1、1.1.电磁感应基本定律电磁感应基本定律1.1 1.1 电磁感应现象电磁感应现象当通过闭合回路的磁通量发生变化时，回路中有当通过闭合回路的磁通量发生变化时，回路中有产生感应电流的产生感应电流的现象。现象。1.2 1.2 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律回路中产生的感应电动势与通过回路的磁通量对回路中产生的感应电动势与通过回路的磁通量对时间的变化率成正比。时间的变化率成正比。dtdi 负号反映了感应电动势的方向负号反映了感应电动势的方向1.3 1.3 楞次定律楞次定律闭合回路中的感应电流的方向，总是使得感应电流闭合回路中的感应电流的方向，总是使得感应电流所产生的通过回路的磁通量去补偿引起感应
2、电流的所产生的通过回路的磁通量去补偿引起感应电流的磁通量的变化。磁通量的变化。楞次定律的本质是能量守恒定律。楞次定律的本质是能量守恒定律。2.2.动生电动势动生电动势洛伦兹力洛伦兹力2.1 2.1 产生动生电动势的非静电力：产生动生电动势的非静电力：2.2 2.2 动生电动势的计算动生电动势的计算()dbabavBl()sincosdvBdlvBdl 动生电动势的方向可由计算结果的正负号来判别动生电动势的方向可由计算结果的正负号来判别)()(Lidtdl dBv麦克斯韦关于感生电场的假设：麦克斯韦关于感生电场的假设：变化的磁场在周围空间要激发感生电场。变化的磁场在周围空间要激发感生电场。3.3
3、.感生电动势感生电动势3.1 3.1 产生感生电动势的非静电力产生感生电动势的非静电力 产生感生电动势的非静电力：产生感生电动势的非静电力：感生电场力：感生电场力：iiFqE感生电场的环流感生电场的环流 3.2 3.2 感生电场的环流与感生电动势的计算感生电场的环流与感生电动势的计算感生电动势的计算感生电动势的计算 babiaE dl闭合回路闭合回路iEt ddB)()(SLSdtBdtdl dE感dtdl dELi)(感自感现象：自感现象：由于回路中电流变化而在回路自身中产由于回路中电流变化而在回路自身中产生感生电动势的现象。生感生电动势的现象。4.4.自感与互感自感与互感4.1 4.1 自
4、感自感自感系数：自感系数：LILI 计算关键：假设计算关键：假设I，求，求 自感电动势：自感电动势：LdILdt 自感系数反映一个电路自感系数反映一个电路“惯性惯性”的大小的大小4.2 4.2 互感互感互感现象：互感现象：一个载流回路中电流变化，引起邻近另一个载流回路中电流变化，引起邻近另一回路中产生感生电动势的现象。一回路中产生感生电动势的现象。211122MIMI互感系数：互感系数：211212 MII 互感系数反映两耦合回路互感的强弱互感系数反映两耦合回路互感的强弱互感电动势：互感电动势：121212ddddIMtIMt BHHBwm2121222VVmmdVBdVwW225.2 5.2
5、 磁场的能量密度磁场的能量密度5.3 5.3 磁场的能量磁场的能量5.4 5.4 自感的磁能自感的磁能221LIWm5.5.磁场的能量磁场的能量 电感的磁能为电感中的电流在空间产生的磁场的能量。电感的磁能为电感中的电流在空间产生的磁场的能量。位移电流：位移电流：变化的电场视为一种电流，称为位移电流。变化的电场视为一种电流，称为位移电流。ddDJdtDddIdt6.1 6.1 位移电流与全电流位移电流与全电流6.6.麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组全电流：全电流：0dIII0dJJJ传导电流和位移电流都能激发磁场，且传导电流和位移电流都能激发磁场，且随时间变化的磁场随时间变化的磁场 电场电场随时间变
6、化的电场随时间变化的电场 磁场磁场 对称性：对称性：6.2 6.2 全电流安培环路定理全电流安培环路定理)()()(SScdcLSdtDSdJIIl dH6.3 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组积分形式：积分形式：SidioiLSmLSVioiSSdtDJIIl dHSdtBdtdl dESdBdVqSdD)()(0000DBBEtDHJt 微分形式：微分形式：()ijkxyz 第一部分第一部分 光的干涉光的干涉1.1 1.1 相干光的获得相干光的获得1 1相干光的获得相干光的获得 光程差与明暗条件光程差与明暗条件 s1 s2 P s 图1分波阵面分波阵面分振幅分振幅12n1n2n31.2 1.2
7、 光程光程 nrl 光通过某一媒质的光程等于光在相同时间里在光通过某一媒质的光程等于光在相同时间里在真空中所传播的几何路程真空中所传播的几何路程:1.3 1.3 光程差与明暗条件光程差与明暗条件 暗明)21(12kkll),2,1,0(k2.2.双缝干涉双缝干涉 条纹的形成：条纹的形成：由双缝由双缝s1和和s2发出的两相干光在屏幕上各点叠加。发出的两相干光在屏幕上各点叠加。光程差及明暗条件：光程差及明暗条件：1()2kdxDk明暗),2,1,0()21(kDdkDdkx暗明条纹特点：条纹特点：以以P P0 0为中心，明暗相间，相互平行，等间距的为中心，明暗相间，相互平行，等间距的条纹。条纹。P
8、 P0 0为明条纹。条纹间距：为明条纹。条纹间距：3.3.薄膜干涉（一）薄膜干涉（一）等厚干涉等厚干涉3.1 3.1 等厚干涉的光程差及条纹特点等厚干涉的光程差及条纹特点 等厚干涉条纹的形成：等厚干涉条纹的形成：由薄膜上下表面反射的两束相干光由薄膜上下表面反射的两束相干光在薄膜表面叠加形成干涉条纹在薄膜表面叠加形成干涉条纹 等厚干涉的光程差及明暗条件：等厚干涉的光程差及明暗条件：等厚干涉的条纹特点：等厚干涉的条纹特点：,(1,2,3.)212(),(0,1,2.)2kknekk明暗明暗条件：明暗条件：3.2 3.2 劈尖的干涉劈尖的干涉 1(),(1,2,3.)2 2,(0,1,2.)2kke
9、nxkkn明暗1(),(1,2,3.)2 2,(0,1,2.)2kknekkn明暗nx2 相互平行，等间距的条纹。条纹间距：相互平行，等间距的条纹。条纹间距：条纹特点：条纹特点：3.3 3.3 牛顿环牛顿环 明暗条件：明暗条件：21(),(1,2,3.)=2,(0,1,2.)reRkRkkRk明暗1(),(1,2,3.)2 2,(0,1,2.)2kkekk明暗条纹形状条纹形状：以以O为圆心的明暗相间同心圆，相邻条纹不等为圆心的明暗相间同心圆，相邻条纹不等间距，内疏外密。间距，内疏外密。4.1 4.1 等倾干涉的光程差及明暗条件等倾干涉的光程差及明暗条件4.4.薄膜干涉（二）薄膜干涉（二）等倾干
10、涉等倾干涉22,(1,2,3.)2sin12(),(0,1,2.)2kke nikk明暗4.2 4.2 等倾干涉条纹特点等倾干涉条纹特点5.1 5.1 原理原理212()2kkdkk级明级暗5.2 5.2 应用应用2,dNNdNd5.5.迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪第二部分第二部分 光的衍射光的衍射1.1 1.1 惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理1.2 1.2 光的衍射的实质：光的衍射的实质：波传播到各点，都可以视为发射子波的波源。波传播到各点，都可以视为发射子波的波源。从各点发出子波，在空间相遇时，也可相互迭加而从各点发出子波，在空间相遇时，也可相互迭加而产生干涉现象产生干涉现象多光束干涉
11、多光束干涉1 1惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理 光的衍射的实质光的衍射的实质 P 由狭缝上各点发出的相干光经衍射透镜后在屏由狭缝上各点发出的相干光经衍射透镜后在屏幕各点迭加而形成干涉条纹。幕各点迭加而形成干涉条纹。2.1 2.1 条纹的形成条纹的形成2.2.单缝夫琅和费衍射单缝夫琅和费衍射(b)S Pf O xC AB(a)2.2 2.2 明暗条件明暗条件sin0(1,2,3)(1/2)kkakkk级暗纹零级明纹级明纹)3,2,1()21(0 ，级明纹零级明纹级暗纹kkfakkfakx2.3 2.3 衍射图样衍射图样 以以O为对称，相互平行、明暗相间的条纹。各级明纹为对称，相互平行、明暗相
12、间的条纹。各级明纹亮度不一，级数越大，亮度越小。亮度不一，级数越大，亮度越小。条纹宽度：条纹宽度：02,(0)kxfxfkaa02,(0)kkaa3 3圆孔夫琅和费衍射与光学仪器分辨本领圆孔夫琅和费衍射与光学仪器分辨本领 3.1 3.1 圆孔夫琅和费衍射圆孔夫琅和费衍射衍射图样：衍射图样：中心明斑（爱利斑），两边明暗相间的同心圆。中心明斑（爱利斑），两边明暗相间的同心圆。RD61.022.11爱利斑半张角：爱利斑半张角：瑞利判据：瑞利判据：一个点光源的衍射图样的中心最亮处恰好与另一个点光源的衍射图样的中心最亮处恰好与另一点光源的第一个最暗处重合时，则这两个点光源一点光源的第一个最暗处重合时，则
13、这两个点光源刚好能被这个光学仪器分辨。刚好能被这个光学仪器分辨。3.2 3.2 光学仪器的分辨本领光学仪器的分辨本领刚能分辨刚能分辨最小分辨角最小分辨角角分辨率角分辨率光学仪器的分辨本领：光学仪器的分辨本领：最小分辨角：最小分辨角：分辨率：分辨率：刚能分辨刚能分辨最小分辨角最小分辨角角分辨率角分辨率4光栅衍射光栅衍射 单缝衍射：单缝衍射：每个单缝衍射图样重每个单缝衍射图样重合合多缝干涉：多缝干涉：形成亮而细的多缝干涉条纹形成亮而细的多缝干涉条纹4.1 4.1 条纹的形成条纹的形成 4.2 4.2 衍射图样衍射图样sin(0,1,2,)dkk 1）当）当P点的位置（由点的位置（由 决定）满足光栅
14、方程：决定）满足光栅方程：则则P点为第点为第k级主极大。在此处形成一亮而细的条纹。级主极大。在此处形成一亮而细的条纹。2）相邻两主极大之间有）相邻两主极大之间有N-1个暗纹中心，个暗纹中心，N-2个次极个次极大，次极大的亮度比主极大小得多。大，次极大的亮度比主极大小得多。3 3）各级主极大的亮度不一样，光强受到单缝衍射图）各级主极大的亮度不一样，光强受到单缝衍射图样的调制。若样的调制。若P P点的位置（由点的位置（由 决定）同时满足：决定）同时满足：sin(0,1,2,)sin (1,2,)dkkakk 则位于则位于P点的第点的第k级主极大的亮度为零，该级主极大级主极大的亮度为零，该级主极大实
15、际观察不到，称为实际观察不到，称为缺级。缺级。5 5X X射线衍射（大致了解）射线衍射（大致了解）第三部分第三部分 光的偏振光的偏振1.1 1.1 自然光自然光 无论在哪一个方向上光矢量的振动都不比其它方向占优势。无论在哪一个方向上光矢量的振动都不比其它方向占优势。1.1.光的偏振态光的偏振态1.2 1.2 线偏振光线偏振光1.3 1.3 部分偏振光部分偏振光 介于线偏振光与自然光之间的情形。介于线偏振光与自然光之间的情形。2.1 2.1 偏振片：偏振片：只让某一方向的光振动的分量通过而只让某一方向的光振动的分量通过而吸收与这一方向垂直的光振动分量。吸收与这一方向垂直的光振动分量。2.2.马吕
16、斯定律马吕斯定律2.2 2.2 马吕斯定律马吕斯定律212cosII I0I1I2P1P23 3反射光和折射光的偏振反射光和折射光的偏振3.1 3.1 反射光和折射光的偏振状态反射光和折射光的偏振状态 i i rSRn1n2R3.2 3.2 布儒斯特定律布儒斯特定律201tannin当入射角满足：当入射角满足：i0+r=/2 i0i0rSRRn2n1 1.2 1.2 相对性原理：相对性原理：1.1 1.1 光速不变原理光速不变原理1.1.狭义相对论的基本原理狭义相对论的基本原理 一切物理定律在所有的惯性系中都等效。一切物理定律在所有的惯性系中都等效。物理定律的数学表达式在所有的惯性系中具有物理
17、定律的数学表达式在所有的惯性系中具有相同的形式。相同的形式。在所有的惯性系中在所有的惯性系中,真空中的光速恒为真空中的光速恒为c，与光，与光源或观察者的运动无关。源或观察者的运动无关。伽利略变换与光速不变性假设不相符。伽利略变换与光速不变性假设不相符。狭义相对论的基本假设否定了绝对空间的存在。狭义相对论的基本假设否定了绝对空间的存在。2.12.1时空的相对性时空的相对性 在一个参照系中测得同时发生的两个事件，在一个参照系中测得同时发生的两个事件，在另一个参照系中测得未必同时发生，相对论中同在另一个参照系中测得未必同时发生，相对论中同时只有相对的意义。时只有相对的意义。结论：结论：2.2 2.2
18、 时间量度的相对性时间量度的相对性结论：结论：1）运动的钟变慢：）运动的钟变慢：0221/ttvc 2）运动参照系中所有物理过程的节奏都变慢了。）运动参照系中所有物理过程的节奏都变慢了。2.32.3长度量度的相对性长度量度的相对性结论：结论：1）运动的尺变短：）运动的尺变短：2201/llvc2）运动参照系中所有物体沿运动方向的尺度缩短了。）运动参照系中所有物体沿运动方向的尺度缩短了。3.13.1洛伦兹坐标变换洛伦兹坐标变换2()(/)xxvtyyzzttvx c 2()(/)xxvtyyzzttvxc 洛伦兹坐标变换洛伦兹坐标变换221()1/vc3.2 3.2 洛伦兹速度变换洛伦兹速度变换
19、 2221/(1/)(1/)xxxyyxzzxuvuu v cuuu v cuuu v c 2221/(1/)(1/)xxxyyxzzuuuu v cuuu v cuuu v c 洛伦兹速度变换满足光速不变性的假设。洛伦兹速度变换满足光速不变性的假设。3.3 3.3 事件的先后顺序与因果律事件的先后顺序与因果律yOxS1t2t1x2xxyOSx1x2t1t2211122222212121(/)(/)()/ttvxcttvxcttttv xxc210tt210tt事件的先后顺序可能倒置事件的先后顺序可能倒置!由因果关系事件先后顺序不可能倒置！由因果关系事件先后顺序不可能倒置！4.4.相对论的动力学相对论的动力学4.14.1相对论的质量与动量相对论的质量与动量4.1.1 4.1.1 相对论的质量相对论的质量0221/mmvc4.1.2 4.1.2 相对论的动量相对论的动量0221/m vpmvvc4.2 4.2 相对论动力学基本方程相对论动力学基本方程 022()1/m vdpdFdtdtvc4.3 4.3 相对论的能量相对论的能量动能：动能：Emcm ck202 总能：总能：Emc2静能：静能：Em c002
