物理与人类未来
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spContent=每当你打开一次电灯,使用一次手机,都是在使用科学技术的强大力量。我们生活在科学和技术的年代,将领略科学在财富、医学、人工智能、纳米技术、新能源及航天等领域带来的革命性发展。谁将是未来的赢家和输家?本课程通过具体的物理图像而不是数学方法,呈现古典与现代物理学的广阔视野。
—— 课程团队
课程概述

物理学作为自然科学的一门重要基础学科,历来是人类物质文明发展的基础和动力。作为人类追求真理、探索未知世界奥秘的有力工具,物理学又是一种哲学观和方法论。由于物理学研究内容和方法的特殊性,使得其成为培养大学生科学文化素质的最为有效的手段。本课程高度概括了力学、热学、电磁学、光学、量子物理等领域的基本知识及其中蕴含的科学思想和科学方法,注意反映新的科技进展以及有关的社会问题,介绍物理学原理在文化、经济、政治、社会网络和科技等日常生活领域中的最新前沿应用。随着大数据和网络分析的不断进步,在很多方面,我们都将会越来越多地感受到物理学所起的作用及产生的影响。本课程旨在通过物理学的普及教育使学生获得逻辑思维能力、解决问题的能力和接收新事物的能力等,尝试用科学和发展的全新方式看待人类未来,引发对人类从何处来、将走向何处的深度思考。本课程无预修课程要求,数学仅限于初等数学(非常少量),特别适合人文、社科各专业以及希望对物理有一个宏观、总体了解的学生修读。


授课目标

通过本课程的学习可以(1)了解物理学的基本概念及蕴含的科学思想、科学方法和科学精神;(2)了解高科技和现代化日常生活中的物理学,以及物理学在人文、经济、政治和社会中的重要应用,尤其是近年来量子物理学与宇宙学方面的最新进展及对世界观的冲击。培养科学素养和创新思维能力。

课程大纲

第一周  经典物理学(I)

第一讲 绪论 邀请你访问科学

第二讲 物体怎样运动

第三讲 物体为什么这样运动

第四讲 牛顿心目中的宇宙

第五讲 能量守恒:你不能超支

第六讲 热量

第七讲 热力学第二定律:连不盈不亏都不行

第八讲 波:行进的某种特别的东西

第一周  经典物理学(I)单元测验

第一周 经典物理学(I)单元作业

第二周  经典物理学(II)

第一讲 光:是粒子还是波

第二讲 电磁场

第三讲 原子的行星模型:一个有用的理论

第四讲 完整的电磁波谱

第五讲 太阳辐射:来自我们恒星的光

第六讲 全球臭氧枯竭:一颗脆弱的行星

第七讲 全球变暖:激怒这头猛兽

第八讲 未来的能量选择:可再生能源和节能

第二周 经典物理学(II)单元测验

第二周 经典物理学(II)单元作业

第三周  狭义相对论与现代时空观

第一讲 伽利略相对性:牛顿物理学中的相对性

第二讲 光速的不变性:奇怪,然而是真的

第三讲 时间的相对性

第四讲 时间旅行:你不能再回到原处

第五讲 空间的相对性

第六讲 质量的相对性

第七讲 E=mc2:能量有质量,质量有能量

第三周 狭义相对论与现代时空观 单元测验

第三周  狭义相对论与现代时空观 单元作业

第四周 广义相对论及宇宙

第一讲 爱因斯坦的引力:广义相对论

第二讲 大爆炸

第三讲 宇宙的各种可能的几何

第四讲 宇宙的形状

第五讲 暗物质

第六讲 暗能量

第七讲 宇宙暴胀和宇宙简史

第八讲 探寻地外智能

第四周 广义相对论及宇宙 单元测验

第四周 广义相对论及宇宙 单元作业

第五周 量子观念(I)

第一讲 量子物理学

第二讲 光的量子化

第三讲 电子的干涉:实物的波动性

第四讲 物质的量子奥秘

第五讲 大自然是非局域的,并且是不确定的

第六讲 不确定原理:未来不由过去决定

第五周 量子观念(I)单元测验

第五周 量子观念(I)单元作业

第六周 量子观念(II)

第一讲 观测的效果

第二讲 量子非局域性:不可思议的超距作用

第三讲 量子世界观

第四讲 原子的量子理论

第五讲 量子化的场:存在粒子的原因

第六讲 量子电动力学:关于电子和光的奇妙理论

第七讲 反物质

第六周 量子观念(II)单元测验

第六周 量子观念(II)单元作业

第七周 物理学与现代社会

第一讲 经济物理学

第二讲 社会物理学

第三讲 测量还是感知

第四讲 大数据与社会物理学如何变革城市的发展

第五讲 计算机的未来:智力胜过物质

第六讲 人工智能的将来:机器的出现

第七周 物理学与现代社会 单元测验

第七周 物理学与现代社会 单元作业

第八周 物理学与人类未来:科学怎样决定人类的命运和改变

第一讲 医学的未来:完善和超越

第二讲 纳米技术:万物从无产生?

第三讲 能源的未来:来自星星的能量

第四讲 未来的太空旅行:星际遨游

第五讲 未来的财富:赢家与输家

第六讲 人类的未来:行星文明

第八周 物理学与人类未来 单元测验

第八周  物理学与人类未来 单元作业

预备知识

科学素养教育,不需要预备知识


证书要求

总成绩=单元测验(30%)+ 参与网络课堂讨论(30%)+ 期末考试(40%)。完成课程学习考核成绩为合格(>=60分)的学生可获得合格证书,成绩为优秀(>=80分)的学生可获得优秀证书。电子证书免费,纸质认证证书收费,标准为每份证书100元人民币。

参考资料

使用教材:《物理学概论》,吴海娜 编著,清华大学出版社:北京,2018