,二是近代人們通過發明創造供觀察測量用的科學儀器,實驗得出的結果,間接認識物質內部組成建立在的基礎上。物理學從研究角度及觀點不同,可分為微觀與宏觀兩部分,宏觀是不分析微粒群中的單個作用效果而直接考慮整體效果,是最早期就已經出現的,微觀物理學隨著科技的發展理論逐漸完善。
六大性質:
1.真理性:物理學的理論和實驗揭示了自然界的奧秘,反映出物質運動的客觀規律。
2.和諧統一性:神秘的太空中天體的運動,在開普勒三定律的描繪下,顯出多么的和諧有序。物理學上的幾次大統一,也顯示出美的感覺。牛頓用三大定律和萬有引力定律把天上和地上所有宏觀物體統一了。麥克斯韋電磁理論的建立,又使電和磁實現了統一。愛因斯坦質能方程又把質量和能量建立了統一。光的波粒二象性理論把粒子性、波動性實現了統一。愛因斯坦的相對論又把時間、空間統一了。
3.簡潔性:物理規律的數學語言,體現了物理的簡潔明快性。如:牛頓第二定律,愛因斯坦的質能方程,法拉第電磁感應定律。
4.對稱性:對稱一般指物體形狀的對稱性,深層次的對稱表現為事物發展變化或客觀規律的對稱性。如:物理學中各種晶體的空間點陣結構具有高度的對稱性。豎直上拋運動、簡諧運動、波動鏡像對稱、磁電對稱、作用力與反作用力對稱、正粒子和反粒子、正物質和反物質、正電和負電等。
5.預測性:正確的物理理論,不僅能解釋當時已發現的物理現象,更能預測當時無法探測到的物理現象。例如麥克斯韋電磁理論預測電磁波存在,盧瑟福預言中子的存在,菲涅爾的衍射理論預言圓盤衍射中央有泊松亮斑,狄拉克預言電子的存在。
6.精巧性:物理實驗具有精巧性,設計方法的巧妙,使得物理現象更加明顯。 ? ?