工科物理大綱

工科物理大綱第1頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一第三部分氣體動理論和熱力學

1.氣體動理論氣體分子運動的圖象[2].氣體的狀態(tài)參量、平衡態(tài)和準靜態(tài)過程[2].

理想氣體的狀態(tài)方程[1].理想氣體的壓強公式、溫度公式及其統(tǒng)計意義[1].麥克斯韋速率分布律[2].三種統(tǒng)計速率[3].玻耳茲曼能量分布定律[3].能量均分定理[2].理想氣體的內(nèi)能[2].氣體分子的平均碰撞頻率和平均自由程[3].

范德瓦爾斯方程[3].第2頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一2.熱力學系統(tǒng)的內(nèi)能、功和熱量[1].熱力學第一定律及其對理想氣體等容、等壓、等溫及絕熱四種準靜態(tài)過程的應用[1].氣體的摩爾熱容[1].

循環(huán)、卡諾循環(huán)、熱機效率[1].熱力學第二定律的兩種表述[2].熱力學第二定律兩種表述的等價性[3].可逆和不可逆過程[3].卡諾定理[3].熱力學第二定律的統(tǒng)計意義[3].熵[3]*.第3頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一第四部分機械振動

諧振動動力學方程和運動學方程[1].頻率、圓頻率、周期、振幅和相位[1].諧振動的旋轉(zhuǎn)矢量法[1].諧振動的能量[1].同方向同頻率諧振動的合成[1].同方向不同頻率諧振動的合成[3].相互垂直方向諧振動的合成[3].阻尼振動和受迫振動簡介*、兩自由度線性振動簡介*第4頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一第五部分波與波動光學

1.機械波彈性媒質(zhì)中波的產(chǎn)生和傳播[3].縱波和橫波[3].波速、波頻與波長的關(guān)系[1].平面簡諧波方程[1].機械波的能量、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].波的疊加原理[2].相干波及干涉[1].駐波[2].駐波與行波的區(qū)別[3].多普勒效應[3].第5頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一2.電磁波電磁波的基本性質(zhì)[3].電磁波的能量、能流和能流密度*.3.波動光學光的干涉

光的單色性和相干性[3].相干光的獲得[2].

楊氏雙縫干涉[1].洛埃鏡[3].半波損失[2].光程[1].等厚干涉（劈尖、牛頓環(huán)）[1].等傾干涉[3].邁克耳孫干涉儀[2].第6頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一光的衍射

惠更斯－菲涅耳原理[3].單縫衍射[2].衍射光柵[1].光柵光譜[3].光學儀器的分辨本領(lǐng)[3].X射線衍射*光的偏振

天然光和線偏振光[2].布儒斯特定律[2].馬呂斯定律[2].單軸晶體中光的雙折射[3].線偏振光的產(chǎn)生和檢驗[3].

偏振光的干涉*人工雙折射*旋光效應*第7頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一第六部分近代物理基礎(chǔ)

熱輻射、黑體輻射、斯特藩—玻耳茲曼定律、維恩位移定律[3].普朗克假設(shè)[3].光電效應與愛因斯坦光子理論[2].康普頓效應及光子理論解釋[2].光的波粒二象性[2].氫原子光譜的實驗規(guī)律[2].玻爾氫原子理論[2].玻爾理論的意義和局限性[3].第8頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一德布羅意關(guān)系[2].電子衍射實驗[3].實物粒子的波粒二象性[2].不確定(度)關(guān)系[3].波函數(shù)及其統(tǒng)計解釋[2].一維定態(tài)薛定諤方程[3].一維無限深方勢阱[3].一維諧振子[3].勢壘及隧道效應[3].第9頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一氫原子*.能量量子化、角動量量子化與空間量子化[3].微觀粒子的自旋[3].斯特恩—革拉赫實驗[3].原子中電子運動的四個量子數(shù)及其意義[3].泡利不相容原理和能量最低原理[3].原子的電子殼層結(jié)構(gòu)[3].第10頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一第七部分現(xiàn)代工程技術(shù)物理基礎(chǔ)及現(xiàn)代物理專題1.激光自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收[3].玻耳茲曼分布與粒子數(shù)反轉(zhuǎn)[3].光放大[3].諧振腔[3].激光特性及主要應用[3].2.固體固體能帶的形成[3].用能帶區(qū)分導體、半導體和絕緣體[3].本征半導體、n-型半導體和p-型半導體[3].第11頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一大學物理課程第二學期復習

第5章氣體動理論第6章熱力學基礎(chǔ)第12章機械振動第13章機械波第15章波動光學第16章近代物理基礎(chǔ)第12頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一第5章小結(jié)1.理想氣體狀態(tài)方程2.理想氣體壓強公式3.溫度的統(tǒng)計意義4.能量均分定理第13頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一5.理想氣體的內(nèi)能6.麥克斯韋速率分布函數(shù)(1)最概然速率7.三種特征速率(2)平均速率(3)方均根速率第14頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一6.玻耳茲曼能量分布律(1)分子數(shù)密度按勢能分布(2)分子數(shù)密度按高度分布(3)等溫氣壓公式7.氣體分子平均碰撞頻率及平均自由程第15頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一氣體模型總結(jié)理想氣體理想氣體+自由度修正理想氣體+分子體積修正實際氣體分子當作質(zhì)點分子為剛性、計分子的形狀分子為剛性球，半徑為d考慮分子的體積、形狀分子運動服從牛頓定律分子運動服從牛頓定律分子運動服從牛頓定律分子運動服從牛頓定律分子間的相互吸引作用不計、碰撞為完全彈性分子間的相互吸引作用不計、碰撞為完全彈性分子間的相互吸引作用不計、碰撞為完全彈性考慮分子間的相互吸引作用第16頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一

第6章小結(jié)1.功、熱量、內(nèi)能2.熱力學第一定律(1)準靜態(tài)過程的功(2)熱量、內(nèi)能(3)內(nèi)能變化功和熱量是過程量，內(nèi)能是狀態(tài)量。對微小的變化過程第17頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一3.摩爾熱容定體摩爾熱容定壓摩爾熱容邁耶公式比熱容比第18頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一4.循環(huán)過程熱機效率,卡諾熱機效率致冷系數(shù)

,卡諾致冷系數(shù)5.熱力學第二定律克勞修斯表述:不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其他變化，及熱傳遞過程是不可逆的。開爾文表述:不可能從單一熱源吸取熱量，使它完全變?yōu)橛杏霉Χ灰鹌渌兓?，即功熱轉(zhuǎn)化是不可逆的。熱力學第二定律的統(tǒng)計意義：自發(fā)宏觀過程總是沿著系統(tǒng)熱力學概率增大的方向進行，或者說自發(fā)宏觀過程是沿著熱運動更無序的方向進行的。第19頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一6.熵玻耳茲曼熵熵增加原理：可逆過程不可逆過程對于孤立系統(tǒng)的任意過程，熵永不減少。第20頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一第12章小結(jié)1.簡諧振動方程2.簡諧振動的相位(t+)

是相位，決定

t時刻簡諧振動的運動狀態(tài).3.簡諧振動的運動微分方程4.由初始條件振幅和初相位第21頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一5.彈簧振子的能量動能：勢能：總機械能：平均能量：6.諧振動的旋轉(zhuǎn)矢量表示ox··第22頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一7.簡諧諧振動的合成(1)同方向同頻率諧振動的合成合振動仍為簡諧振動，和振動的振幅取決于兩個分振動的振幅及相差，即(2)同方向不同頻率諧振動的合成當兩個分振動的頻率相差較小時，產(chǎn)生拍的現(xiàn)象，拍頻為(3)相互垂直的兩個諧振動的合成若兩個分振動的頻率相同，則合振動的軌跡一般為橢圓；若兩個分振動的頻率為簡單整數(shù)比，則合振動的軌跡為李薩如圖形。第23頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一第13章小結(jié)1.機械波的產(chǎn)生和傳播(1)機械波的產(chǎn)生條件：波源，彈性介質(zhì)。(2)機械波是機械振動在彈性介質(zhì)中的傳播，是振動狀態(tài)的傳播，沿波傳播方向介質(zhì)中各質(zhì)點的相位依次落后.(3)波長、周期、頻率、角波數(shù)和波速.波長(l):同一波線上相位差為2的質(zhì)點之間的距離；即波源作一次完全振動，波前進的距離。周期(T):波前進一個波長距離所需的時間。頻率(T):單位時間內(nèi)，波前進距離中完整波的數(shù)目。角波數(shù)(k):

2π距離中完整波的數(shù)目。波速(u):振動狀態(tài)在媒質(zhì)中的傳播速度。波速與波長、周期(或頻率）的關(guān)系為:或第24頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一2.一維簡諧波的波函數(shù)其中，x前的±號由波的傳播方向確定.波沿x正方向傳播，取負號；波沿x負方向傳播，取正號.3.惠更斯原理

行進中的波面上任意一點都可看作是新的子波源；所有子波源各自向外發(fā)出許多子波；各個子波所形成的包絡(luò)面，就是原波面在一定時間內(nèi)所傳播到的新波面。第25頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一4.波的干涉

頻率相同、振動方向相同、相位差恒定的兩列（或多列）波疊加時，其合振動的振幅A或合強度I將在空間形成一種穩(wěn)定的分布.當干涉加強干涉相消5.波的能量(1)平均能量密度:(2)波的強度：6.駐波兩列等振幅相干波相向傳播時疊加形成駐波.駐波的波函數(shù)：第26頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一7.多普勒效應機械波的多普勒效應:式中，u和vs分別為觀察者、波源相對于介質(zhì)的運動速度，相向運動為正，遠離運動為負。第27頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一第15章小結(jié)1.光是電磁波(1)電磁波是橫波(2)電磁波的傳播速度

(3)電磁波的能量坡印亭矢量電磁波的強度第28頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一(若

，)(若

，)2.光波的疊加(1)兩光波在空間一點P疊加的光強為干涉項(2)相干疊加兩相干光在空間一點P相遇時，P點的光強為當時，光強最大，為當時，光強最小，為第29頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一(3)非相干疊加兩非相干光在空間一點P相遇時，P點的光強為3.楊氏雙縫干涉利用分波前法獲得相干光產(chǎn)生的干涉，其干涉條紋是等間距的明暗相間的直條紋，相鄰明(暗)條紋的間距為4.兩相干光波到達空間一點P的光程差與相位差第30頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一5.薄膜干涉利用分振幅法獲得相干光產(chǎn)生干涉，兩相干光的光程差為或或當時，干涉相長；當時，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。它們發(fā)出的次波在空間各點相遇時，其各點的強度分布是所有次波相干疊加的結(jié)果。第31頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一7.單縫夫瑯禾費衍射(1)暗紋條件(2)明紋條件(3)單縫夫瑯禾費衍射的光強公式8.光學儀器的最小分辨角和分辨本領(lǐng)最小分辨角;分辨本領(lǐng)第32頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一9.光柵衍射(1)光柵方程(2)暗紋條件(3)缺級公式其中,k是缺級主極大的級次,k′是單縫衍射暗紋的級數(shù)。m≠kN(4)光柵衍射的光強公式第33頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一10.X射線的衍射其中，j為入射X射線與介質(zhì)表面之間的夾角(掠射角)。11.馬呂斯定律12.布儒斯特定律13.波晶片光軸平行于晶面的單軸晶片稱作波晶片。當一束單色線偏振光垂直入射波晶片時，通過波晶片的o光和e光的光程差和相位差為第34頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一第16章小結(jié)斯特藩－玻耳茲曼定律：維恩位移定律：

1.黑體輻射輻射公式：光電效應方程：

紅限頻率：

3.光電效應遏止電壓和光電子的最大初動能關(guān)系：能量子：2.普朗克量子假設(shè)和輻射公式第35頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一4.光的波粒二象性(愛因斯坦光子理論）光子的動量：

光子的能量：

5.康普頓效應康普頓散射公式：

電子的康普頓波長：

6.氫原子光譜波數(shù)公式：

輻射公式：

角動量量子化條件：

第36頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一7.微觀粒子的波粒二象性和不確定關(guān)系德布羅意波關(guān)系式：

不確定關(guān)系：

8.薛定諤方程定態(tài)薛定諤方程：波函數(shù)Ψ

應滿足單值、有限、連續(xù)等條件，薛定諤方程是量子力學的基本方程。一維無限深勢阱中的粒子：第37頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一9.四個量子數(shù)主量子數(shù)：

n=0,1,2,3,…副量子數(shù)(角量子數(shù))：

磁量子數(shù)：

自旋磁量子數(shù)：

10.晶體結(jié)構(gòu)的最基本特征組成晶體的離子、原子或分子按照一定的方式不斷作周期性重復排列,構(gòu)成長程有序。四個量子數(shù)是描述原子中核外電子狀態(tài)的參數(shù)。第38頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一11.固體能帶結(jié)構(gòu)N個相同原子組成晶體時，晶體中每個原子原有的每一能級都分裂為N個密集能級，形成能帶。滿帶：填滿電子的能帶，滿帶電子不參與導電；12.絕緣體、導體和半導體絕緣體的價帶是滿帶，且價帶與空帶之間有較寬的禁帶。導體的價帶不滿或價帶和空帶重迭或相接。半導體的價帶是滿帶，但價帶與空帶之間的禁帶寬度較小(約1eV或更小)。能帶與能帶之間既可能以禁帶相隔，也可能相接或重迭。導帶：部分填充電子的能帶，導帶中的電子參與導電；空帶：沒有電子的能帶；價帶：由價電子能級分裂而形成的能帶，價帶可以是滿帶或?qū)?。?9頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一13.半導體n型半導體：參與