这是一门面向没有物理背景的学生设计的课程。将讨论物理学主要主题(力学、热学、波动和电磁学)的基本概念。本课程旨在为学生提供一些基本的物理知识,并使其能够欣赏物理在各个科学和技术分支中的应用。
力学:基于微积分的运动学、动力学和牛顿定律;基于微积分的牛顿力学,涉及冲量、动量、功和能量的应用等;守恒定律;引力;质点系统;碰撞;刚体转动;角动量;振动和简谐运动;单摆;静力学;纵波和横波;行波和驻波;多普勒效应;声波。 热物理学:理想气体和气体动理论;功、热和内能;热力学第一定律;熵和热力学第二定律;卡诺循环;热机。
波动与光学:光的本质,反射与折射;斯涅尔定律;镜和透镜成像;复合透镜;显微镜和望远镜;波的叠加;惠更斯原理;干涉与衍射;衍射光栅;瑞利判据和光学分辨率;偏振。 电磁学:电荷与场;库仑定律和高斯定律;静电场与电势差;电容器与介质;电流与电阻;欧姆定律;电动势,电势差;洛伦兹力;运动电荷和电流的磁场力;霍尔效应;毕奥-萨伐尔定律和安培定律;法拉第定律和楞次定律;感应;变压器;交流电路及其应用。
测量技术:基本单位和导出单位的标准;长度:微米、游标卡尺;温度:热电偶、电阻温度检测器(RTD)、热敏电阻、红外辐射计;时间与频率:计数器和定时器;确定极化方向;基本仪器:电子电路装配;示波器(CRO)的使用;函数发生器;脉冲发生器;数字万用表和LCR桥测量交流阻抗;数据处理:精度、准确度和分辨率;高斯分布;系统误差和随机误差;误差估计;误差传播;有效数字;直线和二次多项式最小二乘拟合;实验室:动态、介电和机械性能实验,机械测试。
力学:基于微积分的运动学、动力学和牛顿定律;基于微积分的牛顿力学,涉及冲量、动量、功和能量的应用等;守恒定律;引力;质点系统;碰撞;刚体转动;角动量;振动和简谐振动;单摆;静力学;纵波和横波;行波和驻波;多普勒效应;声波和拍频。 热物理学:传导、对流和辐射;黑体辐射;理想气体和分子动理论;功、热和内能;热力学第一定律;熵和热力学第二定律;卡诺循环;热机和制冷机。
波动与光学:光的本质,反射与折射;斯涅尔定律;镜和透镜成像;复合透镜;显微镜和望远镜;波的叠加;惠更斯原理;干涉与衍射;衍射光栅;瑞利判据与光学分辨率;偏振。 电磁学:电荷与场;库仑定律与高斯定律;静电场与电势差;电容器与介质;电流与电阻;欧姆定律;电动势与电势差;洛伦兹力;运动电荷与电流的磁场力;霍尔效应;毕奥-萨伐尔定律与安培定律;法拉第定律与楞次定律;电磁感应;变压器;交流电路及其应用。
这是一门为化学和生物学专业背景的学生设计的课程,这些学生没有物理学基础。将讨论与生物学和化学相关的力学、热学、波动、光学和电学等主要物理学主题的基本概念。本课程旨在为学生提供基本的物理学知识,并使学生了解其在生物学、化学和食品科学中的应用。
天文学的基本概念:传统单位和术语;位置天文学;天球和星图;天体的运动 天文学的基本科学概念:行星运动的牛顿定律和开普勒定律;引力;光和物质的本质;望远镜的结构和运作;日心革命 太阳系:太阳系概览;月球和日食;地月系统;地日系统;类地行星;巨行星;太阳系碎片(彗星、卫星、环) 恒星演化:恒星的定义;恒星的测量;太阳、白矮星、中子星和黑洞;星际介质 超越太阳系:星系的分类;银河系;宇宙微波背景辐射;宇宙红移;哈勃定律;大爆炸理论 中国航天计划:历史与发展,神舟计划,天宫计划,嫦娥计划,北斗系统,墨子号量子科学实验卫星
这门课程是物理学和日常生活环境中的科学的实用介绍。这与传统的物理学教学方式不同。我们不会按线性方式讲解物理学,而是从日常生活中的案例入手,探讨背后的物理学原理及其相互关系。我们将强调逻辑推理和科学方法的应用,而不是事实和详细的数学知识。本课程不要求高级数学知识,仅需基本数学、三角函数和简单的代数知识。
本课程旨在引导学生理解我们每天观察到的天气背后的物理过程,以及对人类生活及其社会影响至关重要的天气、气候和环境变化问题。 课程大纲: (a) 大气的组成与结构:大气结构概览;对流层中的天气发展;平流层中的臭氧层耗竭;热带大气环流与表层洋流。 (b) 大气科学的基本概念:地球季节的成因;太阳辐射与地球能量平衡;大气压力与风;全球温度分布与大气湿度。 (c) 严重天气:稳定性和云的发展;风和垂直气流;降水、雷暴和龙卷风;中纬度气旋;热带气旋的形成与结构;季风风;冷锋与暖锋。 (d) 天气分析与预报:介绍香港赤腊角机场的天气分析与预报;利用气象卫星解释天气现象;检测香港天文台的风速、雨量和闪电;数值预报预测的综合介绍;香港本地严重天气现象及公众天气警报。 (e) 全球气候变化:厄尔尼诺与拉尼娜;海洋过程;全球变暖与火山爆发对天气的影响;全球气候变化与人类活动之间的相互关系。
这是一门为物理基础为零的学生设计的课程。将讨论物理学主要主题(力学、热学、波动和电磁学)的基本概念。本课程旨在为学生提供一些基本的物理知识,并使其了解物理在各个科学和技术分支中的应用。
向量与向量场:向量代数;向量微积分与积分,梯度、散度、斯托克斯定理、拉普拉斯算子、旋度、坐标系。 静电力学与磁力学的时不变麦克斯韦方程组:回顾静电和恒定磁场的力定律作为矢量场方程。 时变麦克斯韦方程组:推导完整的时变麦克斯韦方程组。 静电场计算:利用麦克斯韦方程研究由静止电荷分布产生的矢量电场。使用边界条件、镜像法、复变分析、求解泊松方程等方法进行研究。 介电与磁性介质:利用麦克斯韦方程研究介电与磁性介质与准静态电矢量场和磁矢量场的相互作用。E和B的边界条件应用。 磁感应:利用麦克斯韦方程研究磁感应及其相关现象。包括自感和互感。
材料:材料分类。 材料结构:原子、原子键合;晶体结构;晶胞;缺陷;显微结构;非晶态;扩散;相态与相图;X射线衍射。 材料性质:力学性质;热行为。
粒子的运动学:笛卡尔坐标系;极坐标系;圆柱坐标系和球坐标系。 粒子的动力学:牛顿运动定律;线性动量和角动量;势能和动能;中心力运动;阻尼和受迫简谐振动。 多粒子系统:质心;线性动量和角动量;势能和动能;质量可变系统;耦合简谐振子;刚体运动。 运动坐标系:从两个相对运动的坐标系观察粒子的运动学/动力学参数的转换;地球表面参考系中观察粒子的运动;伽利略相对性原理。 特殊相对论:基本假设;洛伦兹变换;时间膨胀;长度收缩;相对论中的线性动量、能量和力。
基本信息技术:计算机系统的一般组织;数据表示;编程语言;软件开发环境。 编程技术:基本数据类型;变量;运算符;条件语句;循环;函数;数组;字符串;输入/输出。 物理学中的应用:自由落体运动;密度和质量;电路;代数方程的求解;图形数据表示。
波的粒子性质:光电效应、波粒二象性、康普顿效应、光子。 粒子的波动性质:德布罗意假设、不确定性原理。 薛定谔方程:时间独立和时间依赖的薛定谔方程、刚性盒子、非刚性盒子、三维薛定谔方程、角动量、谐振子。 原子物理:气体原子光谱、玻尔模型、量子模型、波函数、量子数、排布原理、周期表、自发和受激激光。 电子自旋:自旋角动量、磁矩、塞曼效应和自旋磁矩。
模拟电路:一般非线性元件(二极管和晶体管)的伏安特性;整流电路;钳位和箝位电路;运算放大器——频率响应特性,线性和非线性电路,有源滤波器和振荡器,信号发生器。 数字电路:布尔代数;基本逻辑门;触发器;卡诺图;组合逻辑电路和时序逻辑电路;模数和数模转换概念。 测量技术和电子仪器:测量与误差;位移和温度传感器及其应用。
偏微分方程(PDE):一阶PDE,拉普拉斯方程,波动方程,初始值问题和边界值问题,特征线法,分离变量法。 波动理论:简谐波,平面波和球面波,叠加原理,达朗贝尔解,驻波,拍频,色散和群速。 机械波:弦上的横波,细棒和流体中的纵波,声波,能量传播,波动方程的推导,边界条件。 光波:电磁波,偏振,泊松矢量,强度,介质中的光传播,菲涅耳反射和折射方程,反射率,透射率和吸收率。 干涉:时域相干和空域相干,幅度分裂干涉仪及其应用,法布里-珀罗干涉仪。 衍射:单缝、双缝和多缝的傅里叶衍射图样,衍射光栅和光栅光谱仪,分辨率,圆形孔。 偏振:反射和散射引起的偏振;二色性和双折射,延迟器,光弹效应;光学活性;电光和磁光效应,光学调制器。
高斯光学 - 平面和球面表面的反射和折射;厚透镜和透镜系统的基点;成像系统;矩阵方法。 像差 - 光学材料的色散力;无色棱镜和透镜;单色像差;光线追踪。 光学仪器:光阑、瞳孔和窗口;照相机、简易放大镜和目镜、显微镜、望远镜。 实践工作:基本光学技术。