《大学物理复习》PPT课件.ppt

选择题、填空题12个, 计算大题6个,第9章:,理想气体状态方程、压强公式 分子动能、系统的内能 ； 麦克斯韦速率分布函数、三个速率公式的物理意义和应用； 平均自由程和碰撞频率。,热一律在等值过程和绝热过程的应用求循环效率,第10章:,-大题,第11章:,同方向同频率简谐运动的合成。,准确写出机械振动、机械波的波动表达式,-大题,应用电磁波的性质判断问题； 多普勒效应公式的应用。,能将驻波的表达式写成标准形式，并求相应物理量；,第12章:,卡诺循环的简单计算。,波程差、相位差的关系；,第13章：,杨氏双缝干涉的光程差、各级明纹中心位置的确定；,马吕斯定律； 布儒斯特定律。,单缝衍射,光栅（光栅方程、缺级条件）,-大题,-大题,劈尖干涉：用明暗纹条件求某级条纹处对应劈尖层的厚度；,第14章：,-大题,康普顿效应公式,光电效应：方程、红限、遏止电压、逸出功,氢原子光谱：根据能级公式求出巴尔末系中对应的谱线的波长；,-大题,薄膜干涉增透膜、增反膜的应用；,第9章,2.理想气体的内能,1. 理想气体状态方程,3. 麦克斯韦速率分布,表示速率在vv+dv区间的分子数占总分子数的百分比。,作业：气体动理论111,4. 平均自由程,压强,1：说出下列各式的含义。, 分子的平均平动动能。, 分子的总平均动能。, 1mol 理想气体的内能。, 质量为m的理想气体的内能。, 分子每一自由度均分到的平均能量 。, 质量为 m的理想气体，温度 改变 T 时内能的改变量。,2. 理想气体的压强公式 可理解为,(A) 是一个力学规律； (B) 是一个统计规律； (C) 仅是计算压强的公式； (D) 仅由实验得出, B ,3. 两种不同的气体, 一瓶是氦气, 另一瓶是氮气，它们的 压强相同, 温度相同, 但容积不同, 则 单位体积内的分子数相等； (B) 单位体积内气体的质量相等； (C) 单位体积内气体的内能相等； (D) 单位体积内气体分子的动能相等。,4. 某体积不变的容器中有理想气体, 若热力学温度提高为原来的两倍, 则气体的压强p和气体分子的平均动能k (A) p、k均提高一倍； (B) p提高三倍, k提高一倍； (C) p、 k均提高三倍； (D) p、 k均不变。,分子的平均动能和压强都提高为原来的两倍, A , A ,6.（作业5）两种不同的理想气体，若它们的最概然速率相 等，则它们的 （A） 平均速率相等，方均根速率相等; （B） 平均速率相等，方均根速率不相等; （C） 平均速率不相等，方均根速率相等; （D） 平均速率不相等，方均根速率不相等。, A ,7.所示曲线为处于同一温度T时氦（相对原子量4）、氖（相对原子量20）和氩（相对原子量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,氩,氦,8. 图中两条曲线分别表示在相同温度下氧气 氢气分子的速率分布曲线；令 和 分别表示氧 气和氢气的最概然速率，则 图a表示氧气分子的速率分布曲线， (B) 图a表示氧气分子的速率分布曲线； (C) 图b表示氧气分子的速率分布曲线； (D) 图b表示氧气分子的速率分布曲线。, B ,9. 在一定速率v附近麦克斯韦速率分布函数f (v)的物理意义是: 一定量的理想气体在给定温度下处于平衡态时的 (A) 速率为v时的分子数 (B) 分子数随速率v的变化 (C) 速率为v的分子数占总分子数的百分比 (D) 速率在v附近单位速率区间内的分子数占总分子数的百分比, D , B , A ,12. 一定量理想气体, 在体积不变的条件下，当温度升高时，分子的平均碰撞次数 和平均自由程 变化情况是： （A） 增大， 不变 （B） 不变 ， 增大 （C） 和 都增大 （D） 和 都不变,不变；,13.体积恒定时, 一定质量理想气体的温度升高, 其分子的 (A) 平均碰撞次数将增大 (B) 平均自由程将增大 (C) 平均碰撞次数将减小 (D) 平均自由程将减小, A ,14.一定质量的理想气体等压膨胀时, 气体分子的 平均自由程不变 (B) 平均碰撞频率不变 (C) 平均自由程变小 (D) 平均自由程变大, D , A ,T=常量,pV = C,0,0,0,p=常量,V=常量,Q = 0,第10章,正循环（热机）的效率,作业：热力学基础2、9、12、13、14、15 课本例题10.5、10.6,卡诺循环的效率,1. 卡诺循环的特点是 (A) 卡诺循环由两个等压过程和两个绝热过程组成 (B) 完成一次卡诺循环必须有高温和低温两个热源 (C) 卡诺循环的效率只与高温和低温热源的温度有关 (D) 完成一次卡诺循环系统对外界做的净功一定大于0, C ,2. 一定量气体作卡诺循环, 在一个循环中, 从热源吸热1000 J, 对外做功300 J 若冷凝器的温度为7C, 则热源的温度为 ,3. 两个恒温热源的温度分别为T和t , 如果Tt , 则在这两个热源之间进行的卡诺循环热机的效率为,4. 如图所示，如果卡诺热机的循环曲线所包围的面积从图中的 增大为 ，那么这两个循环所做的功和热机效率变化情况是 (A) 净功增大，效率提高 (B) 净功增大，效率降低 (C) 净功和效率都不变 (D) 净功增大，效率不变,(D),气缸内有36g 水蒸气，经abcda循环过程。其中ab、cd 为等体过程，bc 为等温过程，da 为等压过程。求： (1) d a 过程中水蒸气作的功; (2) ab 过程中水蒸气内能的增量; (3) bc过程中水蒸气作的功; (4) 循环效率。,解：,Wda= pa(VaVd),= 2 105 (25-50) 10-3,=5 103 J,(1) da: 水蒸气做的功,5.课本P38例10.5,(2) a b: 水蒸气内能的增量,(3) bc过程中水蒸气作的功,(4) 循环效率,净,净,净,净,解:,如图，1mol的理想气体经历下列四个准静态过程。 AB 是绝热压缩过程，BC 是等体升压过程， CD 是绝热膨胀过程，DA 是等体减压过程。求此循环效率。,B C 等体升压吸热,D A 等体降压放热,CD 和AB 是绝热过程有,6. 课本P.39例10.6,取绝对值,两式相减得,气缸内有一定量的循环氧气，其中ab 为等温过程，bc为等体过程，ca为绝热过程。已知 a 点的状态参量为 pa、Va、Ta，b 点的体积Vb = 3Va，求该循环效率。,解：a b 等温膨胀吸热：,b c 等体放热：,7. 作业15题（12级A）,ca 绝热过程,6. 作业12题（12级B）,a b 等压过程：,8.作业13题,b c 等体过程：,c a 等温过程：,第11章 振 动,动力学特征,运动学特征,2、简谐运动表达式,物体振动时离开平衡位置的位移x 按余弦函数的规律随时间变化。,1、简谐运动的特征,速度,加速度,3、 描写振动的基本特征量,a. 圆频率、频率和周期,-由系统本身决定。,旋转矢量法,b. 振幅和初相位的求法,4.简谐 运动的合成,同方向同频率：,合振幅,初相位,同频率简谐振动,加强,减弱,作业：振动6、9、10、11,1.平面简谐波的波动表达式,设O点处质点的振动表达式为,则沿 x 轴传播的平面简谐波的波动表达式,负号表示波动沿 x 轴正方向传播； 正号表示沿 x 轴负方向传播。,第12章 波 动,波程差与相位差的关系,2. 驻波,两列振幅相同、相向传播的相干波叠加而成的一种介质的特殊、稳定的振动状态。,驻波方程,（初相为零）,驻波振幅,波节,波腹,相邻两波节 ( 或波腹) 之间的距离,(2) E、H作同周期同相位变化,3.电磁波,沿 x 轴正方向传播的平面简谐电磁波的波动方程, 平面电磁波的一般性质,(1) 电磁波是横波。E、H 与波的 传播方向 u 构成右手螺旋关系如图。,(3) 和 数值成比例：,(4) 电磁波传播速度,4. 机械波的多普勒效应,波源和观察者相向运动时：v0取正，vs取正；,波源和观察者相背运动时：v0取负，vs取负。,课本例题12.112.4、12.7、12.10、12.11 作业：2、4、715、17（1）（2）,1. 作业第4题,频率为500Hz的波，其波速为350 m/s，相位差为 的两点间距离为,2. 例题12.2图中为t = 0 时刻沿x轴负方向传播的平面简谐波的波形曲线，求： (1) 波长、周期、频率； (2) a、b 两点的运动方向； (3) 该波的波动表达式 ； (4) P 点的振动表达式。,解: (1) 由图可知, = 0.4m,(2) 因波沿 x 负方向传播，由图可知：,a 点向上运动，b 点向下运动。,(3) 设O点的振动表达式为,由图可知，t = 0 时，x = 0 处的 质点过平衡位置,已知 A = 0.04 m,向 y 轴正方向运动，,由旋转矢量图可得,O点的振动表达式为,(4),该波的波动表达式为,将P 点的坐标 x = 3/4 = 0.3 m 代入波动表达式可得,P 点的振动表达式为,解：设O 点的振动表达式为,且有v 0。,则,3. 例题12.3已知沿 x 轴正向传播的平面波在 t = 1/3 s 时波形如图，且周期 T = 2s。求 O 点处质点的振动表达式和该波的波动表达式。,已知,t =1/3s,x/cm,-5,10,y/cm,O,20,u,O 点处质点的振动表达式为,所求波动表达式,由图可知：,则波速,4. 例题12.4 有一波长为 2m 的平面简谐波沿 x 轴负方向传播，图为 x = 1m 处质点的振动曲线。求此平面简谐波的波动表达式。,解 设 x = 1m 处质点的振动表达式为,由振动曲线可知,由旋转矢量可得,x = 1m 处质点的振动表达式,且 t = 0 时，该质点 y0 = 0，v0 0。,x = 1m 处的质点的振动曲线,u,波速,根据 x = 1m 处质点的振动表达式，可直接写出该波的波动表达式,5.如图(a)为t=0时的波形曲线, 经0.5s (T)后波形变为(b) 求（1）波动表达式 （2）P点的振动表达式,解: (1) O处的振动表式为,由图知 A=0.1 =4m,(2) P点的振动表达式,或,由旋转矢量得,6. 一弦上的驻波表达式为,形成该驻波的两个反向传播的行波的波长为_， 频率为_,45 Hz,(SI),(D),2 m,8. 在真空中沿着x 轴正方向传播的平面电磁波，其 电场强度波的波动方程是 ， 则磁场强度波的波函数是：, ,D,真空中：,9.作业10,在真空中,磁场强度与电场强度相位相同，所以 O 点处磁场波的表达式,因平面简谐电磁波在 O 点处的振动表式为,磁场强度的方向如图：,沿 y 轴负方向。,10. 在真空中沿着z轴正方向传播的平面电磁波 的磁场强度波的表达式为 (SI)， 则它的电场强度波的表达式为_(SI) （真空介电常量 0 = 8.8510-12 F/m，真空磁导率 0 =410-7 H/m）,一警车以25m/s的速度在静止的空气中行驶，假设车上警笛的频率为800Hz.求：（1）静止站在路边的人听到警车驶近和离去时的警笛声波频率；（2）如果警车追赶一辆速度为15m/s的客车，则客车上人听到的警笛声波 频率是多少？（空气中声速为u =330m/s）,11.课本例12.10,解：,（1）已知,当警车驶近观察者时，观察者听到的警笛频率为,当警车远离观察者时，观察者听到的警笛频率为,一警车以25m/s的速度在静止的空气中行驶，假设车上警笛的频率为800Hz.求：（2）如果警车追赶一辆速度为15m/s的客车，则客车上人听到的警笛声波频率是多少？（空气中声速为u =330m/s）,观察者远离波源运动时v0 取负。,波源向着观察者运动时vs 取正；,12.一辆汽车以25 m/s的速度远离一辆静止的正在鸣笛的机车机车汽笛的频率为600 Hz，汽车中的乘客听到机车鸣笛声音的频率是（已知空气中的声速为330 m/s） (A) 558 Hz； (B) 554.5 Hz； (C) 645.5 Hz； (D) 649 Hz。,(B),一、干涉应注意的几个基本概念,4. 在涉及到反射光线时，必须考虑有无半波损失。,5. 透镜不引起附加光程差。,干涉中产生的明暗条纹分布是光能量重新分配的结果。,3. 相邻干涉明纹(暗纹)所对应的光程差为一个波长。,2. 引起干涉条纹变化和移动的最本质原因是光程 差的改变。,光的干涉,6. 两相干光束干涉明暗条纹的条件,相位差表示干涉条件,光程差表示干涉条件,二、干涉的几个实验,明、暗条纹的位置,暗纹中心,明纹中心,两相邻明(或暗)条纹间距,（一）杨氏双缝干涉,加强,减弱,（二）薄膜干涉,1. d 不变i 变 等倾干涉,透射光的光程差,当薄膜处在同一种介质中（垂直入射）时：,反射光的光程差,2、 i 不变d 变劈尖干涉,当薄膜处在同一种介质中（垂直入射）时：, 干涉条纹为平行于劈尖棱边的等间距的直条纹。, 相邻明纹(或暗纹)对应劈尖的厚度差, 任意相邻明纹(或暗纹)的 间距l 满足,课本例题13.413.9；作业除了1、5、6、15的全部,在双缝干涉实验中，用单色光垂直入射相距0.3mm的双缝，双缝与屏幕的距离为1.2m. （1）从第一级明纹到同侧第六级明纹间的距离为 11.7mm，求此单色光的波长；（2）中央明纹中心距第三条暗纹中心的距离是多少？,1.课本P.147 例13.4,由明纹中心位置,得,(2),或用两相邻明纹中心间距求,2. 在双缝干涉实验中，为使屏上的干涉条纹间距变大，可以采取的办法是 (A) 使屏靠近双缝； (B) 使两缝的间距变小； (C) 把两个缝的宽度稍微调窄； (D) 改用波长较小的单色光源。,(B),(B),在杨氏双缝干涉实验中，用折射率为1.58，厚度为d的薄云母片覆盖缝S1，若入射光的波长为580nm. （1）问屏幕上原来的零级明条纹将如何移动？ （2） 若观察到零级明条纹移至原来的第6级明条纹处， 介质厚度d为多少？,解（1）原来零级明条纹位于 O 点，,零级明条纹上移,覆盖介质后从S1 和S2 到观测点P 对应的光程差为,零级条纹,即,（2） 原来k 级明条纹的光程差满足,解得,4. 课本P.150 例13.5,5. 波长为600nm的单色光垂直入射到置于空气中的平行薄膜上，已知膜的折射率n=1.54，则反射光最强时膜的最小厚度为,6. 用波长500 nm的平行光垂直照射折射率1.33的劈形膜，观察反射光的等厚干涉条纹从劈形膜的棱算起，第5条明纹中心对应的膜厚度是多少？,解：,第五条明纹，k5，,8.4610-4 mm,7. 课本P.157 例13.8,将相同材质的两块平板玻璃一端接触形成一个劈尖， 放入折射率为1.32的液体中。用波长为660nm的单色光垂直照射在劈尖上，测得两相邻明纹之间的距离是l = 0.25cm ，则劈尖的顶角 为多少？若将劈尖放入另一种折射率为1.47的液体中，则两相邻明纹间的距离变化了多少？,解：,劈尖的顶角为,对于折射率为1.47的液体，两相邻明条纹之间的距离为,相邻明条纹之间的间距缩小，即,制造半导体元件时，常需要精确测定硅片上的二氧化硅（SiO2）薄膜厚度.通常可把二氧化硅薄膜的一部分腐蚀掉，加工成劈尖状，利用等厚干涉条纹测出其厚度.已知SiO2 的折射率n2 =1.46，Si的折射率n3 = 3.42.以波长为632.8nm的氦氖激光垂直照射， 在反射光中观察到在腐蚀区域 内共展现10条暗纹，且在端点 的M 处对应一条暗纹.求SiO2 薄膜的厚度为多少？,8.课本P.157 例13.9,反射光的光程差,？,思路：,解法1：利用暗纹条件求解 。由于n1 n2 n3，在 SiO2薄膜上、下表面，两束反射光的光程差为,( k = 0,1,2 ),可知第10条暗纹对应于k = ，,由暗纹条件,9,由上式得SiO2薄膜的厚度,解法2：利用相邻条纹所对应的厚度之差求解。,练习：干涉作业,2,取 k = 1 得,3,遮盖一缝后，两束光在 Q 点的光程差,该光程差满足半波长的奇数倍，原来明纹处变为暗纹。,1 （C）,遮盖前两束光在 Q 点的光程差,明纹,（B）,（B）,干涉部分作业,因光从镜面反射时有半波损失， 所以从 S1、S2 发出的光干涉加强时，从 S1、S2发出的光干涉减弱，P 点为暗纹。,P,（B）,M,分析：将 S2 盖住后，镜面反射光 相当从位于S2的虚光源 S2发出的。,E,4,5,所以 ，l ；, 增大，膜变厚，,（A）,条纹向棱边移动。,7,8 因 n1 n2 n3，所以劈尖上下表面两束反射光的光程差,第 2 级明纹对应膜厚度由,9,明纹位置,第2 级彩色光谱的宽度,由 可知，中央明纹中心到 第五条暗纹中心的距离为,10 解法1：,暗纹位置,解法2：,得两条第10 级明纹中心的间距,11 (1),(2) 设覆盖玻璃片后，原来零级明纹处变为第k 级明纹，该处两束光的光程差,12,解得,可见光内干涉加强的光波是,解法2：应用透射光的光程差满足干涉减弱条件,玻璃片上下表面两束反射光的光程差,满足反射光加强,13 用波长500nm的单色光垂直照射在由两块玻璃板(一端刚好接触成为劈棱)构成的空气劈形膜上, 劈尖角 如果劈形膜内充满折射率为n1.40的液体求从劈棱数起第四个明条纹在充入液体前后对应的膜的厚度差和条纹移动的距离。,解：设第四个明纹处膜厚为d，则有,条纹移动的距离与厚度差的关系,即,厚度差为,(1)空气劈尖的相邻暗纹对应劈尖的厚度差为 ,14解：,棱边为暗纹，则第四条暗纹中心对应的膜得厚度为,(2)算出A处的光程差即可判断明暗纹,所以A处为明纹。,对应于,在A处的光程差,当光线垂直入射时, P处衍射条纹的明暗取决于单缝边缘两光线的光程差,(1)明暗纹条件,1.单缝夫琅禾费衍射,中央明纹中心,暗纹中心,明纹中心,光的衍射,(2) 明条纹的宽度,中央明纹的宽度是其它各级明纹宽度的两倍。,中央明纹的宽度,（半角宽度）,其它明纹的宽度,3.光栅衍射,(1)光栅常量,(2)光栅衍射是单缝衍射与多缝干涉的综合效应,(3)光栅方程（光线垂直入射时）,(4) 缺级现象,当衍射角 同时满足,练习：衍射作业,16,17,中央明纹的线宽度,所以,（B）,（C）,衍射部分,18,（B）,19,20,（D）,(1) 第1 级暗纹位置,(2) 第2 级明纹位置,21,由单缝衍射明纹条件,两条纹重合条件 1 = 2 ，所以,由单缝衍射暗纹条件,上式成立的最小 k 值为 k1=3，k2=2,22 解：光栅常量,由光栅方程 得,当k = 2时，,实际观察不到第二级谱线。,23 解：(1),(2) 已知第三级缺级，由缺级公式,取 k=1可得最小缝宽,k = 0, 1, 2, 4, 5, 7, 8 共 13 条明纹。,(3) 先不考虑缺级，由光栅方程可知，取 sin =1，可得能看到的最大级数为,考虑缺级，在-90 sin 90 范围内可观察到全部级数为,24 解：,（1）单缝衍射,（2）光栅衍射,共有 五个主级大,光的偏振,光强为I1的线偏振光，透过检偏器后的光强为,二、马吕斯定律,一、自然光与线偏振光,自然光 各方向光振动分布对称、振幅相同的光。,线偏振光 光矢量始终沿一个固定方向振动。,自然光透过起偏器后，出射光强为入射光强的一半。,I0,I2=？, 为P1的偏振化方向（或入射到P2的线偏振光振动方向）与P2偏振化方向的夹角。,三、布儒斯特定律,实验表明:反射光的偏振化程度和入射角有关。,当入射角 等于某一特定值 且满足,反射光为完全偏振光，且振动面垂直入射面，折射光为部分偏振光。,1. 2012（A卷）一束光强为 I0 的自然光，相继通过三个偏振片P1、P2、P3 后，出射光的光强为 ， 已知P1 和 P3 的偏振化方向相互垂直， 若以入射光线为轴，旋转P2 ，要是出射光的光强为零， P2至少要转的角度是,（B）,2.一束光垂直入射在偏振片P上，以入射光线为轴转动P，观察通过P 的光强的变化过程。 若入射光是_光，则将看到光强不变； 若入射光是_，则将看到明暗交替变化，有时出现全暗； 若入射光是_，则将看到明暗交替变化，但不出现全暗。,自然光、线偏振光、部分偏振光,3 如图所示，一束自然光入射到折射率分别为n1和n2的两种介质的交界面上，发生反射和折射已知反射光是完全偏振光，那么折射角r的值为_。,p / 2arctan(n2 / n1),4 . 2012（A卷）一束平行的自然光，以60入射到空气与玻璃的交界面时，若反射光是线偏振光，则折射光的折射角是，玻璃的折射率为_。,2. 光的波-粒二象性,1. 光电效应的爱因斯坦方程,第14章,红限频率（截止频率）,3.康普顿效应,能量守恒,动量守恒,波长偏移量,康普顿波长,4. 玻尔氢原子模型,课本例题14.314.5；作业：69,基态能,(电离能),已知铯的逸出功是1.9eV，今用波长为583.9 nm的钠黄光照射铯表面，求（1）光电子的最大动能； （2） 遏止电势差；（3）铯的红限波长。,(2) 遏止电势差,1. 课本P.205例14.3,解 (1) 根据光电效应方程,(3) 红限波长,解：根据光电效应方程,2. 作业7 光电管的阴极用逸出功为2.2 eV的金属制成， 今用单色光照射此光电管，阴极发射出了电子， 测得遏止电势差为5.0V，试求：(1) 光电管阴极金属的红限波长；(2) 入射光波长。,则红限波长