大学物理光学期末总结

一.机械运动描述动量和动量守恒

一.模型1.质点:把物体当做具有质量的点----抽象性,相对性,普遍性.2.刚体:任意两个质点间的距离保持不变的质点组.二.物理量(一).描述机械运动的物理量1.位矢:描写运动质点在任意时刻空间位置的矢量.直角坐标系:自然坐标系:期末总结2021/5/912.位移:描写质点在一段时间内位置移动情况的矢量.直角坐标系:自然坐标系:3.速度:描写运动快慢程度和方向的物理量.{直角坐标系:自然坐标系:4.加速度：描写速度的大小和方向变化的物理量．2021/5/92直角坐标系:自然坐标系:（二.）量度机械运动的物理量动量:质点的质量m与其速度v的乘积称为动量.2021/5/93三.定律定理1.牛顿三定律(1).惯性定律:不受任何相互作用的“自由粒子”永远保持静止或匀速直线运动状态不变.(2).物体的动量对时间的变化率与所加的外力成正比,并且发生在所加外力的方向上.(3).两物体相互作用时,作用力与反作用力大小相等,方向相反,作用在同一条直线上.2.动量守恒定律:当

F合=0时:如果系统所受合外力为零,系统的总动量守恒.2021/5/943.动量定理:质点系所受外力的矢量和在t1到t2时间内的冲量等于质点系的总动量在同一时间内的增量.四.习题类型(1).利用已知求位移,速度,加速度等描述运动状态的物理量.(2).利用牛顿三定律来解决问题.(3).利用动量守恒定律,动量定理求解问题.2021/5/95二.角动量和角动量守恒能量和能量守恒一.概念1.角动量(动量矩)(1).质点角动量:(2).定轴转动刚体角动量:其中:或:2.动能(1).质点动能:(2).质点系动能:(3).定轴转动刚体动能:2021/5/963.功功率:P=M

4.势能:任意点A的势能大小为从A点沿任意路径到势能零点

Q过程中保守力f

所作的功.保守力:2021/5/97二.定理1.角动量定理(1).质点的角动量定理:质点所受的力矩的角冲量等于质点的角动量的增量.(2).质点系角动量定理:质点系所受的合外力矩的角冲量等于质点系的角动量的增量.(3).定轴转动刚体角动量定理:对转动刚体的轴的合外力矩在时间上积累等于该刚体对同一轴的角动量的增量.2021/5/982.动能定理(1).质点的动能定理:合力对质点所做的功等于动能的增量.(2).质点系的动能定理:质点系所受外力和内力做功的代数和等于系统动能的增量.(3).刚体定轴转动的动能定理:转轴合外力矩对刚体作的功等于刚体转动动能的增量.2021/5/99三.守恒定律1.角动量守恒定律:当质点系所受外力对某参考点的力矩的矢量和为零时,质点系对参考点的总角动量保持不变.2.机械能守恒定律:只有保守力做功时,系统的机械能保持不变.E=恒量2021/5/910三.相对论一.洛伦兹变换1）满足相对性原理和光速不变原理2）当质点速率远小于真空光速c

时，该变换应能使伽利略变换重新成立。1.满足条件：2.坐标变换:2021/5/911二、狭义相对论的时空观1.同时性的相对性2.长度收缩（运动的尺收缩）3.时间延缓

(运动的时钟变慢)2021/5/912三、动量能量质能关系1.动量：3.能量：静能:总能：4.能量和动量的关系2.动能：2021/5/913四.统计物理学基础一.统计方法的基本概念1.统计规律：特点：(1).大量事件的表现。(2).与单个粒子所遵循的规律有本质区别。(3).涨落现象。(4).与宏观状态有关。2.宏观量与微观量的联系：二.麦克斯韦分子速率分布2021/5/914vv2vp

v~v+dvf(vp)of(v)v11.麦克斯韦速率分布的物理意义：2.三种速率：vpvof(v)(1).最概然速率：(2).平均速率：(3).方均根速率：2021/5/915三.能量均分定理1.内容：在温度T的平衡态下，粒子的每一个可能的自由度都有相同的平均动能kT/2。2.内能：四.分子碰撞的统计规律1.平均碰撞频率：2.平均自由程：2021/5/916五.热力学基础一.热力学基本概念1.热力学系统：3.过程量：热量：内能：2.准静态过程：4.状态量：功：2021/5/9175.热容量：定压摩尔热容量：定容摩尔热容量：对于理想气体：二.热力学定律1.热力学第一定律：2021/5/918*3.热力学第二定律开尔文表述：克劳修斯表述：三.热机效率致冷系数1.循环过程：2.热机效率：3.致冷系数：卡诺定理：(1).工作在两个恒温热源之间卡诺热机的效率最高。(2).工作在两个恒温热源之间的所有卡诺热机的效率相等，只与温度有关，与工作物质无关。2021/5/919四.等值过程特点状态方程系统吸热外界做功内能改变等温dT=0pV=C0等容dV=00等压dP=0绝热02021/5/920一.

简谐振动的条件1.动力学条件:物体受到的合外力与它对平衡位置的位移成正比且反向，即:2.运动学条件:系统相对位置平衡的位移是时间的余弦或正弦函数，即:六.机械振动有:2021/5/9213.从功能角度来看,物体在简谐振动过程中只有弹性力作功,故系统的机诫能守恒.如选平衡位置处势能为零,选最大位移处动能为零,则二.简谐振动的运动方程2021/5/922

x表示谐振子的坐标,由于坐标原点选在弹簧原长,故用x表示谐振子的位移三.简谐振动运动方程中各项的物理意义1.2.A表示谐振子离开平衡位置的最大位移,叫振幅,4.

ω叫谐振子的圆频率mk=2w

5.

叫振动的频率,它表示在一秒钟内做完整振动的次数.

6.

T叫振动的周期,它表示振子做一次完整振动所需要的时间.f03.初位相2021/5/9237.,,T的关系四.谐振子的速度,加速度结论V超前x

/2a与x反相2021/5/924五.

谐振动的能量()()22222222222121cos2121sin2121kAmVEEtmAkxEtmAmVEmpkpk==++==+==fwwfww2021/5/925六.振动的合成同方向,同频率简谐振动的合成:其中:2021/5/926一波传播中的基本概念与基本物理量1.波线,波面(球面波,平面波),波前2.波速3.波的周期,频率与波长二

一维简谐波的波函数三波函数物理的意义1.振动方程与波函数之间的关系令x=x1将x1代入波函数后七.机械波2021/5/927此处’=2x1/是个定值.令-’=1这时波函数回到了振动方程2.将t=t1代入波函数上式表示波线上所有质点在t1时刻离开各自平衡位置的位移.2021/5/9283.正行波与逆行波当t2t1时,行波的方向沿轴正方向推移,则称正行波.其波函数为波函数中u用-u代入,得负行波波函数4.波速u与振动速度v的区别u由介质性质及受力状态决定的.2021/5/929四波的能量(1)波的能量与振动的能量不同.波动过程中能量不守恒.设某纵波的波函数为质元dx的振动动能及弹性势能均为在任意时刻质元的动能与势能相等,质元的机械能为2021/5/930(2)能量密度由上式看出,能量密度的分布也是随时间和地点发生变化,是个周期性的函数.(3)平均能量密度(4)能流((5)波的强度2021/5/931五波的干涉,驻波1.惠更斯原理2.波的叠加原理,此原理成立的条件是两种运动的独立性.3.产生相干波的条件:两个波源的振动频率相同,振动方向相同,振动的初相位为零或相位差是一个恒定值.4.波的干涉S1*S2*Pr2r1S1沿r1及s2沿r2的简谐波其波函数分别为2021/5/932s1与s2在P点的合振幅取决于他们的相位差当当振动减弱时k=0.1.2.振动加强时在

1=2k=0.1.2.振动减弱振动加强2021/5/9335.驻波(1)驻波的形成:驻波是由两列振幅相等,传播方向相反的相干波叠加而成的.(2)驻波的波函数表达式(3)驻波的波函数表达式的物理意义(4)驻波的特点两波腹或两波节之间的距离恒为

/2,相邻两波节之间的所有点具有相同的相位.波节两侧各/2之间的所有点具有相反的相位.(5)半波损失当波从波疏媒质入射到波密媒质时,反射波较入射波有半波损失.(即相位发生了的突变).2021/5/9342.光程L及光程差

(1)光程L的物理意义:在相同时间内,将光在介质中传播的几何路程折算到此光波在真空中的传播路程.(2)光程差(3)光程差与位相差的关系一.光的干涉1.光的相干性分波阵面法分振幅法四.波动光学2021/5/9353.光的干涉(1)光产生干涉现象的条件是两束光同频率,同方向振动,具有固定的相位差.(2)获得相干光的方法(分波振面法,分振幅法)分波振面法有杨氏双缝,菲涅尔双面镜,洛埃镜分振幅法有薄膜干涉(等倾干涉,等厚干涉)4.典型的干涉实例(1)杨氏双缝实验其特点干涉条纹是明暗相间且等宽,其宽度为注意,条纹间距是指两相邻明条纹或两相邻暗条纹中心位置之间的距离.2021/5/936132n(2)等倾干涉设n2n1(3)等厚干涉,为研究问题方便,常用垂直光照射2021/5/937(a)劈尖干涉的特点说明,明暗条纹等宽.此处是明纹还是暗纹由劈尖性质决定.(b)牛顿环干涉的特点相邻两条纹间对应劈尖的高度差为一恒量.说明条纹不均匀分布,靠近圆心处

r大.2021/5/938说明相邻两暗环(或明环)之间对应的膜的厚度差为一恒量.2021/5/939光的衍射现象是光具有波动性的又一特性.本节主要介绍了三种衍射,单缝衍射,圆孔衍射,光栅衍射.一.单缝夫琅合费衍射,用半波带法来讨论衍射的条纹分布位置.明纹暗纹(3)中央明纹对应于

=0,其半角宽度o,tgo=x1/fx1是第1