物理竞赛全套PPT课件

-,1运动学3,2动量与动量守恒68,3机械能与机械能守恒104,4角动量守恒与刚体定轴转动154,5相对论218,6真空中的静电场287,7静电场中的电介质368,8恒定电场407,10磁场对电流的作用431,-,11磁场与介质的相互作用470,12电磁感应490,13电磁场的基本方程529,14气体分子热运动的统计规律542,15热力学第一定律596,16热力学第二定律634,18波动666,19光的干涉751,20光的衍射809,22量子力学的实验基础868,23量子力学初步947,24原子结构的量子理论990,-,运动学,-,本章内容,-,第一节质点运动的描述,-,坐标系,参考系（地面）,高空飞机,（视为质点）,-,矢量知识,-,矢量表示式,-,矢量加法,-,矢量乘法,-,叉乘,-,位置矢量,-,运动学方程,z,X,Y,O,-,位移,-,平均速度,-,瞬时速度,r,P,-,平均加速度,-,瞬时加速度,P,r,t,z,X,1,1,1,O,-,自然坐标系,-,速度加速度,-,切向加速度,-,法向加速度,-,物理量小结,运动状态,运动状态的变化,-,随堂练习一,-,随堂练习二,-,（备选例一）,-,（备选例二）,-,随堂小议,-,（链接1）,-,（链接2）,-,（链接3）,-,（链接4）,-,第二节两类问题,-,随堂练习一,已知质点位置是时间的隐函数，求速度的简例,-,随堂练习二,-,（备选例一）,-,（备选例二）,-,（备选例三）,-,（备选例四）,-,（续选例四）,-,（备选例五）,0,-,第三节圆周、刚体运动,t,约定：反时针为正,一质点A作圆周运动,-,角坐标、角位移,-,角速度,-,角加速度,O,表示角速度瞬时变化的快慢,-,一般方法,求解圆周运动问题的一般方法,-,角线量关系,线量,角量,的关系,与,relationbetweenangularandlinearmeasures,-,证明题,定性理解：,-,续证明,-,角线关系简例,O,q,R,已知,-,刚体及其平动,形状固定的质点系（含无数,刚体,质点、不形变、理想体。）,rigidbody,translation,-,刚体定轴转动,-,定轴转动参量,w,-,续参量,-,随堂练习,-,第四节,-,相对运动,一、相对运动,-,运动的合成,-,位矢的合成,对空间任一点P,-,速度的合成,-,加速度的合成,-,伽利略变换,-,坐标变换,-,加速度变换,-,相对性原理,-,随堂练习,应用时必须注意这是矢量关系式,并画出相应的矢量图。,-,续练习,7.37,-,第二章标题,-,本章目录,-,第一节,-,质量、动量,动量是矢量，动量在经典和近代物理中都是一个重要而基本的物理概念。为什么用这样一个矢量来作为物质运动的一种量度，可通过下述的一个普遍规律作初步理解：,-,动量概念理解,即质量与速度增量的乘积总是大小相等方向相反。,-,第二节,-,质点动量定理,-,平均冲力,0,t,冲击过程与平均冲力,-,质点系,-,质点系动量定理,-,动量守恒定律,-,定律说明,几点说明,-,应用内容提要,-,逆风行舟予备简例,-,逆风行舟动量分析,-,加速飞行中的火箭,宇航火箭在某航程中可忽略外力作用。,假设,-,火箭速度微分式,-,多级火箭与质量比,-,随堂练习一,-,随堂练习二,已知,全静开始，,走！,-,续练习二,-,随堂练习三,已知,-,随堂小议,-,选项1链接答案,-,选项2链接答案,-,第三节牛顿运动定律,-,应用：,-,动力学两类问题,-,随堂练习一,-,续练习一,匀角速椭圆运动,-,随堂练习二,-,随堂练习三,-,随堂练习四,-,随堂小议,-,选项1链接答案,-,选项2链接答案,-,本章题头,-,内容提要,-,第一节,-,质点系动能定理,下面作一简要证明,-,证明,证明,-,随堂练习一,-,练习二,阿特伍德机,轻滑轮,细绳,从静态释放,-,练习三,已知,-,第二节,-,保守力的功：,-,重力的功,-,引力的功,q,m,-,续引力功,-,弹力的功,-,保守力功小结,-,势能概念,-,势能性质,-,势能曲线,-,力势关系,势能是标量，保守力是矢量。两者之间是否存在某种普遍的空间关系？,-,普遍关系,-,随堂小议,-,选项1链接答案,-,选项2链接答案,-,选项3链接答案,-,选项4链接答案,-,第三节机械能,-,守恒条件与结果,此结果既是大量观测的总结和归纳，还可从动能定理和势能概念推演出来：,-,守恒定律推演,-,续推演,-,随堂练习一：,-,第二宇宙速度,用机械能守恒定律求第二宇宙速度,-,练习二,-,续练习二,-,第三宇宙速度,-,经典黑洞,-,黑洞新证据,-,和平号有控坠落,-,续和平号,-,第四节碰撞,特点：两个或多个物体相互作用且作用时间极短。,-,碰撞系统的动量,-,完全弹性碰撞,-,续全弹碰,-,全弹碰速度公式,-,公式讨论,-,完全非弹性碰撞,-,随堂练习一,三、随堂练习,-,随堂练习二,-,续练习二,-,附一：非弹碰,-,附二：恢复系数,-,本章题头,-,内容提要,-,第一节,速度,位矢,质量,-,问题的提出,-,质点角动量定理,质点的角动量定理,-,微分形式,称为质点的角动量定理的微分形式,如果各分力与O点共面，力矩只含正、反两种方向。可设顺时针为正向，用代数法求合力矩。,-,积分形式,这就是质点的角动量定理的积分形式,-,归纳,-,质点角动量守恒,质点的角动量守恒定律,若质点所受的合外力的方向始终通过参考点，其角动量守恒。如行星绕太阳运动，以及微观粒子中与此类似的运动模型，服从角动量守恒定律。,-,开普勒第二定律,行星与太阳的连线在相同时间内扫过相等的面积,-,定律证明,-,质点系角动量,质点系的角动量,质点系的角动量,-,质点系角动量定理,-,微、积分形式,若各质点的速度或所受外力与参考点共面，则其角动量或力矩只含正反两种方向，可设顺时针为正向，用代数和代替矢量和。,-,质点系角动量守恒,-,随堂小议,结束选择,（1）,（2）,（3）,（4）,两人同时到达；,用力上爬者先到；,握绳不动者先到；,以上结果都不对。,（请点击你要选择的项目）,两人质量相等,O,一人握绳不动,一人用力上爬,可能出现的情况是,终点线,终点线,滑轮质量,既忽略,轮绳摩擦,又忽略,-,小议链接1,结束选择,（1）,（2）,（3）,（4）,两人同时到达；,用力上爬者先到；,握绳不动者先到；,以上结果都不对。,-,小议链接2,结束选择,（1）,（2）,（3）,（4）,两人同时到达；,用力上爬者先到；,握绳不动者先到；,以上结果都不对。,-,小议链接3,结束选择,（1）,（2）,（3）,（4）,两人同时到达；,用力上爬者先到；,握绳不动者先到；,以上结果都不对。,-,小议链接4,结束选择,（1）,（2）,（3）,（4）,两人同时到达；,用力上爬者先到；,握绳不动者先到；,以上结果都不对。,-,小议分析,-,第二节,刚体运动的分类,刚体：形状固定的质点系（含无数质点、不形变、理想固体。）,-,定轴转动参量,-,转动方程求导例题,-,积分求转动方程,-,线量与角量的关系,-,公式对比,-,刚体转动定律引言,若刚体作定轴转动，服从怎样的运动定律？,-,合外力矩,叉乘右螺旋,一、外力矩与合外力矩,方向,-,转动定律,二、刚体的转动定律,-,转动惯量,-,转动惯量的计算,二、转动惯量及其计算,-,分立质点的算例,转动惯量的计算举例,-,直棒算例,-,圆盘算例,-,球体算例,-,常用结果,-,其它典型,-,转动定律例题一,-,转动定律例题二,（以后各例同）,-,转动定律例题三,-,转动定律例题四,-,转动定律例题五,-,第三节,-,力矩的功,-,力矩的功算例,-,刚体的动能定理,-,动能定理例题一,-,动能定理例题二,-,动能定理例题三,-,含平动的转动问题,-,第四节,定轴转动刚体的角动量,定轴转动刚体的角动量是无数质点对公共转轴的角动量的叠加,-,刚体的角动量定理,-,刚体系统的角动量定理,-,主要公式归纳,-,刚体的角动量守恒定律,-,回转仪定向原理,-,角动量守恒的另一类现象,-,花样滑冰中常见的例子,花样滑冰,-,共轴系统的角动量守恒,-,直升飞机防旋措施,-,守恒例题一,-,守恒例题二,-,守恒例题三,-,相对论,-,本章内容,-,引言,-,狭义相对论,-,历史背景,-,谁是谁非,-,两种哲学观念,-,双星观测,宇宙中存在大量这种物理双星，有些甚至肉眼也能分辨。精密的天文观测表明，双星的像是很清晰的两个光点，没有发现亮弧现象。而且两种方法测周期的结果一样。这只能用光速与光源运动状态无关的观点，才能得到圆满的解释。,-,迈-莫实验,-,续上,相对速率,寻找“以太”失败实例,-,第一节两个基本假设,-,洛仑兹变换序,-,约定惯性系,-,变换式推导,-,洛沦兹变换式,-,例题,-,第二节,一、同时的相对性,-,两事件的变换,-,典型分析,-,例一,-,例二,-,例三,-,收缩例一,-,收缩例二,-,长度收缩效应,-,收缩公式推导,-,收缩例三,-,收缩例四,-,收缩例五,-,固有时间,-,时间膨胀效应,-,续上,-,双生子佯谬,-,膨胀例一,-,膨胀例二,-,速度变换,速度变换,-,速度例一,速度例一,-,速度例二,-,随堂小议,-,小议链接1,-,小议链接2,-,牛顿力学的困难,第三节,-,质速关系式,-,质速关系推导,-,续上,-,相对论动力方程,-,质速例一,-,质速例二,-,动能公式推导,-,另法推导备选,-,质能关系式,-,质能例一,-,质能例二,-,质能例三,-,质能例四,-,能量动量关系式,-,能量动量例题,-,基本公式归纳,-,广义相对论简介,-,引言,-,等效原理,-,续上,-,时空弯曲,-,光的引力偏移,-,无线电波偏移,无线电波也可看成是能量较低（质量较小）的光子。采用射电天文望远镜，接收处于太阳后方的射电天体发射的无线电波或宇宙飞船发射的无线电信号，也能测出太阳引力对无线电波所产生的偏移效应。近年来，采用射电天文学的定位技术测得的偏移角度为1.7610.016,与广义相对论的预言很符合。,-,谱线引力红移,-,水星近日进动,-,黑洞,-,黑洞新证据,-,真空中的静电场,-,本章内容,-,第一节,一、电荷,-,电荷守恒定律,该定律的要点：,电荷守恒定律对宏观过程和微观过程均适用。,-,真空库仑定律,二、真空中的库仑定律,-,续库仑定律,-,第二节,-,电场强度,二、电场强度,-,随堂小议,-,小议链接1,-,小议链接2,-,点电荷的场强,-,点电荷系场强,场强叠加原理及其应用,一、分立点电荷系的场强,-,电偶极子场强,电偶极子的场强,-,带电体的场强,二、连续分布电荷的场强,-,带电直线场强,均匀带电直线的场强,-,续16,-,续17,-,带电平面场强,无限大均匀带电平面的场强,s,带电线元场强的积分,带电平面的场强,-,续19,-,两个常用公式,注意前述两个推导结果,-,带电圆环场强,均匀带电圆环轴上点的场强,-,续22,-,带电圆盘场强,均匀带电薄圆盘轴上点的场强,-,带电球面场强,均匀带电球面的场强,-,续25,Q,-,电场线,-,电通量,-,续28,-,凡例,-,特例引入下节,-,高斯定理,高斯定理将给出更普遍的表述,三、高斯定理,-,续32,三、高斯定理,-,续33,续28,-,随堂小议,-,小议链接1,-,小议链接2,-,应用：直线,四、应用高斯定理求场强,-,应用：平面,本题,-,34推广,-,应用：球面,-,续41,-,应用：球体,-,比较结果,-,静电保守力,q,c,r,试验电荷,-,续45,L,-,点电荷系,-,续47,L,在点电荷系的电场中，,试验电荷沿任意闭合路线,绕行一周，合电场力所做,的功为零。,连续带电体的,静电场也有相同的性质。,-,保守力小结,由于沿任一闭合回路做功为零的力称为保守力，,故,-,环路定理,二、静电场的环路定理,故,-,电势能,三、电势能,-,续51,-,点电荷例,-,电势,-,电势差,二、电势差,-,叠加原理,电势叠加原理,-,续56,-,简例,-,随堂小议,-,小议链接1,-,小议链接2,-,小议链接3,-,小议链接4,-,电势计算法,电势的两种常用计算方法,-,带电环双例,-,带电薄圆盘,-,带电薄球壳,-,带电平行线,-,带电平行板,-,同轴带电柱,-,同轴带电环,用电势定义法求一对均匀带等量异号电荷等半径共轴圆环圆心间的电势差,-,等势面,等势面,-,点电荷势场,-,电偶极势场,-,电容器势场,-,电导块势场,-,综合势场图,-,场势微分式,场强与电势的微分关系,-,续78,-,电势梯度,-,由V求E例题,-,导体与电介质,-,本章内容,-,导体静电感应,一、导体的静电平衡,导体内有大量自由电子。,-,导体静电平衡,导体内有大量自由电子。,一、导体的静电平衡,-,静电平衡条件,导体达到静电平衡的条件是,-,实心导体,二、静电平衡时导体上的电荷分布,-,空腔无荷导体,-,空腔有荷导体,Q,-,静电屏蔽,-,平衡导体近场,四、静电平衡状态下导体表面附进的场强,不论自身是否带电,不论外部电荷的电场如何复杂,一旦静电平衡,某导体,-,近场公式证明,证明,-,凡例,-,电容,一、孤立导体的电容,-,孤立导体电容,-,电容器电容,二、电容器的电容,-,平行板电容器,-,圆柱形电容器,-,电介质,-,位移极化,二、电介质的极化,-,转向极化,-,附加场强,三、极化后电介质内的场强,-,相对电容率,四、电介质对电容器电容的影响,-,束缚电荷密度,-,例题,-,电介质的击穿,五、电介质的击穿,-,介质高斯定理,-,电位移矢量D,-,介质高斯例一,-,介质高斯例二,-,介质环路定理,电介质中的静电场环路定理,-,电场能量,电容器充电过程,-,电场能量密度,-,推广,-,电场能量例题,-,随堂小议,-,小议链接1,-,小议链接2,-,小议链接3,-,小议链接4,-,恒定电场,-,本章内容,-,引言,习惯上用正电荷从高电势向低电势移动的方向定为电流的流向,-,第一节电流密度,-,例题,-,微分式欧姆定律,微分形式的欧姆定律,-,定律浅释,-,续6,-,第二节恒定电流,一、电流的连续性方程,-,恒定电流,二、恒定电流,-,恒定电场,三、恒定电场,-,性质比较,-,随堂练习,-,例,已知,求,-,电动势,四、电动势,1、只靠静电力不能维持恒定电流,独立的带电电容器,只在静电力作用下通过外路放电,放电电流不能维持恒定,-,非静电力,2、要有外来非静电力才能维持恒定电流,-,电源的电动势,描述电源中非静电力做功的本领（反映电源将其它形式的能转变成电能的本领）。,-,续15,-,续16,-,随堂小议,-,小议链接1,-,链接2,-,链接3,-,链接4,-,磁场对电流的作用,-,本章内容,-,第一节,-,安培定律,磁场对电流元的作用,-,例一,-,例二,-,载流导线间的作用,载流导线间的相互作用,-,续5（动）,载流导线间的相互作用,-,续6（动）,载流导线间的相互作用,-,两无限长直电流作用,-,第二节,-,磁场对载流线圈作用,磁场对载流线圈的作用,-,续9,-,稳定、非稳定平衡,-,例三,-,磁力的功,磁力的功,-,磁力矩的功,-,第三节,-,洛仑兹力,-,电场中的载流子,-,霍耳效应,霍耳效应,-,续17,-,霍耳效应测磁场,利用霍耳效应测恒定磁场,-,测载流子密度,-,周期,半径与周期,-,质谱仪,B,质谱仪原理,-,偏转,运动带电粒子在磁场中的偏转,v,偏转,B,-,螺线,B,-,续24,v,B,q,B,q,v,带电粒子在磁场中的螺旋运动,-,螺距,v,B,q,R,q,m,-,例四,B,q,l,L,Y,X,2,y,?,-,磁约束,磁约束(磁镜效应),磁约束,F,-,磁流体发电,磁流体发电原理,-,AMS磁谱仪,-,续32,同上,同上,-,续33,同上,-,第四节,-,电磁合力,合力(矢量式),-,速度选择器,速度选择器,-,磁场与介质相互作用,-,本章内容,-,第一节,-,介质的磁化、磁导率,介质的磁化及相对磁导率,-,磁介质的分类,磁介质的分类及举例,-,顺磁质磁化微观机制,无外场,磁矩随机取向,相互抵消.,顺磁质的磁化微观机制,-,抗磁质磁化微观机制,抗磁质的磁化微观机制,抗磁质的电子磁矩矢量和近乎零.,(顺磁质亦有此效应,其影响相对较小).,-,磁化电流,表面形成磁化电流,磁化电流与磁化电流密度,内部分子电流抵消,-,第二节,-,磁介质安培环路定理,磁介质中的安培环路定理,-,续7,磁介质中的安培环路定理(续),-,例题,例题,两长直载流同轴薄导体圆筒,筒间填满两层磁介质,-,磁介质中的高斯定理,磁介质中的高斯定理,-,第三节,-,铁磁质的磁滞现象,铁磁质磁化的磁滞现象动画示意,饱和,剩磁,矫顽力,-,磁滞回线,磁滞回线,-,常见的铁磁材料,三类常见的铁磁材料及其磁滞回线形态,-,铁磁质磁化微观机制,铁磁质的磁化微观机制,-,续14,铁磁质的磁化微观机制（续）,磁滞现象及剩磁,是因磁化时磁畴相互摩擦发热,使过程不可逆.,-,铁磁质的居里点,铁磁质的居里点,-,电磁感应,-,本章内容,-,第一节,-,电磁感应现象,不论采用什么方法,只要使通过导体回路所包围面积的磁通量发生变化,则回路中便有电流产生.这种现象称为电磁感应,这种电流称为感应电流.,1831年法拉第发现,电磁感应现象,-,楞次定律,电磁感应的基本定律,导体环,常识:,-,续3,常识:,导体环,-,法拉第电磁感应定律,常识:,常规:,-,感应电流与感应电量,-,例1,-,思考,思考,-,例2,-,例3,-,从现象到原因,对电磁感应现象的进一步分析和理解:,-,第二节,-,动生电动势,动生电动势,此式的含义:,-,洛仑兹力解释,-,例4,-,例5,w,L,-,例6,-,例7,思考:,怎样用,解下面两种情况:,-,感生电动势,感生电动势,感生电场,-,感生电场,-,例8,-,例9,-,例10,提示:,-,例11,-,第三节,-,自感自感电动势,I,自感自感电动势,增大,-,例12,-,例13,-,互感,互感互感电动势,-,互感电动势,-,例14,-,例15,-,例16,-,第四节,-,磁场能量,磁场能量,-,续32,-,例17,求同轴电缆单位长度的磁能,-,电磁场的基本方程,-,本章内容,-,第一节,-,引言,-,位移电流,位移电流,-,全电流,全电流,-,全电流安培环路定理,全电流安培环路定理,-,例题,-,第二节,-,麦氏方程组积分形式,麦克斯韦方程组的积分形式,含四大方程,-,对方程组的解释,推广后的,-,方程组再现,-,历史意义,经典电磁场理论的基石,-,气体分子动理论,-,本章内容,-,平衡态,-,物态参量,-,微观与宏观量,-,物态方程,-,续上,-,准静态过程,准静态过程,-,概率,概率统计平均值,-,概率密度函数,-,统计平均值,-,气体微观模型,气体的压强与温度的统计意义,-,理想气体压强,二、理想气体的压强公式,-,压强公式推导,-,续上,-,续上,-,续上,-,压强统计意义,三、理想气体压强的统计意义,-,气体温度公式,气体温度的统计意义,-,温度的统计意义,-,凡例,-,虚设联想,-,玻耳兹曼分布,14.3,玻耳兹曼分布律,-,数学表达,玻耳兹曼能量分布的数学表达式,-,麦氏速率分布,-,麦氏速率分布实验,实验动态示意,麦克斯韦速率分布实验,恒温T,同分子量m,运动速率全同吗?,剥离,麦氏分布实验,重复多次采样后,-,速率分布含义,分布曲线,-,速率分布函数,-,归一化条件,-,最概然速率,-,不同条件比较,-,平均速率,麦克斯韦速率分布律应用举例,-,方均根速率,-,速率小结,-,特征速率例题,-,归一化例题,-,续上,-,随堂小议,-,小议链接1,-,小议链接2,-,分子平均动能,气体分子的平均动能,-,自由度,-,能量均分定理,-,分子平均动能,-,简例,-,理想气体内能,理想气体的内能,-,内能算例,-,平均自由程,-,碰撞频率,-,自由程推导,先假设其它分子静止,-,自由程算式,-,随堂小议,-,小议链接1,-,小议链接2,-,热力学第一定律,-,本章内容,-,第一节引言,-,内能,一、内能,-,功,二、功,A,A,-,热量,三、热量,-,实质,内能功热量的国际标准单位都是焦耳（J）,-,热力学第一定律,-,微过程表达式,-,凡例,-,第二节等体过程,-,等压过程,-,比热容比,-,等体等压例题,-,等温过程,等温过程气体吸收的热量全部转化为对外作功。,-,绝热过程,-,绝热过程方程,-,绝热线,-,等温绝热例题,-,等值及绝热归纳,-,多方过程概念,-,多方过程方程,-,多方热功算式,等温、绝热、等压、等体过程，是多方过程的特例,-,随堂小议,结束选择,-,小议链接1,结束选择,(1)EaEb,(2)Aab0,(3)Qab0,(4)以上结论都不对,-,小议链接2,结束选择,(1)EaEb,(2)Aab0,(3)Qab0,(4)以上结论都不对,-,小议链接3,结束选择,(1)EaEb,(2)Aab0,(3)Qab0,(4)以上结论都不对,-,小议链接4,结束选择,(1)EaEb,(2)Aab0,(3)Qab0,(4)以上结论都不对,-,循环过程,准静态循环过程,-,循环热功转换,-,循环效率,A,A,-,卡诺循环,-,卡诺循环分析,-,卡诺循环效率,-,卡诺逆循环致冷,-,例题奥托循环,-,随堂练习,-,致冷例题,-,热力学第二定律,-,本章内容,-,引言,会自动发生,不会自动发生,-,续上,会自动发生,不会自动发生,气体自由膨胀,会自动发生,气体自动收缩,不会自动发生,-,续上,气体自由膨胀,会自动发生,气体自动收缩,不会自动发生,功转变成热量,会自动发生,热量自行转变成功,不会自动发生,-,续上,功转变成热量,会自动发生,热量自行转变成功,不会自动发生,各种实际过程进行方向的规律性将用热力学第二定律来表述。,-,可逆与不可逆过程,可逆过程只是一种理想模型。准静态过程可视为可逆过程。,由于摩擦等耗散因素的实际存在，不可能使系统和外界完全复原。因此有关热现象的实际宏观过程和非准静态过程都是不可逆过程。,-,定律的两种表述,外界需对系统作功，就属“其它变化”。此表述说明热传导过程的不可逆性。,-,表述的等价性,（但实际上是不可能的）,-,凡例,-,定律的统计意义,-,续上,-,续上,-,统计结论,对于热传导、功热转换等热现象实际宏观过程的不可逆性，都可以用热力学概率的概念来解释。,-,堂上小议,结束选择,-,小议链接1,-,小议链接2,-,小议链接3,-,小议链接4,-,玻耳兹曼熵公式,-,熵的性质,自由膨胀后,-,续上,-,熵增加原理,继续深入分析理想气体自由膨胀过程,-,等温膨胀推熵变,然而，在热力学中经常要用准静态过程的理论模型去研究问题，准静态过程是可逆过程。孤立系统中可逆过程的熵变化又有何特点呢？,-,续上,-,续上,-,续上,-,熵增原理表达式,-,熵判据,-,熵的计算,熵是态函数，系统从某一状态A变化到另一状态B时，不论经历什么过程，其熵的变化相同。,-,例一,-,例二,-,波动,-,本章内容,-,第一节,-,横波与纵波,软绳,软弹簧,在机械波中，横波只能在固体中出现；纵波可在气体、液体和固体中出现。空气中的声波是纵波。液体表面的波动情况较复杂，不是单纯的纵波或横波。,-,几何描述,-,波的物理量,四、描述波动的物理量,-,平面简谐波,-,波动方程,二、平面简谐波的波动方程,-,续上,-,波方程意义,三、波动方程的物理意义,-,续上,-,例一,-,例二,-,例三,-,例四,-,随堂小议,-,小议链接1,-,小议链接2,-,小议链接3,-,小议链接4,-,第二节,-,波的能量,未起振的体积元,-,能量密度,一、能量密度（单位体积媒质中波的能量）,可见，波动过程是媒质中各体积元不断地从与其相邻的上一个体积元接收能量，并传递给与其相邻的下一个体积元的能量传播过程过程。,-,续上,-,能流、能流密度,二、能流和能流密度,-,例五,-,第三节声波,-,声速,-,声强、声强级,-,附表,-,噪声,-,随堂小议,-,小议链接1,-,小议链接2,-,第四节,-,波的干涉,一入射波传播到带有小孔的屏时，不论入射波的波阵面是什么形状，通过小孔时，在小孔的另一侧都产生以小孔作为点波源的前进波，可将其抽象为从小孔处发出的一种次波或子波，其频率与入射波频率相同。,一、惠更斯原理,-,惠更斯原理,-,波的叠加原理,二、波的叠加原理,通常波强不太强的波相遇，满足叠原理，称为线性波。波强强到不满足叠加原理的波，称为非线性波。,-,相干波,三、波的干涉,波的干涉是在特定条件下波叠加所产生的现象。,-,相干振动合成,-,合成振幅公式,-,相长与相消干涉,-,波程差表达式,-,例六,-,驻波,四、驻波,现象：,-,驻波形成图解,-,驻波方程,-,波腹、波节位置,-,相位、能量特点,-,反、入射产生驻波,-,半波损失,-,弦驻波演示实验,弦的驻波视觉现象示意,-,续上,-,续上,-,例七,-,例八,-,随堂小议,-,小议链接1,-,小议链接2,-,小议链接3,-,小议链接4,-,第五节,-,多普勒效应,-,静发静收,-,静发动收,-,动发静收,-,续上,-,动发动收,-,结果归纳,-,例九,可见，两种情况的效果显然不同。,-,冲击波,马赫锥,-,声暴,-,第六节,-,电磁波,电磁波的产生与传播,振荡偶极子辐射电磁波过程示意(步进分解):,-,产生与传播,-,过程浏览,-,振子的近场,振荡电偶极子发射的电磁波,-,续上,-,电磁波接收,接收天线,-,续上,续7,接收天线,-,电磁波方程,电磁波的波动方程,E和H的波动方程,-,电磁波特性,E,电磁波的基本特性,r,远离偶极子处视为平面波,H,-,电磁波能量,电磁波的能量,-,电磁波谱,电磁波谱,-,电磁波多普勒效应,-,光的干涉,-,本章内容,-,光波,光波,光矢量,-,可见光,-,常用单色光源,-,第一节,-,光干涉的必要条件,P,原子自发辐射的间断性和相位随机性,不利于干涉条件的实现.,-,相干光,-,光程,-,光程差与相位差,-,透镜无附加光程差,-,续上,-,分波面与分振幅,分振幅法,获得相干光的两类典型方法,-,第二节,-,杨氏双缝干涉,两列相干柱面波的干涉,一、杨氏双缝干涉实验,-,条纹间距关系式,-,洛埃镜实验,二、洛埃镜分波面干涉,-,双面镜实验,三、菲涅耳双面镜分波面干涉,-,双棱镜实验,四、菲涅耳双棱镜分波面干涉,-,分波面法小结,分波面干涉小结,-,第三节,-,分振幅干涉,一、平行平面膜分振幅等倾干涉,-,平行平面膜反射,反射条件,-,总光程差公式,-,平行平面膜透射,-,透射附加光程差,-,等倾干涉条纹,-,平行膜例一,空气,油膜,玻璃,1,5,.,0,1,.,4,1,.,算例,-,续上,-,防反（增透）膜,防热红外线反射(增热红外线透射),-,增反膜,-,多层增反膜例题,-,非平行膜等厚干涉,二、非平行膜的等厚干涉,-,劈尖干涉,劈尖干涉的光程差,-,垂直入射总光程差,-,劈尖等厚条纹,劈尖干涉的等厚干涉条纹,-,劈尖厚度变化,-,劈尖夹角变化,-,劈尖例一,玻璃,玻璃,玻璃,玻璃,-,劈尖例二,-,牛顿环,牛顿环,-,牛顿环例题,-,第四节,-,迈克耳孙干涉仪,分束玻片,补偿玻片,反射镜,反射镜,M,1,观察屏,入射光线,-,等倾和等厚光路,-,吐级,-,吞级,-,移级,-,随堂小议,-,小议链接1,-,小议链接2,-,小议链接3,-,小议链接4,-,多个相干点源干涉,N个初相相同的相干点光源,-,主极大与次极大,-,合成振幅公式,-,附图一,-,附图二,-,光的衍射,-,本章内容,-,衍射现象,衍射现象,-,第一节,-,惠菲原理,根据这一原理，原则上可计算任意形状孔径的衍射问题。本章的重点不是具体解算上述积分，而是运用该原理有关子波干涉的基本思想去分析和处理一些典型的衍射问题。,-,两类衍射,-,条件实现,-,第二节,-,单缝衍射,夫琅禾费单缝衍射基本光路,-,衍射图样,单缝衍射图样的光强分布,-,单缝子波,-,半波带法,引例:,此方向得暗纹.,a,-,续上,-,单缝公式,-,缝宽因素,l,f,波长一定,缝宽越窄,衍射现象越显著.,-,波长因素,-,例题1,-,例题2,-,第三节,-,圆孔爱里,-,圆孔公式,爱里斑中的光能占通过圆孔光能的84%,-,分辨本领,光学仪器的分辨本领,-,瑞利判据,-,畧偏临界,-,分辨星星,-,提高分辨,-,相机例题,-,人眼例题,-,第四节,-,光柵衍射,-,双重因素,光柵衍射包含单缝衍射和缝间子波相互干涉两种因素,l,-,光栅方程,-,观察条件,-,缺级现象,缺级现象,-,光栅光谱,光栅光谱,对同级明纹，波长较长的光波衍射角较大。,白光或复色光入射，高级次光谱会相互重叠。,-,光栅例一,-,光栅例二,-,光栅例三,-,第五节,-,X射线衍射,由于未知这种射线的实质（或本性），将它称为X射线。,-,劳厄,-,劳厄斑,劳厄的X射线衍射实验原理图,晶体中有规则排列的原子，可看作一个立体的光栅。原子的线度和间距大约为10-10m数量级，根据前述可见光的光栅衍射基本原理推断，只要入射X射线的波长与此数量级相当或更小些，就可能获得衍射现象。,-,布喇格父子,-,三维空间点阵,-,点阵的散射波,-,散射波干涉,晶体点阵的散射波可以相互干涉。,-,零级衍射谱,任一平面上的点阵,-,零级谱证明,用图示法作简易证明,-,面间散射波干涉,-,布喇格定律,-,公式应用,根据晶体中原子有规则的排列，沿不同的方向，可划分出不同间距d的晶面。,对任何一种方向的晶面，只要满足布喇格公式，则在该晶面的反射方向上，将会发生散射光的相长干涉。,-,衍射图样举例,-,DNA的衍射图,-,算例,-,随堂小议,-,小议链接1,-,小议链接2,-,小议链接3,-,小议链接4,-,量子力学的实验基础,-,本章内容,-,四个主要内容,-,第一节,-,热辐射,-,定性图述,炽热状态,-,单色辐出度,-,辐出度,-,一般辐射的复杂性,二、黑体辐射,（随物而异）,（故亦随物而异）,（随物而异）,-,黑体,二、黑体辐射,-,黑体实验模型,-,黑体辐射测量,-,黑体辐射规律,-,紫外灾难,-,普朗克公式,三、普朗克公式及能量子假说,-,理论曲线,-,能量子假设,-,黑体例一,-,黑体例二,-,黑体例三,-,黑体例四,-,第二节,-,爱因斯坦与康普顿,-,光电效应实验,一、光电效应,石英窗,光束射到金属表面使电子从金属中脱出的现象称为光电效应。,-,实验基本规律,-,波动理论的困难,-,光量子理论,-,光子能、质、动量式,-,光电效应方程,金属中一个电子吸收一个光子的能量,-,红限、逸出功数据表,-,光子论的成功解释,爱因斯坦因此而获得了1921年诺贝尔物理学奖,-,光电效应例题,-,康普顿效应概述,X射线发生散射,二、康普顿效应,-,偏移散射角实验,-,不同物质实验,-,散射要点归纳,-,偏移机理示意图,-,康普顿偏移公式,-,有关现象解释,-,偏移公式推导,-,续36,-,康普顿、光电效应比较,康普顿效应与光电效应都涉及光子与电子的相互作用。,在光电效应中，入射光为可见光或紫外线，其光子能量为ev数量级，与原子中电子的束缚能相差不远，光子能量全部交给电子使之逸出，并具有初动能。光电效应证实了此过程服从能量守恒定律。,-,康普顿效应例一,-,康普顿效应例二,-,康普顿效应例三,-,康普顿效应例四,-,随堂小议,-,小议链接1,-,小议链接2,-,小议链接3,-,小议链接4,-,第三节,-,氢原子光谱,一、氢原子光谱的谱线系,从1885年至192