工科大学物理2大纲.ppt

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1、大学物理课程第二学期教学大纲 二 六第三部分 气体动理论和热力学 1.气体动理论 气体分子运动的图象2.气体的状态参量、平衡态和准静态过程2.理想气体的状态方程1.理想气体的压强公式、温度公式及其统计意义1.麦克斯韦速率分布律2.三种统计速率3.玻耳兹曼能量分布定律3.能量均分定理2.理想气体的内能2.气体分子的平均碰撞频率和平均自由程3.范德瓦尔斯方程3.2.热力学 系统的内能、功和热量1.热力学第一定律及其对理想气体等容、等压、等温及绝热四种准静态过程的应用1.气体的摩尔热容1.循环、卡诺循环、热机效率1.热力学第二定律的两种表述2.热力学第二定律两种表述的等价性3.可逆和不可逆过程3.卡

2、诺定理3.热力学第二定律的统计意义3.熵3*.第四部分 机械振动 谐振动动力学方程和运动学方程1.频率、圆频率、周期、振幅和相位1.谐振动的旋转矢量法1.谐振动的能量1.同方向同频率谐振动的合成1.同方向不同频率谐振动的合成3.相互垂直方向谐振动的合成3.阻尼振动和受迫振动简介*、两自由度线性振动简介*第五部分 波与波动光学 1.机械波 弹性媒质中波的产生和传播3.纵波和横波3.波速、波频与波长的关系1.平面简谐波方程1.机械波的能量、能流和能流密度2.惠更斯原理3.波的反射和折射2.波的衍射3.波的叠加原理2.相干波及干涉1.驻波2.驻波与行波的区别3.多普勒效应3.2.电磁波 电磁波的基本

3、性质3.电磁波的能量、能流和能流密度*.3.波动光学 光的干涉 光的单色性和相干性3.相干光的获得2.杨氏双缝干涉1.洛埃镜3.半波损失2.光程1.等厚干涉（劈尖、牛顿环）1.等倾干涉3.迈克耳孙干涉仪2.光的衍射 惠更斯菲涅耳原理3.单缝衍射2.衍射光栅1.光栅光谱3.光学仪器的分辨本领3.X射线衍射*光的偏振 天然光和线偏振光2.布儒斯特定律2.马吕斯定律2.单轴晶体中光的双折射3.线偏振光的产生和检验3.偏振光的干涉*人工双折射*旋光效应*第六部分 近代物理基础 热辐射、黑体辐射、斯特藩玻耳兹曼定律、维恩位移定律3.普朗克假设3.光电效应与爱因斯坦光子理论2.康普顿效应及光子理论解释2.

4、光的波粒二象性2.氢原子光谱的实验规律2.玻尔氢原子理论2.玻尔理论的意义和局限性3.德布罗意关系2.电子衍射实验3.实物粒子的波粒二象性2.不确定(度)关系3.波函数及其统计解释2.一维定态薛定谔方程3.一维无限深方势阱3.一维谐振子3.势垒及隧道效应3.氢原子*.能量量子化、角动量量子化与空间量子化3.微观粒子的自旋3.斯特恩革拉赫实验3.原子中电子运动的四个量子数及其意义3.泡利不相容原理和能量最低原理3.原子的电子壳层结构3.第七部分 现代工程技术物理基础及现代物理专题 1.激光 自发辐射、受激辐射和受激吸收3.玻耳兹曼分布与粒子数反转3.光放大3.谐振腔3.激光特性及主要应用3.2.

5、固体 固体能带的形成3.用能带区分导体、半导体和绝缘体3.本征半导体、n-型半导体和p-型半导体3.大学物理课程第二学期复习第5章 气体动理论第6章 热力学基础第12章 机械振动第13章 机械波第15章 波动光学第16章 近代物理基础第5章小结1.理想气体状态方程2.理想气体压强公式3.温度的统计意义4.能量均分定理5.理想气体的内能6.麦克斯韦速率分布函数(1)最概然速率7.三种特征速率(2)平均速率(3)方均根速率6.玻耳兹曼能量分布律(1)分子数密度按势能分布(2)分子数密度按高度分布(3)等温气压公式7.气体分子平均碰撞频率及平均自由程气体模型总结理想气体理想气体+自由度修正理想气体+

6、分子体积修正实际气体分子当作质点分子为刚性、计分子的形状分子为刚性球，半径为d考虑分子的体积、形状分子运动服从牛顿定律分子运动服从牛顿定律分子运动服从牛顿定律分子运动服从牛顿定律分子间的相互吸引作用不计、碰撞为完全弹性分子间的相互吸引作用不计、碰撞为完全弹性分子间的相互吸引作用不计、碰撞为完全弹性考虑分子间的相互吸引作用 第6章小结1.功、热量、内能2.热力学第一定律(1)准静态过程的功(2)热量、内能(3)内能变化功和热量是过程量，内能是状态量。对微小的变化过程 对微小的变化过程3.摩尔热容定体摩尔热容定压摩尔热容迈耶公式比热容比4.循环过程热机效率,卡诺热机效率致冷系数,卡诺致冷系数5.热

7、力学第二定律 克劳修斯表述:不可能使热量从低温物体传向高温物 热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化，及热传递过程是不可逆的。体而不引起其他变化，及热传递过程是不可逆的。开尔文表述:不可能从单一热源吸取热量，使它完全变为有用功而不引起其他变化，即功热转化是不可逆的。热力学第二定律的统计意义：自发宏观过程总是沿着系统热力学概率增大的方向进行，或者说自发宏观过程是沿着热运动更无序的方向进行的。6.熵玻耳兹曼熵熵增加原理：可逆过程不可逆过程对于孤立系统的任意过程，熵永不减少。第12章小结1.简谐振动方程2.简谐振动的相位(t+)是 相位，决定 t 时刻简谐振动的运动状态.3.简谐振动的运动微分方

8、程4.由初始条件振幅和初相位5.弹簧振子的能量动能：势能：总机械能：平均能量：6.谐振动的旋转矢量表示o x7.简谐谐振动的合成(1)同方向同频率谐振动的合成合振动仍为简谐振动，和振动的振幅取决于两个分振动的振幅及相差，即(2)同方向不同频率谐振动的合成当两个分振动的频率相差较小时，产生拍的现象，拍频为(3)相互垂直的两个谐振动的合成若两个分振动的频率相同，则合振动的轨迹一般为椭圆；若两个分振动的频率为简单整数比，则合振动的轨迹为李萨如图形。第13章小结1.机械波的产生和传播(1)机械波的产生条件：波源，弹性介质。(2)机械波是机械振动在弹性介质中的传播，是振动状态的传播，沿波传播方向介质中各

9、质点的相位依次落后.(3)波长、周期、频率、角波数和波速.波长(l):同一波线上相位差为 2 的质点之间的距离；即波源作一次完全振动，波前进的距离。周期(T):波前进一个波长距离所需的时间。频率(T):单位时间内，波前进距离中完整波的数目。角波数(k):2距离中完整波的数目。波速(u):振动状态在媒质中的传播速度。波速与波长、周期(或频率）的关系为:或2.一维简谐波的波函数其中，x 前的号由波的传播方向确定.波沿 x 正方向传播，取负号；波沿 x 负方向传播，取正号.3.惠更斯原理 行进中的波面上任意一点都 可看作是新的子波源；所有子波源各自向外发出许多子波；各个子波所形成的包络面，就是原波面

10、在一定时间内所传播到的新波面。4.波的干涉 频率相同、振动方向相同、相位差恒定的两列（或多列）波叠加时，其合振动的振幅 A 或合强度 I 将在空间形成一种稳定的分布.当干涉加强干涉相消5.波的能量(1)平均能量密度:(2)波的强度：6.驻波两列等振幅相干波相向传播时叠加形成驻波.驻波的波函数：7.多普勒效应机械波的多普勒效应:式中，u 和vs 分别为观察者、波源相对于介质的运动速度，相向运动为正，远离运动为负。第15章小结1.光是电磁波(1)电磁波是横波(2)电磁波的传播速度(3)电磁波的能量坡印亭矢量电磁波的强度(若，)(若，)2.光波的叠加(1)两光波在空间一点P 叠加的光强为干涉项(2)

11、相干叠加两相干光在空间一点P 相遇时，P点的光强为u当 时，光强最大，为u当 时，光强最小，为(3)非相干叠加两非相干光在空间一点P 相遇时，P点的光强为3.杨氏双缝干涉利用分波前法获得相干光产生的干涉，其干涉条纹是等间距的明暗相间的直条纹，相邻明(暗)条纹的间距为4.两相干光波到达空间一点P 的光程差与相位差5.薄膜干涉利用分振幅法获得相干光产生干涉，两相干光的光程差为或或当 时，干涉相长；当 时，干涉相消。6.惠更斯菲涅耳原理波面上的各面元都可看作是相干的次波波源。它们发出的次波在空间各点相遇时，其各点的强度分布是所有次波相干叠加的结果。7.单缝夫琅禾费衍射(1)暗纹条件(2)明纹条件(3

12、)单缝夫琅禾费衍射的光强公式8.光学仪器的最小分辨角和分辨本领最小分辨角;分辨本领9.光栅衍射(1)光栅方程(2)暗纹条件(3)缺级公式其中,k是缺级主极大的级次,k是单缝衍射暗纹的级数。mkN(4)光栅衍射的光强公式10.X射线的衍射其中，j为入射X 射线与介质表面之间的夹角(掠射角)。11.马吕斯定律12.布儒斯特定律13.波晶片光轴平行于晶面的单轴晶片称作波晶片。当一束单色线偏振光垂直入射波晶片时，通过波晶片的o光和e光的光程差和相位差为第16章小结斯特藩玻耳兹曼定律：维恩位移定律：1.黑体辐射辐射公式：光电效应方程：红限频率：3.光电效应遏止电压和光电子的最大初动能关系：能量子：2.普

13、朗克量子假设和辐射公式4.光的波粒二象性(爱因斯坦光子理论）光子的动量：光子的能量：5.康普顿效应康普顿散射公式：电子的康普顿波长：6.氢原子光谱波数公式：辐射公式：角动量量子化条件：7.微观粒子的波粒二象性和不确定关系德布罗意波关系式：不确定关系：8.薛定谔方程定态薛定谔方程：波函数 应满足单值、有限、连续等条件，薛定谔方程是量子力学的基本方程。一维无限深势阱中的粒子：9.四个量子数主量子数：n=0,1,2,3,副量子数(角量子数)：磁量子数：自旋磁量子数：10.晶体结构的最基本特征组成晶体的离子、原子或分子按照一定的方式不断作周期性重复排列,构成长程有序。四个量子数是描述原子中核外电子状态

14、的参数。11.固体能带结构N个相同原子组成晶体时，晶体中每个原子原有的每一能级都分裂为N个密集能级，形成能带。满带：填满电子的能带，满带电子不参与导电；12.绝缘体、导体和半导体绝缘体的价带是满带，且价带与空带之间有较宽的禁带。导体的价带不满或价带和空带重迭或相接。半导体的价带是满带，但价带与空带之间的禁带宽度较小(约1eV或更小)。能带与能带之间既可能以禁带相隔，也可能相接或重迭。导带：部分填充电子的能带，导带中的电子参与导电；空带：没有电子的能带；价带：由价电子能级分裂而形成的能带，价带可以是满带 或导带。13.半导体n 型半导体：参与导电的载流子主要是从施主能级跃迁 到导带中去的电子。p

15、 型半导体：参与导电的载流子主要是满带中产生的空穴。14.激光器的基本组成：16.激光的纵模数激光的三个主要特性为：高定向性、高单色性、高亮度。本征半导体：没有杂质和缺陷的理想半导体。参与导电的 电子和空穴数目相等。17.激光特性激光工作物质、激励能源和谐振腔。15.实现激光的两个必要条件介质内部实现粒子数反转和满足阈值条件。补充例题 例1 用波长为 的单色光照射狭缝，得到单缝的夫琅禾费衍射图，第三及暗纹位于屏上P 处，问（1）若将狭缝宽度缩减一半，那么P 处是明纹还是暗纹？（2）若用波长为1.5 的单色光照射狭缝，P 处是明纹还是暗纹?解：根据已知条件，屏上P 处出现第三及暗纹，所以，对于位于P 位置，狭缝处的波面可以分成6 个半波带。（1）若将狭缝宽度缩减一半，对于P 位置，狭缝处波面可分成3个半波带，那么在P 处出现第一级明纹。（2）若改用波长为1.5 的单色光照射狭缝，狭缝波面可以划分的半波带数是原来的1.5 分之一，则P 位置对应的半波带数是4，所以，P 处出现第二级暗纹。作业 1)16.17,16.33,16.34,16.44 2)15.9,15.17,15.20,15.23,15.26