大学物理下册知识点总结(期末)_1.docx

大学物理下册知识点总结(期末)大学物理下册学院：姓名：班级：第一部分：气体动理论与热力学基础一、气体的状态参量：用来描绘气体状态特征的物理量。气体的宏观描绘，状态参量：1压强p：从力学角度来描写状态。垂直作用于容器器壁上单位面积上的力，是由分子与器壁碰撞产生的。单位Pa2体积V：从几何角度来描写状态。分子无规则热运动所能到达的空间。单位m33温度T：从热学的角度来描写状态。表征气体分子热运动剧烈程度的物理量。单位K。二、理想气体压强公式的推导：三、理想气体状态方程：112212PVPVPVCTTT=；mPVRTM'=；PnkT=8.31JRkmol=；231.3810Jkk-=?；2316.02210ANmol-=?；ARNk=四、理想气体压强公式：23ktpn=212ktmv=分子平均平动动能五、理想气体温度公式：21322ktmvkT=六、气体分子的平均平动动能与温度的关系：七、刚性气体分子自由度表八、能均分原理：1.自由度：确定一个物体在空间位置所需要的独立坐标数目。2.运动自由度：确定运动物体在空间位置所需要的独立坐标数目，称为该物体的自由度1质点的自由度：在空间中：3个独立坐标在平面上：2在直线上：12直线的自由度：中心位置：3平动自由度直线方位：2转动自由度共5个3.气体分子的自由度单原子分子(如氦、氖分子)3i=；刚性双原子分子5i=；刚性多原子分子6i=4.能均分原理：在温度为T的平衡状态下，气体分子每一自由度上具有的平均动都相等，其值为12kT推广：平衡态时，任何一种运动或能量都不比另一种运动或能量更占优势,在各个自由度上，运动的时机均等,且能量均分。5.一个分子的平均动能为：2kikT=第一部分：气体动理论与热力学基础第二部分：静电场第三部分：稳恒磁场第四部分：电磁感应第五部分：常见简单公式总结与量子物理基础五.理想气体的内能所有分子热运动动能之和1.1mol理想气体2iERT=5.一定量理想气体()2imERTM'=九、气体分子速率分布律函数速率分布曲线峰值对应的速率vp称为最可几速率，表征速率分布在vpvp+dv中的分子数，比其它速率的都多，它可由对速率分布函数求极值而得。即十、三个统计速率：a.平均速率MRTMRTmkTdvvvfNvdNv60.188)(0=?b.方均根速率MRTMkTvdvvfvNdNvv73.13)(2222=?=?C.最概然速率：与分布函数f(v)的极大值相对应的速率称为最概然速率，其物理意义为：在平衡态条件下，理想气体分子速率分布在pv附近的单位速率区间内的分子数占气体总分子数的百分比最大。MRTMRTmkTvp41.122=三种速率的比拟：各种速率的统计平均值：理想气体的麦克斯韦速率分布函数十一、分子的平均碰撞次数及平均自由程：一个分子单位时间里遭到平均碰撞次数叫平均碰撞次数表示为Z，一个分子连续两次碰撞之间经历的平均自由路程叫平均自由程。表示为平均碰撞次数Z的导出：热力学基础主要内容一、内能分子热运动的动能(平动、转动、振动)和分子间互相作用势能的总和。内能是状态的单值函数。对于理想气体，忽略分子间的作用，则平衡态下气体内能：二、热量系统与外界有温差时传递热运动能量的一种量度。热量是经过量。摩尔热容量：(CkMc)1mol物质温度升高1K所吸收(或放出)的热量。Ck与经过有关。系统在某一经过吸收放出的热量为：系统吸热或放热会使系统的内能发生变化。若传热经过“无限缓慢，或保持系统与外界无穷小温差，可看成准静态传热经过。准静态经过中功的计算：元功:应用：单位均用焦耳J表示。准静态经过平衡经过系统从一个平衡态到另一个平衡态，中间经历的每一状态都能够近似看成平衡态经过。三.热力学第一定律：)(12TTCMmQKk-=)(12TTCMmK-=)(12TTMcMm-=)(12TTmcQ-=41.1:60.1:73.1:2=pvvvZv=nvdZ22=pdkT22=ndZv221=kTmvevkTmvf22232)2(4)(-=?=)(dvvfvv?=22)(dvvfvv+ipiikiEEE内)(TEEEk理=RTiMmE2=PdVPSdlldFdA=?=QEW=?+；dQdEdW=+1.气体21VVWPdv=?2.,QEW?符号规定3.2121()VmVmmmdECdTEECTTMM''=-=-或2VmiCR=热力学第一定律在理想气体的等值经过和绝热经过中的应用：1.等体经过气体容积保持不变(dV=0)等容经过中的功A=0dV=0等容经过内能RdTdEiM2=)(122TTREiM-=?210()VmWQECTT=?=?=-?内能仅与始末态温度有关。2.等压经过:系统压强保持不变(P=常数，dP=0)等压经过中的功:212121()()()pmWpVVRTTQEWCTT=-=-?=?+=-?C2,12CpmpmVmVmiCCRR+=+=>热容比3.等温经过:2122110TTEEmVmpQWRTlnRTlnMVMp-=?''?=?绝热经过:特征：Q=0210()VmQWECTT=?=-?=-?绝热方程1PVC=，-12VTC=，13PTC-=。四.循环经过:特点：系统经历一个循环后，0E?=系统经历一个循环后QW=代数和代数和1.正循环顺时针-热机逆循环逆时针-致冷机2.热机效率：1221111QQQWQQQ-=-式中：1Q-在一个循环中，系统从高温热源吸收的热量和；2Q-在一个循环中，系统向低温热源放出的热量和；12WQQ-在一个循环中，系统对外做的功代数和。3.卡诺热机效率:211cTT=-式中：1T-高温热源温度；2T-低温热源温度；4.制冷机的制冷系数：卡诺制冷机的制冷系数：221212QTeQQTT=-五.热力学第二定律1.开尔文表述：从单一热源汲取热量使它完全变为有用功的循环经过是不存在的热机效率为100%是不可能的。2.克劳修斯表述：热量不能自动地从低温物体传到高温物体。3.可逆经过和不可逆经过:可逆经过：任何一个系统状态变化经过若能使系统沿着相反方向经过与原来完全一样的中间状态再回到原状态而不引起其他变化。讲明：1系统复原；2外界复原。不可逆经过：若一经过产生的效果无论用任何复杂的方法，在不引起其他变化的条件下，都不能回复原态。一切与热现象有关的实际宏观经过都是不可逆的。熵是态函数:熵有相加性;绝热不可逆经过熵增加;熵是系统混乱度的量度，在平衡态时达最大。熵增加原理:在绝热经过中,熵永不减少。任何自发不可逆经过总是向熵增加方向进行。2212Q=Q-Q=定义：QeW【例1】大本练习册P14538一定量的理想气体，由状态a经b到达c(如图，abc为一直线)求此经过中1气体对外作的功；2气体内能的增量；3气体吸收的热量(1atm1.013×105Pa)【例2】大本练习册P14641一定量的某种理想气体进行如下图的循环经过已知气体在状态A的温度为TA300K，求(1)气体在状态B、C的温度；(2)各经过中气体对外所作的功；(3)经过整个循环经过，气体从外界吸收的总热量(各经过吸热的代数和)【例3】大本练习册P14644气缸内贮有36g水蒸汽(视为刚性分子理想气体)，经abcda循环经过如下图其中ab、cd为等体经过，bc为等温经过，da为等压经过试求：(1)da经过中水蒸气作的功Wda(2)ab经过中水蒸气内能的增量?Eab(3)循环经过水蒸汽作的净功W(4)循环效率(注：循环效率W/Q1，W为循环经过水蒸汽对外作的净功，Q1为循环经过水蒸汽吸收的热量，1atm=1.013×105Pa)【例4】教材84一定量理想气体分别经过等压，等温和绝热经过从体积1V膨胀到体积2V，如下图，则下述正确的是()ACA吸热最多，内能增加BDA内能增加，作功最少CBA吸热最多，内能不变DCA对外作功，内能不变【例5】大本练习册P13119图示曲线为处于同一温度T时氦原子量4、氖原子量20和氩原子量40三种气体分子的速率分布曲线。其中：曲线a是气分子的速率分布曲线；曲线c是气分子的速率分布曲线。【例6】某理想气体分别进行了如下图的两个卡诺循环：abcda和)(adcba'''''，且两条循环曲线所围面积相等。设循环的效率为，每次循环在高温热源处吸收的热量为Q，循环的效率为'，每次循环在高温热源处吸收的热量为Q'，则QQ,'' (C)QQ'>'>(D),【例7】两个卡诺热机的循环曲线如下图，一个工作在温度为T1与T3的两个热源之间，另一个工作在温度为T2与T3的两个热源之间，若这两个循环曲线所包围的面积相等。由此可知A两个热机的效率一定相等。B两个热机从高温热源所吸收的热量一定相等。C两个热机向低温热源所放出的热量一定相等。D两个热机吸收的热量与放出的热量绝对值的差值一定相等。【例8】一热机由温度为727的高温热源吸热，向温度为527的低温热源放热。若热机在最大效率下工作，且每一循环吸热2000J，则此热机每一循环作功J。【例9】图示为一理想气体几种状态变化经过的pV图，其中MT为等温线，MQ为绝热线，在AM、BM、CM三种准静态经过中降低的是经过；放热的是经过。0123123abcV(L)p(atm)ABCp(Pa)OV(m3)123100200300p(atm)V(L)Oabcd255026Vabcdb'c'1T2Tp静电场部分真空中的静电场一、点电荷的电场强度以点电荷Q所在处为原点O,任取一点P(场点),点O到点P的位矢为r,把试验电荷q放在P点,有库仑定律可知,所受电场力为：rQqFE2041=常见电场公式：无限大均匀带电板附近电场：02=E二、电势、电场中给定的电势能的大小除与电场本身的性质有关外，还与检验电荷有关，而比值qEpa0则与电荷的大小和正负无关，它反映了静电场中某给定点的性质。为此我们用一个物理量-电势来反映这个性质。即qEpV0=、对电势的几点讲明单位为伏特V通常选取无穷远处或大地为电势零点，则有:?=ppdrEVqE0即P点的电势等于场强沿任意途径从P点到无穷远处的线积分。常见电势公式点电荷电势分布：rqV04=半径为R的均匀带点球面电势分布：RqV04= ()Rr0rqV04= ()Rr四、三大定理：1、场强叠加定理点电荷系所激发的电场中某点处的电场强度等于各个点电荷单独存在时对该点的电场强度的矢量和。即EEEnE+=(2)12、电势叠加定理：V1、V2.Vn分别为各点电荷单独存在时在P点的电势点电荷系的电场中，某点的电势等于各点电荷单独存在时在该点电势的代数和。3、高斯定理在真空中的静电场内，通过任意封闭曲面的电通量等于该闭合曲面包围的所有电荷的代数和除以讲明：高斯定理是反映静电场性质的一条基本定理。通过任意闭合曲面的电通量只取决于它所包围的电荷的代数和。高斯定理中所讲的闭合曲面，通常称为高斯面。4、电通量取电场中任一面元ds，通过此面元的电场线条数即定义为通过这一面元的电通量d过任意曲面的电通量为：?=seedsEd对封闭曲面来讲，?=sedsE并且，对于封闭曲面，取其外法线矢量为正方向，即穿入为负、穿出为正。导体和介质中的静电场一、导体静电平衡的条件：1.导体静电平衡的条件：与导体形状无关a、导体内部的场强处处为零，即int0E=；b、导体外表紧邻处的场强和导体外表垂直，即SE外表；4、导体静电平衡时的特点：导体是个等势体、外表是个等势面；二、静电平衡的导体上的电荷分布：1、处于静电平衡的导体，其内部各处的净电荷为零，电荷只能分布在外表；证实：在导体内取一高斯面，由高斯定理可知：高斯面inteSqEdS=?=?由静电平衡条件0E=，可知，int0q=。面内能否会出现等量异号电荷？反证：若出现等量异号电荷，则导体内有电力线，即有电场，与静电平衡条件矛盾。2、处于静电平衡的导体，其外表上各处的面电荷密度与当地外表紧邻处的电场强度的大小成正比；3、孤立的导体处于静电平衡时，它的外表各处的面电荷密度与各处外表的曲率有关，曲率越大的地方，面电荷密度也越大；三、电介质的极化电极化强度电介质的极化：电介质就是绝缘体，其内部没有自由移动的电荷，但在外电场中又能显示一定的电效应，把电介质放到外电场中，外表出现极化电荷，这现象叫电介质的极化。0E：外电场；'E：极化场强；E：总场强。0rEE=，相对介电常数0r=，与电介质有关。极化场强削弱外场强，但不能抵消外场强。四、电容与电容器一电容的定义：QCU=，SI单位：法拉，F；单位换算：6110FF-=；12110pFF-=。注意：a、电容是电容器的固有属性，与极板上的电荷、极板间的电势差无关；b、电容的大小与其本身材料、形状、构造以及周围的介质有关；4、电容器的符号：二电容器电容的计算：1、设电容器处于工作状态，带电量为Q；2、确定极板间的场强；3、由BABAUEdl?=?确定两板间的电势差；五、电容器的串联与并联1C2C3C1、串联：iUU=，iQQ=，+-所以电容11iiiUUCQQC=，U串联时，总电容比每个分电容都减小了，但是由于总电压分配到各个电容器上，所以电容器组的耐压能力比每个分电容器都强了。+2、并联：iUU=，iQQ=，U1C2C3C所以电容iiiQQCCUU=-并联时，总电容增加了，但因每个电容器都直接连接到电压源上，所以电容器组的耐压能力遭到耐压能力最小那个电容器的限制。六、静电场能量电场能量密度1.22111222QQCUWCUQUC=?=2.电场的能量：电场的能量202rWESd=3、电场能量密度：202reEWdVdV=?【经典例题】1.如下图，真空中一长为L的均匀带电细直杆，总电荷为q，试求在直杆延长线上距杆的一端距离为d的P点的电场强度LdqP2.一个细玻璃棒被弯成半径为R的半圆形，沿其上半部分均匀分布有电荷+Q，沿其下半部分均匀分布有电荷Q，如下图试求圆心O处的电场强度+QQROxy3.带电细线弯成半径为R的半圆形，电荷线密度为=0sin，式中0为一常数，为半径R与x轴所成的夹角，如下图试求环心O处的电场强度yRxO4.真空中两条平行的“无限长均匀带电直线相距为a，其电荷线密度分别为和试求：在两直线构成的平面上，两线间任一点的电场强度(选Ox轴如下图，两线的中点为原点)-+aOx5.【大本练习册P164-38】如下图，半径为R的均匀带电球面，带有电荷q沿某一半径方向上有一均匀带电细线，电荷线密度为，长度为l，细线左端离球心距离为r0设球和线上的电荷分布不受互相作用影响，试求细线所受球面电荷的电场力和细线在该电场中的电势能(设无穷远处的电势为零)r0lqRO6.如下图，一半径为R的圆环，其上无规则地分布着电荷，已知总电荷为q试求圆环轴线上距离圆心O为x的P点处的电场强度的x分量ORqPxx10题图7.“无限长均匀带电的半圆柱面，半径为R，设半圆柱面沿轴线OO'单位长度上的电荷为，试求轴线上一点的电场强度8.用电场强度叠加原理求证：无限大均匀带电板外一点的电场强度大小为02=E9.一个内外半径分别R1为R2和的均匀带电球壳，总电荷为Q1，球壳外同心罩一个半径为R3的均匀带电球面，球面带电荷为Q2。求电场分布。电场强度能否是场点与球心的距离r的连续函数？10.如下图，一半径为R的均匀带正电圆环，其电荷线密度为。在其轴线上有A、B两点，它们与环心的距离分别为ROBROA8,3，一质量为m、带电量为q的粒子从A点运动到B点，求在此经过中电场力所作的功。11.【大本练习册P164-35】图中所示为一沿x轴放置的长度为l的不均匀带电细棒，其电荷线密度为0(x-a)，0为一常量取无穷远处为电势零点，求坐标原点O处的电势alx12.【大本练习册P16436】电荷以一样的面密度分布在半径为r110cm和r220cm的两个同心球面上设无限远处电势为零，球心处的电势为U0300V(1)求电荷面密度(2)若要使球心处的电势也为零，外球面上应放掉多少电荷？13.【大本练习册P16330】一半径为R的带电球体，其电荷体密度分布为4Rqr=(rR)(q为一正的常量)=0(r>R)试求：(1)带电球体的总电荷；(2)球内、外各点的电场强度；(3)球内、外各点的电势14.【大本练习册P1754】在一不带电荷的导体球壳的球心处放一点电荷，并测量球壳内外的场强分布如果将此点电荷从球心移到球壳内其它位置，重新测量球壳内外的场强分布，则将发现：(A)球壳内、外场强分布均无变化(B)球壳内场强分布改变，球壳外不变(C)球壳外场强分布改变，球壳内不变(D)球壳内、外场强分布均改变15.【大本练习册P17724】如下图，一内半径为a、外半径为b的金属球壳，带有电荷Q，在球壳空腔内距离球心r处有一点电荷q设无限远处为电势零点，试求：(1)球壳内外外表上的电荷。(2)球心O点处，由球壳内外表上电荷产生的电势(3)球心O点处的总电势qQabOr16.【大本练习册P17612】C1和C2两个电容器，其上分别标明200pF(电容量)，500V(耐压值)和300pF，900V。把它们串联起来在两端加上1000V的电压，则(A)C1被击穿，C2不被击穿(B)C2被击穿，C1不被击穿(C)两者都被击穿(D)两者都不被击穿17.【大本练习册P17510】C1和C2两空气电容器并联起来接上电源充电，然后将电源断开，再把一电介质板插入C1中，则提示：充电后将电源断开，两电容器的总电量不变，即常量=+21qqAC1和C2极板上电量都不变BC1极板上电量增大，C2极板上电量不变CC1极板上电量增大，C2极板上电量减少DC1极板上电量减少，C2极板上电量增大18.【大本练习册P17728】稳恒磁场部分一、磁感应强度B磁感应强度能够用磁场力的三个公式运动电荷所受的磁场力公式、电流所受的磁场力公式、载流线圈所受的磁力矩公式定义。例如从安培力的角度，B定义为单位电流元在该处所受的最大安培力。()IdldFBmax安=二、磁力线磁通量磁力线的特征1.闭合曲线；2.与电流互相套连；3.方向与电流的方向服从右手螺旋定则。磁通量的定义式SBddm?=?=SmdSB三、磁场的基本规律1、毕?萨定律24rIddrlB?=真空磁导率m/AT10470?=-