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2022-2023年高中物理竞赛 物理竞赛全套课件
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1运动学……32动量与动量守恒……683机械能与机械能守恒……1044角动量守恒与刚体定轴转动……1545相对论……2186真空中的静电场……2877静电场中的电介质……3688恒定电场……40710磁场对电流的作用……43111磁场与介质的相互作用……47012电磁感应……49013电磁场的基本方程……52914气体分子热运动的统计规律……54215热力学第一定律……59616热力学第二定律……63418波动……66619光的干涉……75120光的衍射……80922量子力学的实验基础……86823量子力学初步……94724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zXYO位移平均速度瞬时速度rP平均加速度瞬时加速度PrtzX111O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relation between angular and linear measures证明题定性理解：续证明角线关系简例OqR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.）rigid body 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0t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qm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 1.761″±0.016″, 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25Q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qcr试验电荷续45L点电荷系续47L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24vBqBqv带电粒子在磁场中的螺旋运动螺距vBqRqm例四BqlLYX2y?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5wL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AA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) Ea < Eb(2) Aab < 0(3) Qab < 0(4) 以上结论都不对小议链接2结束选择(1) Ea < Eb(2) Aab < 0(3) Qab < 0(4) 以上结论都不对小议链接3结束选择(1) Ea < Eb(2) Aab < 0(3) Qab < 0(4) 以上结论都不对小议链接4结束选择(1) Ea < Eb(2) Aab < 0(3) Qab < 0(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AA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15.01.41.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M1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lf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 - 10 m 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1924年科学家们先后在可见光、紫外和红外区发现了氢原子的光谱线系列,并得到普遍的实验规律：里德伯常量二、氢原子光谱的实验规律系序数 m系内的线序数 l 里兹组合原则三、里兹组合原则经典理论的困难四、经典理论解释原子光谱规律的困难玻尔续量子实验定态假设 在这些轨道上运动的电子不辐射（或吸收）能量而处于稳定状态,称为定态. 定 态 轨 道量子化条件假设频率条件假设电子轨道半径能量公式氢光谱导出公式算例可能幅射的谱线波长玻尔理论的局限 玻尔的氢原子理论开创了运用量子概念研究原子光谱的先河,同时这一理论也面临着新的困难与考验.第四节德布罗意光的波粒二象性一、光的波粒二象性二象性统计解释摄影底板或显微观察光子衍射物质波假设德布罗意公式物质波例一物质波例二物质波例三电子衍射实验一、电子衍射实验电子衍射附图一电子衍射附图二电子及中子衍射量子力学初步本章内容wave function and its statistical explanation薛定谔方程Schrodinger equationtunnel effect不确定关系uncertainty relation第一节引言波函数自由粒子波函数在量子力学中用复数表达式：续上概率密度二、波函数的统计解释德布罗意波又称 概率波波函数又称 概率幅取比例系数为1,即玻 恩 波函数归一化波函数具有统计意义,其函数性质应具备三个标准条件：概率波与经典波波函数标准条件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第二节薛定谔方程引言基本算符薛定谔方程定态薛定谔方程续上态跌加原理一维无限深势阱续上求解续上求解续求解势阱问题小结一维无限深势阱中的微观粒子 （小结）势垒隧道效应续上扫描隧道显微镜三、扫描隧道显微镜（STM）续上不确定关系位置和动量的不确定关系微观粒子不能同时具有确定的位置和动量,1927年,德国物理学家海森伯提出续上从电子的单缝衍射现象不难理解位置和动量的不确定关系例题一例题二随堂小议小议链接1小议链接2小议链接3小议链接4原子结构的量子理论本章内容原子的电子壳层结构electron shell structure in atom第一节氢原子薛定谔方程能量、角量量子数磁量子数氢原子电子概率分布二、氢原子核外电子的概率分布径向概率分布示例角向概率分布示例电子云示例塞曼效应三、塞曼效应续上第二节电子的自旋自旋量子数二、电子的自旋自旋概念小结第三节全同粒子一、全同粒子与全同性原理全同粒子波函数泡利不相容原理第四节原子的电子壳层结构主壳层与支壳层二、原子中电子的壳层结构两条原则电子在壳层和支壳层上分布遵循下列两条原则：根据上述两个原则,可定性确定多电子原子核外电子按壳层的分布.壳层可容电子数计算壳层可容电子数图表徐光宪定则举例元素的电子组态
1运动学……32动量与动量守恒……683机械能与机械能守恒……1044角动量守恒与刚体定轴转动……1545相对论……2186真空中的静电场……2877静电场中的电介质……3688恒定电场……40710磁场对电流的作用……43111磁场与介质的相互作用……47012电磁感应……49013电磁场的基本方程……52914气体分子热运动的统计规律……54215热力学第一定律……59616热力学第二定律……63418波动……66619光的干涉……75120光的衍射……80922量子力学的实验基础……86823量子力学初步……94724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zXYO位移平均速度瞬时速度rP平均加速度瞬时加速度PrtzX111O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relation between angular and linear measures证明题定性理解：续证明角线关系简例OqR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.）rigid body 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0t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qm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 1.761″±0.016″, 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25Q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qcr试验电荷续45L点电荷系续47L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24vBqBqv带电粒子在磁场中的螺旋运动螺距vBqRqm例四BqlLYX2y?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5wL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AA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) Ea < Eb(2) Aab < 0(3) Qab < 0(4) 以上结论都不对小议链接2结束选择(1) Ea < Eb(2) Aab < 0(3) Qab < 0(4) 以上结论都不对小议链接3结束选择(1) Ea < Eb(2) Aab < 0(3) Qab < 0(4) 以上结论都不对小议链接4结束选择(1) Ea < Eb(2) Aab < 0(3) Qab < 0(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AA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15.01.41.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M1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lf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 - 10 m 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1924年科学家们先后在可见光、紫外和红外区发现了氢原子的光谱线系列,并得到普遍的实验规律：里德伯常量二、氢原子光谱的实验规律系序数 m系内的线序数 l 里兹组合原则三、里兹组合原则经典理论的困难四、经典理论解释原子光谱规律的困难玻尔续量子实验定态假设 在这些轨道上运动的电子不辐射（或吸收）能量而处于稳定状态,称为定态. 定 态 轨 道量子化条件假设频率条件假设电子轨道半径能量公式氢光谱导出公式算例可能幅射的谱线波长玻尔理论的局限 玻尔的氢原子理论开创了运用量子概念研究原子光谱的先河,同时这一理论也面临着新的困难与考验.第四节德布罗意光的波粒二象性一、光的波粒二象性二象性统计解释摄影底板或显微观察光子衍射物质波假设德布罗意公式物质波例一物质波例二物质波例三电子衍射实验一、电子衍射实验电子衍射附图一电子衍射附图二电子及中子衍射量子力学初步本章内容wave function and its statistical explanation薛定谔方程Schrodinger equationtunnel effect不确定关系uncertainty relation第一节引言波函数自由粒子波函数在量子力学中用复数表达式：续上概率密度二、波函数的统计解释德布罗意波又称 概率波波函数又称 概率幅取比例系数为1,即玻 恩 波函数归一化波函数具有统计意义,其函数性质应具备三个标准条件：概率波与经典波波函数标准条件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第二节薛定谔方程引言基本算符薛定谔方程定态薛定谔方程续上态跌加原理一维无限深势阱续上求解续上求解续求解势阱问题小结一维无限深势阱中的微观粒子 （小结）势垒隧道效应续上扫描隧道显微镜三、扫描隧道显微镜（STM）续上不确定关系位置和动量的不确定关系微观粒子不能同时具有确定的位置和动量,1927年,德国物理学家海森伯提出续上从电子的单缝衍射现象不难理解位置和动量的不确定关系例题一例题二随堂小议小议链接1小议链接2小议链接3小议链接4原子结构的量子理论本章内容原子的电子壳层结构electron shell structure in atom第一节氢原子薛定谔方程能量、角量量子数磁量子数氢原子电子概率分布二、氢原子核外电子的概率分布径向概率分布示例角向概率分布示例电子云示例塞曼效应三、塞曼效应续上第二节电子的自旋自旋量子数二、电子的自旋自旋概念小结第三节全同粒子一、全同粒子与全同性原理全同粒子波函数泡利不相容原理第四节原子的电子壳层结构主壳层与支壳层二、原子中电子的壳层结构两条原则电子在壳层和支壳层上分布遵循下列两条原则：根据上述两个原则,可定性确定多电子原子核外电子按壳层的分布.壳层可容电子数计算壳层可容电子数图表徐光宪定则举例元素的电子组态
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