大学物理近代物理学基础公式大全.pdf

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1、大学物理 近代物理学基础公式大全一一 狭义相对论狭义相对论1 12 2爱因斯坦的两个基本原理爱因斯坦的两个基本原理时空坐标变换时空坐标变换 x x y y y yx x vt vt1 1 2 2v vC C;x x x x vt vt 1 1 2 2;y y y y v vt t 2 2x xc ct t ;1 1 2 2z z z zz z z z t t t t v vx x c c2 2;1 1 2 23.3.狭义相对论的时空观狭义相对论的时空观 同时的相对性同时的相对性l l012t0t 214.4.狭义相对论动力学狭义相对论动力学m m012P mv m0v12dvdmvdtdt22

2、E mc E mc22Ek mc m0cF mE2 P2c2 E02v c 1125 5、求粒子速度的方法、求粒子速度的方法(1)(1)v1()2cm2m(2)(2)v c 1(0)mm0(3)(3)1E2Ev c 1(0)EE0C2C2C2C2(4)(4)v Pv Pv Pv PEEEE二二量子光学基础量子光学基础1 1热辐射热辐射绝对黑体绝对黑体:在任何温度下对任何波长的辐射都能完全吸收的物体。在任何温度下对任何波长的辐射都能完全吸收的物体。1吸收比吸收比:B(、T)反射比反射比:B(、T)0基尔霍夫定律基尔霍夫定律(记牢记牢)斯特藩斯特藩-玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律:单色辐射出射度单色辐射

3、出射度eBeB大学物理 近代物理学基础公式大全EB:辐出度辐出度,单位时间单位面积辐射的能量单位时间单位面积辐射的能量唯恩位移定律唯恩位移定律mT b2 2（1 1）a a、n I光b b、普朗克假设普朗克假设光电效应光电效应光电效应的实验定律光电效应的实验定律:heUaekeU0c c、红限频率、红限频率e UaekeU0eUaekeU0e UaekeU00(2)(2)光电效应方程光电效应方程U0U00kk01hmv2 A23 3、光子的能量、质量与动量光子的能量、质量与动量 hhP hm 2c4 4、康普顿公式、康普顿公式h2h(1cos)sin2mecmec2 0.00486sin2三三

4、原子的量子理论原子的量子理论1 122nm玻尔的氢原子理论玻尔的氢原子理论两个实验基础两个实验基础,经验公式经验公式1 R(11)22mn三条基本假设三条基本假设定态定态,h En Emh En Em2o两条基本公式两条基本公式rn n r1 0.529n AE113.6En22eVnn2 2德布罗意波德布罗意波E mc2 h,E0 0.51MeVmc2mc2hh电子波波长电子波波长:h1.225nmmvU微观粒子的波长微观粒子的波长:3 3hhhh（非相对论）（非相对论）mvmv2mEk2mEk测不准关系测不准关系xPx大学物理 近代物理学基础公式大全为什么有？会应用解题。为什么有？会应用解

5、题。4 4波函数波函数波函数的统计意义波函数的统计意义:几率波几率波,几率密度几率密度:单值、有限、连续单值、有限、连续例例 1:1:两个事件两个事件,K,K 系测系测 P P1 1(x(x1 1,t,t1 1),P),P2 2(x(x2 2,t,t2 2);K);K 中的观察者测得两事件同时中的观察者测得两事件同时,求求:K K 相对于相对于 K K 的速度的速度;K K 测得的测得的 P P1 1,P,P2 2的空间间隔就是多少？的空间间隔就是多少？K K 测测,多长时间后相遇？多长时间后相遇？K K 测测,何时与何时与 K K 相遇？相遇？离开加速器离开加速器,从实验室瞧当从实验室瞧当

6、介子衰变一半时介子衰变一半时,飞越了多长时间？多长距离？飞越了多长时间？多长距离？8*2波函数的性质波函数的性质例例 2.u=02.u=0、6c,K6c,K 测测 t=0t=0 时时,KK,KK=20m,=20m,则则:例例 3.3.介子介子,以以v 0.8cv 0.8c例例5.5.在在惯惯性性系系例例 4.4.已知已知 介子的静止能量为介子的静止能量为 105105、7MeV7MeV,平均寿命为平均寿命为2.210S S中中,一一个个s,试求试求:动能为动能为 150MeV150MeV 的的 介子的速度与平均寿命。介子的速度与平均寿命。粒粒子子具具有有却却就就是是动动量量,设设,求求 S S

7、 系中粒子的系中粒子的E 10MeVE 10MeVE 10MeVE 10MeVE 10MeVE 10MeVE 10MeVE 10MeV速度大小与动能。速度大小与动能。例例 6.6.一个电子用静电场加速后一个电子用静电场加速后,其动能其动能Ek0.25MeV,求运动电子的质量求运动电子的质量,速度及德布洛衣波长。速度及德布洛衣波长。例例7 7 恒星表面瞧作绝对黑体恒星表面瞧作绝对黑体,北极星北极星m350nm,求求:北极星表面的温度北极星表面的温度;单位时间内单位时间内,单位面积表面的辐射能。单位面积表面的辐射能。例例8 8 某光电阴极对于某光电阴极对于1 491nm的单色光发射光电子的遏止电压

8、为的单色光发射光电子的遏止电压为0.71V,当改取波长为当改取波长为2的单色光时的单色光时,其遏止电压升为其遏止电压升为,则则22例例9 9 波长波长0例例1010例例1111例例1212例例1313为多少？为多少？0.005nm的射线被物体散射后的射线被物体散射后,沿与原来入射的方向成沿与原来入射的方向成180o角的方向散射角的方向散射,假定被碰撞的电子就是静止假定被碰撞的电子就是静止的的,则散射波长就是多少？则散射波长就是多少？从钠中移去一个电子所需的能量就是从钠中移去一个电子所需的能量就是2.3eV,用用680nm的橙光照射的橙光照射,能否产生光电效应？用能否产生光电效应？用 400nm

9、的的戴维森革末实验中戴维森革末实验中,已知电子束的动能已知电子束的动能Ek紫光照射紫光照射,情况如何？若能产生光电效应情况如何？若能产生光电效应,光电子的动能为多大？对于紫光遏止电压为多大？光电子的动能为多大？对于紫光遏止电压为多大？Na的截止波长为多大？的截止波长为多大？103MeV,求电子波的波长求电子波的波长;若电子束通过若电子束通过a 0.5mm的小孔的小孔,电子电子的束状特性就是否会被衍射破坏？为什么？的束状特性就是否会被衍射破坏？为什么？试计算处于第三激发态的氢原子的电离能及运动电子的德布罗意波长。试计算处于第三激发态的氢原子的电离能及运动电子的德布罗意波长。处于基态的氢原子处于基

10、态的氢原子,吸收吸收12.5eV的能量后的能量后,所能达到的最高能态所能达到的最高能态;在该能态上氢原子的电离能？电子的轨道半在该能态上氢原子的电离能？电子的轨道半径？与该能态对应的极限波长以及从该能态向低能态跃迁时径？与该能态对应的极限波长以及从该能态向低能态跃迁时,可能辐射的光波波长？可能辐射的光波波长？大学物理近代物理学知识点大学物理近代物理学知识点1.力学1、1638 年，意大利物理学家伽利略在两种新科学的对话中用科学推理论证重物体和轻物体下落一样快;并在比萨斜塔做了两个不同质量的小球下落的实验，证明了他的观点是正确的，_古希腊学者亚里士多德的观点(即：质量大的小球下落快是错误的);2

11、、1654 年，德国的马德堡市做了一个轰动一时的实验马德堡半球实验;3、1687 年，英国科学家牛顿在自然哲学的数学原理著作中提出了三条运动定律(即牛顿三大运动定律)。4、17 世纪，伽利略通过构思的理想实验指出：在水平面上运动的物体若没有摩擦，将保持这个速度一直运动下去;得出结论：力是改变物体运动的原因，_亚里士多德的观点：力是维持物体运动的原因。同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出：如果没有其它原因，运动物体将继续以同速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。5、英国物理学家胡克对物理学的贡献：胡克定律;经典题目：胡克认为只有在一定的条件下，弹簧的弹力才与弹簧的形变量成正比

12、(对)6、1638 年，伽利略在两种新科学的对话一书中，运用观察-假设-数学推理的方法，详细研究了抛体运动。17 世纪，伽利略通过理想实验法指出：在水平面上运动的物体若没有摩擦，将保持这个速度一直运动下去;同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出：如果没有其它原因，运动物体将继续以同速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。7、人们根据日常的观察和经验，提出“地心说”，古希腊科学家托勒密是代表;而波兰天文学家哥白尼提出了“日心说”，大胆反驳地心说。8、17 世纪，德国天文学家开普勒提出开普勒三大定律;9、牛顿于 1687 年正式发表万有引力定律;1798 年英国物理学家卡文迪许利用

13、扭秤实验装置比较准确地测出了引力常量;10、1846 年，英国剑桥大学学生亚当斯和法国天文学家勒维烈(勒维耶)应用万有引力定律，计算并观测到海王星，1930 年，美国天文学家汤苞用同样的计算方法发现冥王星。11、我国宋朝发明的火箭是现代火箭的鼻祖，与现代火箭原理相同;但现代火箭结构复杂，其所能达到的速度主要取决于喷气速度和质量比(火箭开始飞行的质量与燃料燃尽时的质量比);俄国科学家齐奥尔科夫斯基被称为近代火箭之父，他首先提出了多级火箭和惯性导航的概念。多级火箭一般都是三级火箭，我国已成为掌握载人航天技术的第三个国家。12、1957 年 10 月，苏联发射第一颗人造地球卫星;1961 年 4 月

14、，世界第一艘载人宇宙飞船“东方 1 号”带着尤里加加林第一次踏入太空。13、20 世纪初建立的量子力学和爱因斯坦提出的狭义相对论表明经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体。14、17 世纪，德国天文学家开普勒提出开普勒三定律;牛顿于 1687 年正式发表万有引力定律;1798 年英国物理学家卡文迪许利用扭秤装置比较准确地测出了引力常量(体现放大和转换的思想);1846 年，科学家应用万有引力定律，计算并观测到海王星。2.电磁学13、1785 年法国物理学家库仑利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律库仑定律，并测出了静电力常量 k 的值。14、1752 年，富兰克林在费城通过风筝实验验证闪电是

15、放电的一种形式，把天电与地电统一起来，并发明避雷针。15、1837 年，英国物理学家法拉第最早引入了电场概念，并提出用电场线表示电场。16、1913 年，美国物理学家密立根通过油滴实验精确测定了元电荷 e 电荷量，获得诺贝尔奖。17、1826 年德国物理学家欧姆(1787-1854)通过实验得出欧姆定律。18、1911 年，荷兰科学家昂尼斯(或昂纳斯)发现大多数金属在温度降到某一值时，都会出现电阻突然降为零的现象超导现象。19、19 世纪，焦耳和楞次先后各自独立发现电流通过导体时产生热效应的规律，即焦耳楞次定律。20、1820 年，丹麦物理学家奥斯特发现电流可以使周围的小磁针发生偏转，称为电流

16、磁效应。21、法国物理学家安培发现两根通有同向电流的平行导线相吸，反向电流的平行导线则相斥，同时提出了安培分子电流假说;并总结出安培定则(右手螺旋定则)判断电流与磁场的相互关系和左手定则判断通电导线在磁场中受到磁场力的方向。22、荷兰物理学家洛仑兹提出运动电荷产生了磁场和磁场对运动电荷有作用力(洛仑兹力)的观点。23、英国物理学家汤姆生发现电子，并指出：阴极射线是高速运动的电子流。24、汤姆生的学生阿斯顿设计的质谱仪可用来测量带电粒子的质量和分析同位素。25、1932 年，美国物理学家劳伦兹发明了回旋加速器能在实验室中产生大量的高能粒子。(动能仅取决于磁场和 D 形盒直径。带电粒子圆周运动周期

17、与高频电源的周期相同;但当粒子动能很大，速率接近光速时，根据狭义相对论，粒子质量随速率显著增大，粒子在磁场中的回旋周期发生变化，进一步提高粒子的速率很困难。26、1831 年英国物理学家法拉第发现了由磁场产生电流的条件和规律电磁感应定律。27、1834 年，俄国物理学家楞次发表确定感应电流方向的定律楞次定律。28、1835 年，美国科学家亨利发现自感现象(因电流变化而在电路本身引起感应电动势的现象)，日光灯的工作原理即为其应用之一，双绕线法制精密电阻为消除其影响应用之一。3.热学29、1827 年，英国植物学家布朗发现悬浮在水中的花粉微粒不停地做无规则运动的现象布朗运动。30、19 世纪中叶，

18、由德国医生迈尔、英国物理学家焦尔、德国学者亥姆霍兹最后确定能量守恒定律。31、1850 年，克劳修斯提出热力学第二定律的定性表述：不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，称为克劳修斯表述。次年开尔文提出另一种表述：不可能从单一热源取热，使之完全变为有用的功而不产生其他影响，称为开尔文表述。32、1848 年开尔文提出热力学温标，指出绝对零度是温度的下限。指出绝对零度(-273.15)是温度的下限。T=t+273.15K热力学第三定律：热力学零度不可达到。4.波动学33、17 世纪，荷兰物理学家惠更斯确定了单摆周期公式。周期是 2s 的单摆叫秒摆。34、1690 年，荷兰物理学家惠更斯

19、提出了机械波的波动现象规律惠更斯原理。35、奥地利物理学家多普勒(1803-1853)首先发现由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象多普勒效应。【相互接近，f 增大;相互远离，f 减少】36、1864 年，英国物理学家麦克斯韦发表电磁场的动力学理论的论文，提出了电磁场理论，预言了电磁波的存在，指出光是一种电磁波，为光的电磁理论奠定了基础。电磁波是一种横波37、1887 年，德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在，并测定了电磁波的传播速度等于光速。38、1894 年，意大利马可尼和俄国波波夫分别发明了无线电报，揭开无线电通信的新篇章。39、1800 年，英国物理学家赫歇

20、耳发现红外线;1801 年，德国物理学家里特发现紫外线;1895 年，德国物理学家伦琴发现 X 射线(伦琴射线)，并为他夫人的手拍下世界上第一张 X 射线的人体照片。5.光学40、1621 年，荷兰数学家斯涅耳找到了入射角与折射角之间的规律折射定律。41、1801 年，英国物理学家托马斯杨成功地观察到了光的干涉现象。42、1818 年，法国科学家菲涅尔和泊松计算并实验观察到光的圆板衍射泊松亮斑。43、1864 年，英国物理学家麦克斯韦预言了电磁波的存在，指出光是一种电磁波;1887 年，赫兹证实了电磁波的存在，光是一种电磁波44、1905 年，爱因斯坦提出了狭义相对论，有两条基本原理：相对性原

21、理不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的;光速不变原理不同的惯性参考系中，光在真空中的速度一定是 c 不变。45、爱因斯坦还提出了相对论中的一个重要结论质能方程式。46.公元前 468-前 376，我国的墨翟及其弟子在墨经中记载了光的直线传播、影的形成、光的反射、平面镜和球面镜成像等现象，为世界上最早的光学著作。47.1849 年法国物理学家斐索首先在地面上测出了光速，以后又有许多科学家采用了更精密的方法测定光速，如美国物理学家迈克尔逊的旋转棱镜法。(注意其测量方法)48.关于光的本质：17 世纪明确地形成了两种学说：一种是牛顿主张的微粒说，认为光是光源发出的一种物质微粒;另一种是荷兰物理

22、学家惠更斯提出的波动说，认为光是在空间传播的某种波。这两种学说都不能解释当时观察到的全部光现象。6.相对论49、物理学晴朗天空上的两朵乌云：迈克逊-莫雷实验相对论(高速运动世界),热辐射实验量子论(微观世界);50、19 世纪和 20 世纪之交，物理学的三大发现：X 射线的发现，电子的发现，放射性的发现。51、1905 年，爱因斯坦提出了狭义相对论，有两条基本原理：相对性原理不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的;光速不变原理不同的惯性参考系中，光在真空中的速度一定是 c 不变。52、1900 年，德国物理学家普朗克解释物体热辐射规律提出能量子假说：物质发射或吸收能量时，能量不是连续的，而

23、是一份一份的，每一份就是一个最小的能量单位，即能量子;53、激光被誉为 20 世纪的“世纪之光”;54、1900 年，德国物理学家普朗克为解释物体热辐射规律提出：电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份的，把物理学带进了量子世界;受其启发 1905年爱因斯坦提出光子说，成功地解释了光电效应规律，因此获得诺贝尔物理奖。55、1922 年，美国物理学家康普顿在研究石墨中的电子对 X 射线的散射时康普顿效应，证实了光的粒子性。(说明动量守恒定律和能量守恒定律同时适用于微观粒子)56、1913 年，丹麦物理学家玻尔提出了自己的原子结构假说，成功地解释和预言了氢原子的辐射电磁波谱，为量子力学的发展奠定

24、了基础。57、1924 年，法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现出波动性;58、1927 年美、英两国物理学家得到了电子束在金属晶体上的衍射图案。电子显微镜与光学显微镜相比，衍射现象影响小很多，大大地提高分辨能力，质子显微镜的分辨本能更高。7.原子物理59、1858 年，德国科学家普里克发现了一种奇妙的射线阴极射线(高速运动的电子流)。60、1906 年，英国物理学家汤姆生发现电子，获得诺贝尔物理学奖。61、1913 年，美国物理学家密立根通过油滴实验精确测定了元电荷 e 电荷量，获得诺贝尔奖。62、1897 年，汤姆生利用阴极射线管发现了电子，说明原子可分，有复杂内部结构

25、，并提出原子的枣糕模型。63、1909-1911 年，英国物理学家卢瑟福和助手们进行了 粒子散射实验，并提出了原子的核式结构模型。由实验结果估计原子核直径数量级为 10-15m。1919 年，卢瑟福用 粒子轰击氮核，第一次实现了原子核的人工转变，并发现了质子。预言原子核内还有另一种粒子，被其学生查德威克于 1932 年在 粒子轰击铍核时发现，由此人们认识到原子核由质子和中子组成。64、1885 年，瑞士的中学数学教师巴耳末总结了氢原子光谱的波长规律巴耳末系。65、1913 年，丹麦物理学家波尔最先得出氢原子能级表达式;66、1896 年，法国物理学家贝克勒尔发现天然放射现象，说明原子核有复杂的

26、内部结构。天然放射现象：有两种衰变(、)，三种射线(、)，其中 射线是衰变后新核处于激发态，向低能级跃迁时辐射出的。衰变快慢与原子所处的物理和化学状态无关。67、1896 年，在贝克勒尔的建议下，玛丽-居里夫妇发现了两种放射性更强的新元素钋(Po)镭(Ra)。68、1919 年，卢瑟福用 粒子轰击氮核，第一次实现了原子核的人工转变，发现了质子，并预言原子核内还有另一种粒子中子。69、1932 年，卢瑟福学生查德威克于在 粒子轰击铍核时发现中子，获得诺贝尔物理奖。70、1934 年，约里奥-居里夫妇用 粒子轰击铝箔时，发现正电子和人工放射性同位素。71、1939 年 12 月，德国物理学家哈恩和

27、助手斯特拉斯曼用中子轰击铀核时，铀核发生裂变。1942 年，在费米、西拉德等人领导下，美国建成第一个裂变反应堆(由浓缩铀棒、控制棒、减速剂、水泥防护层等组成)。72、1952 年美国爆炸了世界上第一颗氢弹(聚变反应、热核反应)。人工控制核聚变的一个可能途径是：利用强激光产生的高压照射小颗粒核燃料。73、1932 年发现了正电子，1964 年提出夸克模型;粒子分三大类：媒介子-传递各种相互作用的粒子，如：光子;轻子-不参与强相互作用的粒子，如：电子、中微子;强子-参与强相互作用的粒子，如：重子(质子、中子、超子)和介子，强子由更基本的粒子夸克组成，夸克带电量可能为元电荷.大学物理近代物理学习方法

28、大学物理近代物理学习方法1、理象记忆法：如当车起步和刹车时，人向后、前倾倒的现象，来记忆惯性概念。2、浓缩记忆法：如光的反射定律可浓缩成三线共面、两角相等，平面镜成像规律可浓缩为“物象对称、左右相反”。3、口诀记忆法：如“物体有惯性，惯性物属性，大小看质量，不论动与静。”4、比较记忆法：如惯性与惯性定律、像与影、蒸发与沸腾、压力与压强、串联与并联等，比较区别与联系，找出异同。5、推导记忆法：如推导液体内部压强的计算公式。即p=F/S=G/S=mg/s=pvg/s=pshg/=pgh。6、归类记忆法：如单位时间通过的路程叫速度，单位时间里做功的多少叫功率，单位体积的某种物质的质量叫密度，单位面积

29、的压力叫压强等，都可以归纳为“单位的叫”类。7、顾名思义法：如根据“浮力”、“拉力”、“支持力”等名称，易记住这些力的方向。8、因果(条件记忆法)：如判定使用左、右手定则的条件时，可根据由于在磁场中有电流，而产生力，就用左手定则;若是电力在磁场中运动，而产生电流，就用右手定则。大学物理近代物理学习技巧大学物理近代物理学习技巧一、不要“题海”，要有题量谈到解题必然会联系到题量。因为，同一个问题可从不同方面给予辨析理解，或者同一个问题设置不同的陷阱，这样就得有较多的题目。从不同角度、不同层次来体现教与学的测试要求，因而有一定的题目必是习以为常，我们也只有解答多方面的题，才得以消化和巩固基础知识。那

30、做多了题就一定会陷入“题海”吗?我们的回答是否定的。对于缺乏基本要求，思维跳跃性大，质量低劣，几乎类同题目重复出现，造成学生机械模仿，思维僵化，用定势思维解题，这才是误入“题海”。至于富有启发性、思考性、灵活性的题，百解不厌，真是一种学习享受。这样的题解得越多，收获越大。解题多了，并不就一定加重学生负担，只有那些脱离学习对象实际，超过学生的承受能力的，才会加重他们的负担。虽然题目不多，但积重难返，犹如陷入题海。所以，为了提高学习成绩和质量，离不开解题，而且要有一定的题量给予保证，并以真正理解熟练掌握为题量的下限。二、不求模型，要求思考教学有法，教无定法。同样的道理，解题有法，但无定法。所以，我们不能用通用模型的方法解多种不同的题。首先，文理科的思维特点有差异，文科侧重理性思维，而理科侧重逻辑思维。数学偏重图文与函数关系的分析推导，而物理突出具体问题高度概括，抽象出物理模型。其次，解题方法也是随题而变，不同题目的解题方法一般是不同的，不太可能用一成不变的方法统揽，或者用几种既定模型搞定。再者，题目是千变万化的。尽管解题要经历审题(理解题意)，解题(具体过程)，答题(说明结果)几个环节，但解题的方法是灵活的，因题而变。可能是简单的，也可能是复杂的;可能是基本的方法，也可能是巧妙方法或综合方法的适用。