时间：2019-5-12

主讲：学霸（zhyh）

我们先复习普通物理学，再导入到核物理学

本课讲普通物理学，及现代物理学的一些概述，罗列了一下接下来要复习的内容

自然感官到技术感官是现代社会问题的一个很好的角度

（斜体字的都是我笔记/想法）

.2019-7-21日整理

1/从黑洞照片说起

但关于黑洞与理论物理，大家的知识恐怕还是停留在科幻作品的层面。

那么，我们真的“看”到黑洞了么？（当然不是，具体可以参见“【木鱼说 102】首张黑洞的照片是怎么拍到的？快速了解黑洞相关知识吧！https://www.bilibili.com/video/av49592589”，简而言之，就是人类探测到了黑洞存在，这张“照片”其实也是由数据计算而来的（由理论感官，通过大量计算，按照我们已知的理论模型推测出来的））

新感官

我们感受到的是什么？

什么是自然感官？

技术是人感官到延长吗？

为什么我们不能直接理解新技术？

可理解的感官

自然技术——（用望远镜等）人类感觉的延伸，易理解（自然感官）

社会技术（古代军事阵型、井田制）——抽象，但可以理解

不可理解的感官/需要训练的感官——正常人只能接受，看不懂

高度抽象

自然技术——黑洞照片

社会技术——美军现代战争指挥系统

不可感的高度抽象

基于维纳-系统论建立，对于现实中抽象概念的二次高度抽象

自然感官（如钻木时一看见木头冒烟就知道火着了——一看就懂）

自然延伸感官（如蒸汽机，第一眼看不懂，多看就能理解，发现实际上就是一些机械结构的相互作用）

理论感官（如核聚变和核裂变，只能通过探测光谱，通过谱线的变化来观察反应的发生，如聚变中看见了氦原子核的谱线就知道反应发生了（其实化学中的爬柱子，生物中的PCR都是这样的，通过对目标物的特异性（如流动相中物质与固定相的相互作用不同、特定核酸片段）的观察来确定物质），但其实实际发生的情况我们并不知道，我们所掌握的只是理论化之后自然，这些信号可能是理论错误，也可能是仪器故障（如723高铁事故中，后车一直没有接到前车存在的信号/调度指令，参见https://www.bilibili.com/video/av42125169（3:35）））

技术感官（如AI—步态识别，这种感官中，人们并不知道AI干了什么，它是怎么做的，它是怎么做到的，具体是什么原理，人不知道，也做不到，无法理解，与人类的理解方式完全不同，它不再是人类感官的延伸，像是一种非人化的工具，无法学习，人无法预测）

又比如现在的艺术，美变成了流量等，个人无法感官的存在

技术理论代替自然理论-理解到不理解

人类技术的发展就是技术理论替代自然理论的过程（人类和物理世界中间隔了一层科学技术，当技术失误时，人往往实际对物理世界束手无策（如失控的波音飞机））

我们能做些什么呢？我们往往只能从最基础的理论概念重新走起（理解/拆解技术）

2/普通物理学基本概念

物理学

选用经典教材《西尔斯现代大学物理（19版）》（微积分要难，适用于自学（国内教材没有老师教的话很难看懂））（学霸：英文的教材比较好找，中文的不太好找）（学霸：本书实际是给研究生，或博士入学者看的）

HOW TO SUCCEED IN PHYSICS BY REALLY TRYING.

（下面直接引用自课件）

教材特点

这本书是物理教育65年领导和创新的产物。弗朗西斯·西尔斯和马克·泽曼斯基（Francis W. Sears and Mark W. Zemansky）的《大学物理学》第一版于1949年出版时，它在微积分物理教科书中具有革命性，强调物理学的基本原理以及如何应用它们。大学物理在全球数百万学生和教育工作者中的成功证明了这种方法的优点以及随后引入的许多创新。在准备新的第十四版的过程中，我们进一步扩充和发展了大学物理，通过强化问题导向教学、开创性的视觉和概念教学法、全新的章节结束问题类别以及世界上最经教学验证和广泛使用的在线作业和辅导系统，这本教材吸收了教育研究中的最佳理念。

•所有关键方程现在都包括注释，这些注释有助于促进信息的深入处理。

•每章的侧边栏，根据从数千名学生中捕获的数据，提醒学生在学习相关主题的相关主题时，最常犯的错误。

•更新的现代物理内容包括有关量子测量（第40章）和量子纠缠（第41章）的章节，以及关于希格斯玻色子和宇宙背景辐射的最新数据（第44章）。

•生物科学应用，帮助学生了解物理学如何与生物科学中的许多突破和发现相关联。

•文本通过更严格，更集中简化。

•基于MasteringPhysics的数据 ，对章末内容的更改：

•25％-30％的问题是新的或修改的。 

•包括六到十个与生物科学相关的问题。

 •增加了上下文丰富问题的数量。 •每章都会出现三个新的DATA问题。 要求学生总结结论。

 •每章现在包含三到五个新的通信问题。

•在每章的开头列出了必要的已经学过的概念，以便学生们知道他们需要掌握什么。

620个相关物理演示或互动视频。（物理往往难以想象）

衔接问题提供了单一概念示例和更具挑战性的章末问题之间的过渡。

问题都提出了一个困难的、多概念的问题，这个问题通常包含了前面几章内容。

有深度和广度的问题难度(用蓝点表示相对难度)。

许多问题都是基于复杂的现实生活情况。

基于研究的问题解决方法(识别、设置、执行、评估)被用于每个示例以及问题解决策略、桥接问题。

教会学生深思熟虑地解决问题，而不是直奔主题。问题解决策略指导学生如何处理特定类型的问题。

许多说明示例解决方案的图形采用黑白铅笔草图的形式，直接代表学生在自己解决这些问题时应该画什么。

警示段落集中在典型的误解和学生问题出现处。

期末测试你的理解问题让学生检查他们对材料的掌握情况，并使用多项选择或排序问题的形式来探究常见的误解。

每章结尾的视觉总结以文字、等式和缩略图的形式呈现关键思想，帮助学生更有效地复习。（学霸：而不是思维导图这种华而不实的东西）

如何学好物理学（学霸：本书提出的学习方法更适用于理工科（全世界统一），而跨学科概念内涵不一致的文科则不一定适用）

物理学包括了大和小，新和旧。 从原子到星系，从电路到空气动力学，物理学是我们周围世界的一部分。 您可能正在学习基于微积分的物理入门课程，因为这是您计划为科学或工程职业做准备的后续课程所必需的。 你的教授希望你学习物理并享受这个过程。

如果你学过高中物理，你可能更快地学习概念，因为你熟悉物理术语。 如果英语是您的第二语言，请记下您遇到的新术语词汇表（学霸：不建议直接看，建议直接看文本来学），并确保您了解它们在物理学中的用法。 同样，如果你在数学课程中更进一步，你将更快地学习物理的数学方面。你也可以找一本参考书，例如Arnold D. Pickar的“普通物理准备：数学技能练习和其他有用的帮助”（微积分版）（学霸：我们不需要这个，要学直接去学《高数》）。

了解自己的学习方式将有助于您专注于可能给您带来困难的物理部分。 显然，你会花更多的时间在那些给你带来最多麻烦的方面。 如果你通过听力学习，讲座将非常重要。 如果您通过解释学习，那么与其他学生一起工作将对您有所帮助（学霸：不断重复，用自己的话来表述）。 如果您难以解决问题，请花更多时间学习如何解决问题。

请回答以下问题：

•我能使用代数，几何和三角学的基本数学概念吗？（学霸：本书出了微积分，最重要的数学工具就是三角函数）

•在类似的课程中，哪些活动给我带来的麻烦最多？

对我来说最简单的是什么？ （首先这样做;它会增强你的信心。）

•如果我在讲座之前或之后阅读这本书，我能更好地理解这些材料吗？ （您可以通过略读材料，去听课，然后进行深入阅读来学习。

•我是否花了足够的时间学习物理？ （课堂上每小时需要平均花费2.5小时自学）（每周10~15小时）

•我每天都在学习物理吗？

•在一天的什么时候，我最擅长学习物理？ （选择一天中的特定时间并坚持下去。）

•我是否在一个安静的地方工作，我可以保持专注？（分心会打破常态，导致你错过重要的内容）

与其他人一起学习（最好是小组学习）

科学家或工程师很少彼此孤立地工作，而是合作。

如果您与其他学生一起工作，您将学到更多物理知识并享受更多乐趣。

您可能希望与您的班级成员一起组建自己的非正式学习小组。 使用电子邮件保持联系。 当您复习考试时，您的学习小组是一个很好的资源。

上课与笔记

上课很重要。教授经常会进行物理原理的演示，运行计算机模拟或显示视频，这些将帮助您了解物理学的基本原理。

您的朋友向您提供笔记。请以大纲形式填写课堂笔记。

课后，编辑笔记，填写任何空白或遗漏，并注明您需要进一步学习的内容。

按页面，等式编号或章节编号参考教科书。在课堂上提问，唯一的“愚蠢”问题是没有问过的问题。

考试

如果你觉得充分准备并且休息得很好，考试就不是压力。

准备考试是一个持续的过程; 它从上一次考试结束的那一刻开始。

如果你犯了错误，试着拿一张纸从中间用线分开。 一列写正确解决方案。 另一栏写下你做了什么以及为什么错了。（可以不断反思）

如果您不确定如何避免再次犯错，请与教授沟通。 物理学建立在基本思想的基础上，要立即纠正任何误解。 警告：考前突击可能有用，但你不会有扎实的基础。

（学霸：如果理论基础扎实，概念之间可以连成网，如果有什么概念不清楚的话，甚至可以直接推导出来）

从可以预测的准确性和理论的数学化程度来说，物理高于化学高于生物

本书的基本内容

经典物理（含力、声、热、电、光五大部分）

牛顿三定律

第一定律：如果物体处于静止状态，或呈匀速直线运动，只要没有外力作用，物体将保持静止状态，或呈匀速直线运动之状态。这定律又称为惯性定律。

第二定律：物体的加速度，与所受的净外力成正比。加速度的方向与净外力的方向相同。F=ma

第三定律：两个物体的相互作用力总是大小相等，方向相反，同时出现或消失。强版第三定律还额外要求两支作用力的方向都处于同一直线。

惯性参考系

两个惯性参考系之间的相对速度必是常数；相对于一个惯性参考系，任何非惯性参考系必定呈加速度运动。

（学霸：牛顿三定律在生活中非常有用，适用于宏观低速。相对论的确可以用来计算宏观低速物体，但计算非常复杂，而牛顿三定律就非常好用（比如地心说虽然被推翻，但我们依然说太阳东升西落，而不会用日心说的自转理论说现在地球转到了第X时区了）。物理学后来的理论总是会修正前辈理论的细小偏差，但这种修正往往是范围问题，之前的理论并没有错，而且越后期出现的理论，对前辈理论的修正也越小（有点类似于极限，或者说是阿基里斯追乌龟）。）

（后面延伸了非常多的内容，不过可以算作是本书中最简单的部分了）

第二部分

Waves/Acoustics-声学

声音是由物体振动产生的。

声音的传播需要介质，它可在气体、液体和固体中传播，但真空不能传声。

声音在不同物质中的传播速度也是不同的，一般在固体中传播的速度最快，液体次之，在气体中传播得最慢。

在气体中传播的速度还与气体的温度和压强有关。

最新研究显示，声音是质量的。（学霸：这里纯属延伸，是新的发现）

第三部分

Thermodynamics-热力学

（学霸：热力学与经典力学不同，经典力学研究大物体，热力学研究众多小粒子集体行动带来的结果，与统计力学密切相关（应该说热力学就是集体力学，概率上的力学，它和经典力学在感官上就有差别，它已经需要一些理论感官了（如温度）））

热力学四定律，统计力学

热力学第零定律：在不受外界影响的情况下，只要A和B同时与C处于热平衡，即使A和B没有热接触，他们仍然处于热平衡状态。这个定律说明，互相处于热平衡的物体之间必然具有相等的温度。（即温度的定义）

热力学第一定律：能量守恒定律对非孤立系统的扩展。此时能量可以以功W或热量Q的形式传入或传出系统。

热力学第二定律：孤立系统熵（失序）不会减少──简言之，热不能自发的从冷处转到热处，而不引起其他变化。任何高温的物体在不受热的情况下，都会逐渐冷却。这条定律说明第二类永动机不可能制造成功。

热力学第三定律：完整晶体于绝对温度零度时（即摄氏-273.15度），熵增为零。（绝对零度不可达到）

第四部分

Electromagnetism-电磁学（大坑）

（一定要注意基本概念的理解，否则容易看晕）

第五部分

Optics-光学

光学分为几何光学和物理光学。几何光学建立在直观而简单的模型之上。而物理光学的模型比较精密，它把光当作是传播于介质的波动（光波）。

Modern physics-现代物理

3/相对论、量子力学和核物理

（也就是和核物理有关的物理知识，简单说说）

相对论——时间效应、尺缩效应、引力场和加速运动等效

量子力学——量子隧道效应、量子态、量子势能陷阱（量子力学需要的运算更加繁复，一张卷子就两道题）

核物理——核的性质、放射衰变、核聚变和裂变等

4/小结

* 自然感官、理论感官到技术感官的过程中，人能直观理解的事物越来越少，想要理解世界我们需要更多的扎实的概念和知识。

* 物理学是基础学科，内容庞杂，学习需要大量的时间和扎实的基础概念。

* 物理学和学物理是不同的。（本书只是让我对物理有了解，实际物理学前沿我们看不懂）

* 核物理是现代物理中的一部分，可能涉及大量的微积分和三角函数知识。（对于经典物理学和现代物理学的其他部分要有最基本的理解）

5/参考文献

* wiki和google（维基+谷歌，就是这么简单和好用）

* Hugh D. Young, Roger A. Freedman - Sears and Zemansky's University Physics with Modern Physics-Pearson Education (2015)

学霸：如果要对核物理有比较深的理解，首先要对普通物理有比较深的理解，要对普通物理有比较深的理解，需要对高中数学和高等数学有比较深的理解，这又需要我们补一补高中数学和初中数学

本书算是物理入门书，难度不大，讲解人性化

大概花3~4个月，每次主要过章节的小结，本书学完后 就直接上《核物理》《放射化学》《辐射化学》的英文版

推荐《不乖的哲学家》（讲现代化的一个故事）