物理学教程下册知识要点课件.ppt

1、dtrdtrvt0lim220limdtrddtvdtvatrrva位置矢量位置矢量位移矢量位移矢量速度速度加速度加速度。路程和位移的区别路程和位移的区别质点运动学的两类问题是：第一类问题：已知质点的运动方程，求质点在任意时刻的速度和加速度，从而得知质点运动的全部情况用微分方法求解；第二类问题：已知质点在任意时刻的速度（或加速度）以及初始状态，求质点的运动方程用积分方法求解。角速度为：Rvdtd 角加速度为：dtda。第一章第一章位移与路程位移与路程 （B） 一般情况一般情况, 位移位移大小不等于路程大小不等于路程.rs （D）位移是矢量）位移是矢量, 路程是标量路程是标量.s)(1tr1p)

2、(2tr2prxyOzs（C）什么情况）什么情况 ？sr不改变方向的直线运动不改变方向的直线运动; 当当 时时 .0tsr讨论讨论 （A）P1P2 两点间的路程两点间的路程 是是不唯一的不唯一的, 可以是可以是 或或 而位移而位移 是唯一的是唯一的.rss 吗？吗？ vv()( )ttt vvvaccbv( ) tv()ttvvOabc讨论讨论)()(tttvvvoaoc 在在Ob上截取上截取有有cbv tnvv速度方向变化速度方向变化acnv速度大小变化速度大小变化cbtv牛顿运动定律牛顿运动定律第一定律第一定律 惯性和力的概念，惯性系的定义惯性和力的概念，惯性系的定义 .第二定律第二定律t

3、pFddvmp 当当 时，写作时，写作cvamF第三定律第三定律2112FF力的叠加原理力的叠加原理321FFFF第二章第二章vmp 机械运动的量度机械运动的量度质点的动量质点的动量力的冲量力的冲量 力对时间的累计力对时间的累计21dtttFIniiiiniittmmtF101ex21dvv 质点系的动量定理质点系的动量定理：系统所受合：系统所受合外力的冲量等外力的冲量等于系统动量的增量于系统动量的增量 。第三章第三章质点系所受合外力为零，系统总动量守恒。即质点系所受合外力为零，系统总动量守恒。即0exiiF若常矢量则iipp2. 某一方向合外力为零，则该方向某一方向合外力为零，则该方向3.

4、只适用于惯性系；只适用于惯性系；4. 比牛顿定律更普遍的最基本的定律比牛顿定律更普遍的最基本的定律.constpiix 说明说明：1. 守恒条件：守恒条件：合外力为零，或外力合外力为零，或外力 内力；内力；BArFWd功率反映力做功快慢功率反映力做功快慢vFtWPdd功描述力的功描述力的空间累积空间累积效应效应动能动能mpmE22122kv 动能定理：动能定理：合合外力对外力对质点质点所作的功等于质点动能所作的功等于质点动能的的增量增量 。适用于。适用于惯性系惯性系 。k1k2EEW 保守力：力所作的功与路径无关保守力：力所作的功与路径无关，仅决定于相互，仅决定于相互作用质点的作用质点的始末始

5、末相对相对位置位置 .0d lrF保非保守力：力所作的功与路径有关非保守力：力所作的功与路径有关. 势能势能 : 与物体间相互作用及相对位置有关的能量与物体间相互作用及相对位置有关的能量. pp0p)(EEEW保PE 质点系的功能原理：质点系的功能原理： 质点系机械能的增量等于质点系机械能的增量等于外力和非保守内力作功之和外力和非保守内力作功之和 .0inncexEEWW当当0inncexWW0EE 时，时，有有 机械能守恒定律机械能守恒定律 只有保守内力作功的情况下，只有保守内力作功的情况下，质点系的机械能保持不变质点系的机械能保持不变 . 解题思路：解题思路：1.列出初状态的运动学和动力学

6、参量列出初状态的运动学和动力学参量2.列出末状态的运动学和动力学参量列出末状态的运动学和动力学参量3.根据作用过程确定所满足的基本守恒定律或规律根据作用过程确定所满足的基本守恒定律或规律4.列出方程求解参量列出方程求解参量振动和波动一一 简谐运动的描述和特征简谐运动的描述和特征xa24 4 加速度与位移成正比而方向相反加速度与位移成正比而方向相反xtx222dd2 2 简谐运动的动力学描述简谐运动的动力学描述)sin(tAv)cos(tAx3 3 简谐运动的运动学描述简谐运动的运动学描述1 1 物体受线性回复力作用物体受线性回复力作用 平衡位置平衡位置kxF0 x第五章第五章 对给定振动系统，

7、周期由系统本身性质决定，对给定振动系统，周期由系统本身性质决定，振幅和初相由初始条件决定振幅和初相由初始条件决定.mk弹簧振子弹簧振子lg单摆单摆实例实例 :Amv)2 cos(tAv)cos(2tAa2nAa 2 tmvvxy0At)cos(tAxnaa四四 简谐运动能量图简谐运动能量图221kAEEEpk4T2T43T能量能量oTttkAE22pcos21tAmE222ksin21作作简谐简谐运动的系统运动的系统机械能守恒机械能守恒一一 机械波的基本概念机械波的基本概念 机械振动在机械振动在弹性弹性介质中的传播形成波，波是运动介质中的传播形成波，波是运动状态的传播，介质的质点并不随波传播状

8、态的传播，介质的质点并不随波传播.2 描述波的几个物理量描述波的几个物理量2 波长波长 ：一个完整波形的长度：一个完整波形的长度.2 周期周期 ：波前进一个波长的距离所需要的时间：波前进一个波长的距离所需要的时间.T2 频率频率 ：单位时间内波动所传播的完整波的数目：单位时间内波动所传播的完整波的数目.2 波速波速 ：某一相位在单位时间内所传播的距离：某一相位在单位时间内所传播的距离.uT1TuTuu第六章第六章横波、纵波横波、纵波二二 平面简谐波的波函数平面简谐波的波函数)(cosuxtAy 沿沿 轴轴负负向向 ux波波函函数数 沿沿 轴轴正正向向 ux)(cosuxtAy波函数的求法：波函

9、数的求法：比较系数，带入初始比较系数，带入初始条件，求各项参数条件，求各项参数振动方程求法振动方程求法1.时间推迟法时间推迟法2.相位落后法相位落后法Px*yxuAAO(2) 波形传播的时间周期性波形传播的时间周期性(1) 振动状态的空间周期性振动状态的空间周期性二二 波函数的物理意义波函数的物理意义)(2cos)(cosxTtAuxtAy (3) x 给定，给定，y = y (t) 是是 x 处振动方程处振动方程(4) t 给定，给定，y = y(x) 表示表示 t 时刻的波形图时刻的波形图(5) y 给定给定, x和和 t 都在变化，表明波形传播和分布的时空周期性。都在变化，表明波形传播和

10、分布的时空周期性。解题思路解题思路1.写出标准形式写出标准形式2.根据已知条件或图形中的量确定部分参数根据已知条件或图形中的量确定部分参数3.根据波函数的意义或波的传播规律确定剩根据波函数的意义或波的传播规律确定剩 余参数余参数4.写出波函数或振动方程写出波函数或振动方程1 ) ) 合振动的振幅（波的强度）在空间各点的分合振动的振幅（波的强度）在空间各点的分布随位置而变，但是稳定的布随位置而变，但是稳定的.,2, 1 ,02kk, 2 , 1 , 0) 12(kk2121AAAAA其他其他21AAA振动始终振动始终加强加强21AAA振动始终振动始终减弱减弱2 ) )cos2212221AAAA

11、A12122rr 三三 波动能量波动能量 1）在波动传播的媒质中，任一体积元的动能、在波动传播的媒质中，任一体积元的动能、 势能、总机械能均随势能、总机械能均随 作周期性变化，且变化是作周期性变化，且变化是同相位的同相位的.tx, 2） 任一体积元都在不断地接收和放出能量，任一体积元都在不断地接收和放出能量，即不断地传播能量即不断地传播能量 . 任一体积元的机械能不守恒任一体积元的机械能不守恒 . 波动是能量传递的一种方式波动是能量传递的一种方式 .2 体积元在平衡位置时，动能、势能和总机械能体积元在平衡位置时，动能、势能和总机械能均最大均最大.2 体积元的位移最大时，三者均为零体积元的位移最

12、大时，三者均为零. 介质中波阵面上的各点都可以看作是发射子波的介质中波阵面上的各点都可以看作是发射子波的波源，而在其后的任意时刻，这些子波的包络就是新波源，而在其后的任意时刻，这些子波的包络就是新的波前的波前.四四 惠更斯原理（作图法）惠更斯原理（作图法）热力学0dV0dp0dT0dQCTpCTVCpV 1CPV21CTV31CTP0Q热量W功12lnVVRT)(12mV,TTC0)(12mp,TTC)(12VVP12lnVVRT)(12mV,TTC12211VPVP)(12mV,12TTCEEEvdddppEQ0v ddpEvddTpQ EQddvRiC2mV,RiC22mP,0等体等体 等

13、压等压 等温等温 绝热绝热过程过程过程特点过程特点过程过程方程方程热一律热一律内能变化内能变化摩尔热容摩尔热容第五章第五章热机效率热机效率1211QQQW 热机热机: 顺时针顺时针方向进行的循环方向进行的循环致冷系数致冷系数2122QQQWQe 致冷机致冷机: 逆时针逆时针方向进行的循环方向进行的循环卡诺热机效率卡诺热机效率121TT卡诺致冷机卡诺致冷机致冷系数致冷系数212TTTe 卡诺循环卡诺循环: 系统只和两系统只和两个恒温热源进行热交换的个恒温热源进行热交换的准静态循环过程准静态循环过程. 摩尔热容摩尔热容：1mol理想气体温度升高理想气体温度升高1度所吸收的热度所吸收的热量量. （与

14、具体的过程有关）（与具体的过程有关）RiCV2m,RiC22m, piiCCVp2m,m,RmV,mp,CC （K） （atm）PToPVo1VOp2V3V1p2p123Vp1V1V2p2bacVpo 1 1、开尔文说法：、开尔文说法：不可能制造出这样一种不可能制造出这样一种循环循环工作的工作的热机，它只使热机，它只使单一单一热源冷却来做功，而热源冷却来做功，而不不放出热量放出热量给其他物体，或者说给其他物体，或者说不不使使外外界发生任何变化界发生任何变化 。 2 、克劳修斯说法：、克劳修斯说法：不可能把热量从低温物体不可能把热量从低温物体自自动动传到高温物体而传到高温物体而不不引起引起外界的

15、变化外界的变化 .热力学第二定律表述热力学第二定律表述 1） 在在相同相同高温热源和低温热源之间工作的任高温热源和低温热源之间工作的任意工作物质的意工作物质的可逆机可逆机都具有都具有相同相同的效率的效率 . 三三 卡诺定理卡诺定理 2） 工作在工作在相同相同的高温热源和低温热源之间的的高温热源和低温热源之间的一切一切不不可逆机的效率都可逆机的效率都不可能不可能大于可逆机的效率大于可逆机的效率 .121121TTTQQQ( 不不可逆机可逆机 )（可逆可逆机机）以卡诺机为例，有以卡诺机为例，有静电场0ddlEUll0EABEDBCDACUUUUU 从点从点A出发出发 , 顺时针顺时针绕行一周各部分

16、绕行一周各部分电势降电势降落总和为零落总和为零 , 即即iRRIE 全电路的欧姆定律全电路的欧姆定律I*电源电源EAB*C*D*iRREsSjId电流强度是通过某一面积的电流密度的通量电流强度是通过某一面积的电流密度的通量二二 反映静电场性质的两条基本定理反映静电场性质的两条基本定理无旋场无旋场niiSqSE10e1d 高斯定理高斯定理有源场有源场 环路定理环路定理0dllE 高斯定理和环路定理由库仑定律和场的叠加原理导高斯定理和环路定理由库仑定律和场的叠加原理导出，反映了静电场是出，反映了静电场是有源无旋（保守）有源无旋（保守）场场.静电场的理论基础静电场的理论基础 两条基本定律两条基本定律

17、 库仑定律库仑定律1212212014rq qFeFr iiEE 电场强度的叠加原理电场强度的叠加原理 电场强度的求解方法电场强度的求解方法（1）利用场强叠加原理）利用场强叠加原理qreEErd 41d20使用条件：原则上适用于任何情况使用条件：原则上适用于任何情况.电场强度和电势电场强度和电势 定义定义lEVVAAd0 点0FEq（2）利用高斯定理）利用高斯定理使用条件：电场分布具有特殊对称性使用条件：电场分布具有特殊对称性.niiSqSE101d磁场1. 电流元的磁场电流元的磁场电流激发磁场电流激发磁场30d4drrlIB毕奥毕奥萨伐尔定律萨伐尔定律2. 载流导线的磁场载流导线的磁场30d

18、4drrlIBB磁感强度叠加原理磁感强度叠加原理（注意熟记几种特殊形状载流导线的磁场）（注意熟记几种特殊形状载流导线的磁场）oI2R1R（5）* Ad（4）*o（2R）I+R（3）oIIRo（1）RIB200RIB400RIB8001010200444RIRIRIBdIBA40 x0B无限长的无限长的螺线管螺线管 nIB021半无限长半无限长螺线管螺线管nIB0 电流电流 正负正负的规定的规定 ： 与与 成成右右螺旋时，螺旋时， 为为正正；反反之为之为负负.IILI安培环路定理安培环路定理niiIlB10d 磁场的高斯定理和安培环路定理反映了磁场是磁场的高斯定理和安培环路定理反映了磁场是无源无

19、源有旋（非保守）有旋（非保守）场场.磁场对运动电荷、电流的作用磁场对运动电荷、电流的作用1. 磁场对运动电荷的作用力磁场对运动电荷的作用力 洛仑兹力洛仑兹力FqBv反映磁场性质的两条基本定理反映磁场性质的两条基本定理有旋场有旋场 磁场的高斯定理磁场的高斯定理无源场无源场 安培环路定理安培环路定理SmSB0diilIldB02. 磁场对载流导线的作用力磁场对载流导线的作用力 安培力安培力ddFI lB 电流元受到的安培力电流元受到的安培力 载流导线受到的安培力载流导线受到的安培力ddFFI lB带电粒子在磁场中运动带电粒子在磁场中运动RmBq200vvqBmR0v圆周运动:0BvqBmRT220

20、vmqBTf21回旋半径和回旋频率回旋半径和回旋频率洛仑兹力洛仑兹力 BqFvm电磁感应1. 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律一一 电磁感应定律电磁感应定律tddiE2. 楞次定律楞次定律a. 阻碍原磁通的变化，阻碍原磁通的变化， 即即“增反减同增反减同”b. 阻碍（导体间的）相对运动，阻碍（导体间的）相对运动， 即即“来阻去留来阻去留”c. 阻碍原电流的变化，（阻碍原电流的变化，（线圈中的电流不能突变线圈中的电流不能突变） 应用在解释自感现象的有关问题。应用在解释自感现象的有关问题。二二 动生电动势和感生电动势（按产生原因分类）动生电动势和感生电动势（按产生原因分类）1. 动生电动势动生

21、电动势i() dlBlEv2. 感生电动势感生电动势SLstBlEddddkiE 由变化的磁场可以激发由变化的磁场可以激发感生电场感生电场 ，它是，它是有旋有旋场，注意与静电场的区别场，注意与静电场的区别.kE21dtttIq)(1d12121RR感应电荷只与回路中的磁通量变化量有关，与变感应电荷只与回路中的磁通量变化量有关，与变 化的快慢无关化的快慢无关+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + vBOP设杆长为设杆长为 l动生电动势动生电动势动生电动势的动生电动势的非非静电力场来源静电力场来源

22、洛伦兹力洛伦兹力-mF- -+eFBeFv)(m平衡时平衡时kemEeFFBeFEvmkOPlBd)(vOPlEdkiEBllBlvv0idE导体切割磁感线时产生感应电动势大小的计算：导体切割磁感线时产生感应电动势大小的计算：1. 公式：公式：sinBlvE 2. 若导体在磁场中绕着导体上的某一点转动时，若导体在磁场中绕着导体上的某一点转动时，221BlE 3. 矩形线圈在匀强磁场中绕轴匀速转动时产生交流电矩形线圈在匀强磁场中绕轴匀速转动时产生交流电从中性面计时从中性面计时 e = Em sin t最大值最大值 Em =nBS 静电场静电场 稳恒磁场稳恒磁场 感生电场感生电场共共同同点点1.都

23、是物质的一种形式都是物质的一种形式2.都对放入其中的带电体有力的作用都对放入其中的带电体有力的作用3.都是矢量场，都可以用场线表示都是矢量场，都可以用场线表示。不不同同点点由静止电荷产生，由静止电荷产生，是保守场是保守场电场线电场线 有头有尾，有头有尾，由稳恒电流产生，是非保守由稳恒电流产生，是非保守场，场，由变化的磁场由变化的磁场产生产生 .是非保守场，是非保守场，几种场的对比几种场的对比0dddktlEL光学一一 相干光相干光2）相干光的产生）相干光的产生 普通光源：普通光源：波阵面分割法；振幅分割法波阵面分割法；振幅分割法. 激光激光1）相干条件：振动方向相同；频率相同；相位差恒定）相干

24、条件：振动方向相同；频率相同；相位差恒定.二二 杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验) 1(k条纹间距条纹间距: ddx 用波阵面分割法产生两相干光源用波阵面分割法产生两相干光源. 干涉条纹是等间干涉条纹是等间距的直条纹距的直条纹. 1）相位差和光相位差和光程差的关系程差的关系三三 光程光程: 媒质折射率与光的几何路程之积媒质折射率与光的几何路程之积 =nr2光光程差程差光在真空中波长光在真空中波长 物理意义物理意义：光程就是光在媒质中通过的几何路程：光程就是光在媒质中通过的几何路程 , 按波数相等折合到真空中的路程按波数相等折合到真空中的路程.2） 透镜不引起附加的光程差透镜不引起附加的光程差

25、3）光由光疏媒质射向光密媒质而在界面上反射时，）光由光疏媒质射向光密媒质而在界面上反射时，发生半波损失，这损失相当于发生半波损失，这损失相当于 的光程的光程.2三三 薄膜干涉（等倾干涉）薄膜干涉（等倾干涉） 入射光在薄膜上表面由于反射和折射而入射光在薄膜上表面由于反射和折射而“分振幅分振幅”，在上下表面反射的光为相干光在上下表面反射的光为相干光.1n1n2n半波损失需具体问题具体分析半波损失需具体问题具体分析22rnd干涉干涉1）干涉条纹为光程差相同的点的轨迹，即厚度）干涉条纹为光程差相同的点的轨迹，即厚度相等的点的轨迹相等的点的轨迹1knd22）厚度线性增长条纹等间距，厚度非线性增长）厚度线

26、性增长条纹等间距，厚度非线性增长条纹不等间距条纹不等间距,n3）条纹的动态变化分析（）条纹的动态变化分析（ 变化时）变化时） 4）半波损失需具体问题具体分析）半波损失需具体问题具体分析, 2 , 1,kk明纹明纹22nd, 1 , 0,2) 12(kk暗纹暗纹 劈尖条纹间距劈尖条纹间距LnDnb221n1nnSMDTL劈尖角劈尖角1nn劈劈 尖尖22nd, 2 , 1,kk明纹明纹, 1 , 0,2) 12(kk暗纹暗纹bdLn1nD劈尖干涉劈尖干涉nn 1dnk2)21(nk2（明纹）（明纹）（暗纹）（暗纹）bb2/n讨论讨论 1）劈尖）劈尖20d为暗纹为暗纹.LnbLbDn223）条纹间距

27、（明纹或暗纹）条纹间距（明纹或暗纹）nb2221niindd2）相邻明纹（暗纹）间的厚度差）相邻明纹（暗纹）间的厚度差LDnbbn22Ln1nD劈尖干涉劈尖干涉nn 12/nbb 4 ）干涉条纹的移动）干涉条纹的移动当空气层当空气层厚度增加时，厚度增加时，等厚干涉条纹向顶角移动等厚干涉条纹向顶角移动；厚度减小时，厚度减小时，条纹向原离顶角的地方移动条纹向原离顶角的地方移动 每一条纹对应劈尖内的一个每一条纹对应劈尖内的一个厚度，当此厚度位置改变时，厚度，当此厚度位置改变时，对应的条纹随之移动对应的条纹随之移动一一 惠更斯惠更斯 菲涅尔原理菲涅尔原理 波阵面上各点都可以当作子波波源，其后波场中波阵

28、面上各点都可以当作子波波源，其后波场中各点波的强度由各各点波的强度由各子波子波在该点的在该点的相干叠加相干叠加决定决定. .二二 夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射), 3 ,2, 1(kkkb22sin2) 12(sinkb 个半波带个半波带k2 个半波带个半波带12 k0sinb中央明纹中心中央明纹中心 单缝衍射：可用半波带法分析，单色光垂直入射时单缝衍射：可用半波带法分析，单色光垂直入射时中央明纹的宽度中央明纹的宽度fbxl2210中央明纹的宽度大约是其它明纹宽度的两倍中央明纹的宽度大约是其它明纹宽度的两倍四四 光栅衍射条纹的形成光栅衍射条纹的形成), 2 , 1 , 0( sin) (kkbb光

29、栅的衍射条纹是单缝衍射和多光束干涉的总效果光栅的衍射条纹是单缝衍射和多光束干涉的总效果. 谱线强度受单缝衍射的影响谱线强度受单缝衍射的影响可产生缺级现象可产生缺级现象.kkbbbLoPRQAB1A2AC2/sinbBC2k（ 个半波带）个半波带）k三种条纹的对比04 II红光红光光强分布图光强分布图012dd14dd12dd14ddxsinIobb2b3bb2b3k=1k=2k=0k=4k=5k=-1k=-2k=-4k=-5k=3k=-3k=6k=-6连续光谱：炽热物体光谱连续光谱：炽热物体光谱线状光谱：钠盐、分立明线线状光谱：钠盐、分立明线带状光谱：分子光谱带状光谱：分子光谱衍射光谱分类衍射光谱分类1光的偏振光的偏振 光波是横波，电场矢量表示光矢量，光矢量方向光波是横波，电场矢量表示光矢量，光矢量方向和光传播方向构成振动面和光传播方向构成振动面.三类偏振态三类偏振态: 自然光、偏振光、部分偏振光自然光、偏振光、部分偏振光.二二 线偏振光线偏振光 : 可用偏振片产生和检验可用偏振片产生和检验. 马吕斯定律马吕斯定律 强度为强度为 的偏振光通过检偏振器的偏振光通过检偏振器后后, 出射光的强度为出射光的强度为20cosII 0I