大學(xué)物理期末總結(jié)(第一學(xué)期)課件

1一.機(jī)械運(yùn)動(dòng)描述動(dòng)量和動(dòng)量守恒

一.模型1.質(zhì)點(diǎn):把物體當(dāng)做具有質(zhì)量的點(diǎn)----抽象性,相對(duì)性,普遍性.2.剛體:任意兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的距離保持不變的質(zhì)點(diǎn)組.二.物理量(一).描述機(jī)械運(yùn)動(dòng)的物理量1.位矢:描寫(xiě)運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)在任意時(shí)刻空間位置的矢量.直角坐標(biāo)系:自然坐標(biāo)系:期末總結(jié)22.位移:描寫(xiě)質(zhì)點(diǎn)在一段時(shí)間內(nèi)位置移動(dòng)情況的矢量.直角坐標(biāo)系:自然坐標(biāo)系:3.速度:描寫(xiě)運(yùn)動(dòng)快慢程度和方向的物理量.{直角坐標(biāo)系:自然坐標(biāo)系:4.加速度：描寫(xiě)速度的大小和方向變化的物理量．3直角坐標(biāo)系:自然坐標(biāo)系:（二.）量度機(jī)械運(yùn)動(dòng)的物理量動(dòng)量:質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量m與其速度v的乘積稱(chēng)為動(dòng)量.4質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)的兩類(lèi)基本問(wèn)題1.已知運(yùn)動(dòng)方程，如何求速度、加速度？2.已知加速度，如何求速度、運(yùn)動(dòng)方程和軌跡方程？*已知運(yùn)動(dòng)方程，用求導(dǎo)的方法可求速度、加速度。*已知加速度和運(yùn)動(dòng)的初始條件，用積分的方法可求速度、運(yùn)動(dòng)方程和軌跡方程。5例.質(zhì)量為m的子彈以速度v0水平射入沙土中，設(shè)子彈所受阻力與速度反向，大小與速度成正比，比例系數(shù)為，忽略子彈的重力，求（1）子彈進(jìn)入沙土后，速度及位置矢量隨時(shí)間變化的函數(shù)式。（2）子彈進(jìn)入沙土的最大深度。

解：★分離變量：兩變量分置等號(hào)兩邊（1）兩邊同時(shí)定積分（2）6剛體轉(zhuǎn)動(dòng)定律的應(yīng)用用求導(dǎo)的方法積分加初始條件剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的兩類(lèi)問(wèn)題：圓周運(yùn)動(dòng)（circularmotion）角位置角速度角加速度角加速度角速度角坐標(biāo)合外力矩對(duì)時(shí)間求一階導(dǎo)對(duì)時(shí)間求一階導(dǎo)微分方程、積分微分方程、積分7二.角量與線(xiàn)量的關(guān)系線(xiàn)量角量8三、相對(duì)運(yùn)動(dòng)在相對(duì)于S平動(dòng)的條件下對(duì)于二維運(yùn)動(dòng)要分解絕對(duì)時(shí)空觀u<<c時(shí)成立9三.定律定理1.牛頓三定律(1).慣性定律:不受任何相互作用的“自由粒子”永遠(yuǎn)保持靜止或勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變.(2).物體的動(dòng)量對(duì)時(shí)間的變化率與所加的外力成正比,并且發(fā)生在所加外力的方向上.(3).兩物體相互作用時(shí),作用力與反作用力大小相等,方向相反,作用在同一條直線(xiàn)上.2.動(dòng)量守恒定律:當(dāng)F合=0時(shí):兩種表述:如果系統(tǒng)所受合外力為零,系統(tǒng)的總動(dòng)量守恒.當(dāng)一質(zhì)點(diǎn)系所受的合外力為零,其質(zhì)心速度不變.103.質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理:質(zhì)點(diǎn)系所受的合外力等于其總質(zhì)量乘以質(zhì)心加速度.其中:4.動(dòng)量定理:質(zhì)點(diǎn)系所受外力的矢量和在t1到t2時(shí)間內(nèi)的沖量等于質(zhì)點(diǎn)系的總動(dòng)量在同一時(shí)間內(nèi)的增量.四.習(xí)題類(lèi)型(1).利用已知求位移,速度,加速度等描述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量.(2).利用牛頓三定律來(lái)解決問(wèn)題.(3).利用動(dòng)量守恒定律,動(dòng)量定理求解問(wèn)題.11二.角動(dòng)量和角動(dòng)量守恒能量和能量守恒一.概念1.角動(dòng)量(動(dòng)量矩)(1).質(zhì)點(diǎn)角動(dòng)量:(2).定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體角動(dòng)量:其中:或:2.動(dòng)能(1).質(zhì)點(diǎn)動(dòng)能:(2).質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)能:(3).定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體動(dòng)能:123.功功率:P=M

4.勢(shì)能:任意點(diǎn)P的勢(shì)能大小為從P點(diǎn)沿任意路徑到勢(shì)能零點(diǎn)過(guò)程中保守力f所作的功.保守力:13二.定理1.角動(dòng)量定理(1).質(zhì)點(diǎn)的角動(dòng)量定理:質(zhì)點(diǎn)所受的力矩的角沖量等于質(zhì)點(diǎn)的角動(dòng)量的增量.(2).質(zhì)點(diǎn)系角動(dòng)量定理:質(zhì)點(diǎn)系所受的合外力矩的角沖量等于質(zhì)點(diǎn)系的角動(dòng)量的增量.(3).定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體角動(dòng)量定理:對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)剛體的軸的合外力矩在時(shí)間上積累等于該剛體對(duì)同一軸的角動(dòng)量的增量.142.動(dòng)能定理(1).質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能定理:合力對(duì)質(zhì)點(diǎn)所做的功等于動(dòng)能的增量.(2).質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)能定理:質(zhì)點(diǎn)系所受外力和內(nèi)力做功的代數(shù)和等于系統(tǒng)動(dòng)能的增量.(3).剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能定理:轉(zhuǎn)軸合外力矩對(duì)剛體作的功等于剛體轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能的增量.15三.守恒定律1.角動(dòng)量守恒定律:當(dāng)質(zhì)點(diǎn)系所受外力對(duì)某參考點(diǎn)的力矩的矢量和為零時(shí),質(zhì)點(diǎn)系對(duì)參考點(diǎn)的總角動(dòng)量保持不變.2.機(jī)械能守恒定律:只有保守力做功時(shí),系統(tǒng)的機(jī)械能保持不變.E=恒量16——質(zhì)點(diǎn)角動(dòng)量守恒定律

OmvF·L

（中心力）r（1）mvrsin=const.，（2）軌道在同一平面內(nèi)。17三.相對(duì)論一.洛倫茲變換1）滿(mǎn)足相對(duì)性原理和光速不變?cè)?）當(dāng)質(zhì)點(diǎn)速率遠(yuǎn)小于真空光速c

時(shí)，該變換應(yīng)能使伽利略變換重新成立。1.滿(mǎn)足條件：2.坐標(biāo)變換:18二、狹義相對(duì)論的時(shí)空觀1.同時(shí)性的相對(duì)性2.長(zhǎng)度收縮（運(yùn)動(dòng)的尺收縮）3.時(shí)間延緩(運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢)19三、動(dòng)量能量質(zhì)能關(guān)系1.動(dòng)量：3.能量：靜能:總能：4.能量和動(dòng)量的關(guān)系2.動(dòng)能：20四.統(tǒng)計(jì)物理學(xué)基礎(chǔ)一.統(tǒng)計(jì)方法的基本概念1.統(tǒng)計(jì)規(guī)律：特點(diǎn)：(1).大量事件的表現(xiàn)。(2).與單個(gè)粒子所遵循的規(guī)律有本質(zhì)區(qū)別。(3).漲落現(xiàn)象。(4).與宏觀狀態(tài)有關(guān)。2.宏觀量與微觀量的聯(lián)系：二.麥克斯韋分子速率分布21vv2vp

v~v+dvf(vp)of(v)v11.麥克斯韋速率分布的物理意義：2.三種速率：vpvof(v)(1).最概然速率：(2).平均速率：(3).方均根速率：22（與前同）——

討論分子平均平動(dòng)動(dòng)能時(shí)用——

討論分子碰撞問(wèn)題時(shí)用——

討論分子的速率分布時(shí)用

3.方均根速率（root-mean-squarespeed）（麥）23①

整個(gè)速率范圍（全體分子）的某一物理量的平均值4.利用麥克斯韋速率分布函數(shù)計(jì)算微觀量的平均值24

速率范圍內(nèi)（部分分子）的某一物理量平均值★一個(gè)分子具有任何定值速率的幾率等于零25三.能量均分定理1.內(nèi)容：在溫度T的平衡態(tài)下，粒子的每一個(gè)可能的自由度都有相同的平均動(dòng)能kT/2。2.內(nèi)能：四.分子碰撞的統(tǒng)計(jì)規(guī)律1.平均碰撞頻率：2.平均自由程：26五.熱力學(xué)基礎(chǔ)一.熱力學(xué)基本概念1.熱力學(xué)系統(tǒng)：3.過(guò)程量：熱量：內(nèi)能：2.準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程：4.狀態(tài)量：功：275.熱容量：定壓摩爾熱容量：定容摩爾熱容量：對(duì)于理想氣體：二.熱力學(xué)定律1.熱力學(xué)第零定律：如果兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)中的每一個(gè)都與第三個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)處于熱平衡，則它們彼此處于熱平衡。2.熱力學(xué)第一定律：283.熱力學(xué)第二定律開(kāi)爾文表述：克勞修斯表述：三.熱機(jī)效率致冷系數(shù)1.循環(huán)過(guò)程：2.熱機(jī)效率：3.致冷系數(shù)：卡諾定理：(1).工作在兩個(gè)恒溫?zé)嵩粗g卡諾熱機(jī)的效率最高。(2).工作在兩個(gè)恒溫?zé)嵩粗g的所有卡諾熱機(jī)的效率相等，只與溫度有關(guān)，與工作物質(zhì)無(wú)關(guān)。29四.等值過(guò)程特點(diǎn)狀態(tài)方程系統(tǒng)吸熱外界做功內(nèi)能改變等溫dT=0pV=C0等容dV=00等壓dP=0絕熱030一.

簡(jiǎn)諧振動(dòng)的條件1.動(dòng)力學(xué)條件:物體受到的合外力與它對(duì)平衡位置的位移成正比且反向，即:2.運(yùn)動(dòng)學(xué)條件:系統(tǒng)相對(duì)位置平衡的位移是時(shí)間的余弦或正弦函數(shù)，即:六.機(jī)械振動(dòng)有:31(3.從功能角度來(lái)看,物體在簡(jiǎn)諧振動(dòng)過(guò)程中只有彈性力作功,故系統(tǒng)的機(jī)誡能守恒.如選平衡位置處勢(shì)能為零,選最大位移處動(dòng)能為零,則二.簡(jiǎn)諧振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程32

x表示諧振子的坐標(biāo),由于坐標(biāo)原點(diǎn)選在彈簧原長(zhǎng),故用x表示諧振子的位移三.簡(jiǎn)諧振動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程中各項(xiàng)的物理意義1.2.A表示諧振子離開(kāi)平衡位置的最大位移,叫振幅,22020wVxA+=4.

ω叫諧振子的圓頻率mk=2w

5.ν叫振動(dòng)的頻率,它表示在一秒鐘內(nèi)做完整振動(dòng)的次數(shù).

6.

T叫振動(dòng)的周期,它表示振子做一次完整振動(dòng)所需要的時(shí)間.001xVtgwf0-=-3.初位相337.,,T的關(guān)系四.諧振子的速度,加速度結(jié)論V超前x

/2a與x反相34五.

諧振動(dòng)的能量()()22222222222121cos2121sin2121kAmVEEtmAkxEtmAmVEmpkpk==++==+==fwwfww35六.振動(dòng)的合成同方向,同頻率簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成:其中:36一波傳播中的基本概念與基本物理量1.波線(xiàn),波面(球面波,平面波),波前2.波速3.波的周期,頻率與波長(zhǎng)二

一維簡(jiǎn)諧波的波函數(shù)三波函數(shù)物理的意義1.振動(dòng)方程與波函數(shù)之間的關(guān)系令x=x1將x1代入波函數(shù)后七.機(jī)械波37此處

’=2x1/是個(gè)定值.令

-’=1這時(shí)波函數(shù)回到了振動(dòng)方程2.將t=t1代入波函數(shù)上式表示波線(xiàn)上所有質(zhì)點(diǎn)在t1時(shí)刻離開(kāi)各自平衡位置的位移.383.正行波與逆行波當(dāng)t2t1時(shí),行波的方向沿軸正方向推移,則稱(chēng)正行波.其波函數(shù)為波函數(shù)中u用-u代入,得負(fù)行波波函數(shù)4.波速u(mài)與振動(dòng)速度v的區(qū)別u由介質(zhì)性質(zhì)及受力狀態(tài)決定的.39四波動(dòng)的能量

1在波動(dòng)傳播的媒質(zhì)中，任一體積元的動(dòng)能、勢(shì)能、總機(jī)械能均隨時(shí)間作同步地周期性變化，機(jī)械能不守恒.波動(dòng)是能量傳遞的一種方式.2平均能量密度：3平均能流密度（波強(qiáng)度）：40五波的干涉,駐波1.惠更斯原理2.波的疊加原理3.產(chǎn)生相干波的條件:兩個(gè)波源的振動(dòng)頻率相同,振動(dòng)方向相同,相位差恒定.4.波的干涉S1*S2*Pr2r1S1沿r1及s2沿r2的簡(jiǎn)諧波其波函數(shù)分別為41s1與s2在P點(diǎn)的合振幅取決于他們的相位差當(dāng)當(dāng)振動(dòng)減弱時(shí)k=0.1.2.振動(dòng)加強(qiáng)時(shí)在

1=2k=0.1.2.振動(dòng)減弱振動(dòng)加強(qiáng)425.駐波(1)駐波的形成:駐波是由兩列振幅相等,傳播方向相反的相干波疊加而成的.(2)駐波的波函數(shù)表達(dá)式(3)駐波的波函數(shù)表達(dá)式的物理意義(4)駐波的特點(diǎn)兩波腹或兩波節(jié)之間的距離恒為/2,相鄰兩波節(jié)之間的所有點(diǎn)具有相同的相位.波節(jié)兩側(cè)各/2之間的所有點(diǎn)具有相反的相位.(5)半波損失當(dāng)波從波疏媒質(zhì)入射到波密媒質(zhì)時(shí),反射波較入射波有半波損失.(即相位發(fā)生了

的突變).43駐波方程:討論：（a）表示質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧振動(dòng)。表示質(zhì)點(diǎn)合振動(dòng)的振幅不隨變，只隨變。（c）(b）駐波各點(diǎn)相位由的正負(fù)決定相位中無(wú)x振動(dòng)因子振幅||44駐波方程:波節(jié):波腹:=0=2Ak=(0,±1,±

2,…)k=(0,±1,±

2,…)★特例（1）波節(jié)波腹45★特例（2）波形圖波節(jié)點(diǎn)波腹點(diǎn)462.光程L及光程差

(1)光程L的物理意義:在相同時(shí)間內(nèi),將光在介質(zhì)中傳播的幾何路程折算到此光波在真空中的傳播路程.(2)光程差(3)光程差與位相差的關(guān)系一.光的干涉1.光的相干性分波陣面法分振幅法八.波動(dòng)光學(xué)473.光的干涉(1)光產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的條件是兩束光同頻率,同方向振動(dòng),具有固定的相位差.(2)獲得相干光的方法(分波振面法,分振幅法)分波振面法有楊氏雙縫,菲涅爾雙面鏡,洛埃鏡分振幅法有薄膜干涉(等傾干涉,等厚干涉)4.典型的干涉實(shí)例(1)楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)其特點(diǎn)干涉條紋是明暗相間且等寬,其寬度為注意,條紋間距是指兩相鄰明條紋或兩相鄰暗條紋中心位置之間的距離.48(2)等傾干涉設(shè)n2n1132n3n2n1(3)等厚干涉,為研究問(wèn)題方便,常用垂直光照射49(a)劈尖干涉的特點(diǎn)說(shuō)明,明暗條紋等寬.此處是明紋還是暗紋由劈尖性質(zhì)決定.(b)牛頓環(huán)干涉的特點(diǎn)相鄰兩條紋間對(duì)應(yīng)劈尖的高度差為一恒量.說(shuō)明條紋不均勻分布,靠近圓心處

r大.暗紋：50說(shuō)明相鄰兩暗環(huán)(或明環(huán))之間對(duì)應(yīng)的膜的厚度差為一恒量.(3)反射光干涉圖樣與透射光干涉圖樣互補(bǔ).51光的衍射現(xiàn)象是光具有波動(dòng)性的又一特性.本節(jié)主要介紹了三種衍射,單縫衍射,圓孔衍射,光柵衍射.一.單縫夫瑯合費(fèi)衍射,用半波帶法來(lái)討論衍射的條紋分布位置.明紋暗紋(3)中央明紋對(duì)應(yīng)于=0,其半角寬度

o,tgo=x1/fx1是第1級(jí)暗紋的坐標(biāo)解上面式子,并考慮到

二.光的衍射52二.圓孔衍射光學(xué)儀器