大學物理期末總結(jié)(第一學期)課件

1一.機械運動描述動量和動量守恒

一.模型1.質(zhì)點:把物體當做具有質(zhì)量的點----抽象性,相對性,普遍性.2.剛體:任意兩個質(zhì)點間的距離保持不變的質(zhì)點組.二.物理量(一).描述機械運動的物理量1.位矢:描寫運動質(zhì)點在任意時刻空間位置的矢量.直角坐標系:自然坐標系:期末總結(jié)22.位移:描寫質(zhì)點在一段時間內(nèi)位置移動情況的矢量.直角坐標系:自然坐標系:3.速度:描寫運動快慢程度和方向的物理量.{直角坐標系:自然坐標系:4.加速度：描寫速度的大小和方向變化的物理量．3直角坐標系:自然坐標系:（二.）量度機械運動的物理量動量:質(zhì)點的質(zhì)量m與其速度v的乘積稱為動量.4質(zhì)點運動學的兩類基本問題1.已知運動方程，如何求速度、加速度？2.已知加速度，如何求速度、運動方程和軌跡方程？*已知運動方程，用求導的方法可求速度、加速度。*已知加速度和運動的初始條件，用積分的方法可求速度、運動方程和軌跡方程。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）子彈進入沙土后，速度及位置矢量隨時間變化的函數(shù)式。（2）子彈進入沙土的最大深度。

解：★分離變量：兩變量分置等號兩邊（1）兩邊同時定積分（2）6剛體轉(zhuǎn)動定律的應(yīng)用用求導的方法積分加初始條件剛體定軸轉(zhuǎn)動的兩類問題：圓周運動（circularmotion）角位置角速度角加速度角加速度角速度角坐標合外力矩對時間求一階導對時間求一階導微分方程、積分微分方程、積分7二.角量與線量的關(guān)系線量角量8三、相對運動在相對于S平動的條件下對于二維運動要分解絕對時空觀u<<c時成立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”永遠保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)不變.(2).物體的動量對時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,作用力與反作用力大小相等,方向相反,作用在同一條直線上.2.動量守恒定律:當F合=0時:兩種表述:如果系統(tǒng)所受合外力為零,系統(tǒng)的總動量守恒.當一質(zhì)點系所受的合外力為零,其質(zhì)心速度不變.103.質(zhì)心運動定理:質(zhì)點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.動量定理:質(zhì)點系所受外力的矢量和在t1到t2時間內(nèi)的沖量等于質(zhì)點系的總動量在同一時間內(nèi)的增量.四.習題類型(1).利用已知求位移,速度,加速度等描述運動狀態(tài)的物理量.(2).利用牛頓三定律來解決問題.(3).利用動量守恒定律,動量定理求解問題.11二.角動量和角動量守恒能量和能量守恒一.概念1.角動量(動量矩)(1).質(zhì)點角動量:(2).定軸轉(zhuǎn)動剛體角動量:其中:或:2.動能(1).質(zhì)點動能:(2).質(zhì)點系動能:(3).定軸轉(zhuǎn)動剛體動能:123.功功率:P=M

4.勢能:任意點P的勢能大小為從P點沿任意路徑到勢能零點過程中保守力f所作的功.保守力:13二.定理1.角動量定理(1).質(zhì)點的角動量定理:質(zhì)點所受的力矩的角沖量等于質(zhì)點的角動量的增量.(2).質(zhì)點系角動量定理:質(zhì)點系所受的合外力矩的角沖量等于質(zhì)點系的角動量的增量.(3).定軸轉(zhuǎn)動剛體角動量定理:對轉(zhuǎn)動剛體的軸的合外力矩在時間上積累等于該剛體對同一軸的角動量的增量.142.動能定理(1).質(zhì)點的動能定理:合力對質(zhì)點所做的功等于動能的增量.(2).質(zhì)點系的動能定理:質(zhì)點系所受外力和內(nèi)力做功的代數(shù)和等于系統(tǒng)動能的增量.(3).剛體定軸轉(zhuǎn)動的動能定理:轉(zhuǎn)軸合外力矩對剛體作的功等于剛體轉(zhuǎn)動動能的增量.15三.守恒定律1.角動量守恒定律:當質(zhì)點系所受外力對某參考點的力矩的矢量和為零時,質(zhì)點系對參考點的總角動量保持不變.2.機械能守恒定律:只有保守力做功時,系統(tǒng)的機械能保持不變.E=恒量16——質(zhì)點角動量守恒定律

OmvF·L

（中心力）r（1）mvrsin=const.，（2）軌道在同一平面內(nèi)。17三.相對論一.洛倫茲變換1）滿足相對性原理和光速不變原理2）當質(zhì)點速率遠小于真空光速c

時，該變換應(yīng)能使伽利略變換重新成立。1.滿足條件：2.坐標變換:18二、狹義相對論的時空觀1.同時性的相對性2.長度收縮（運動的尺收縮）3.時間延緩(運動的時鐘變慢)19三、動量能量質(zhì)能關(guān)系1.動量：3.能量：靜能:總能：4.能量和動量的關(guān)系2.動能：20四.統(tǒng)計物理學基礎(chǔ)一.統(tǒng)計方法的基本概念1.統(tǒng)計規(guī)律：特點：(1).大量事件的表現(xiàn)。(2).與單個粒子所遵循的規(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）——

討論分子平均平動動能時用——

討論分子碰撞問題時用——

討論分子的速率分布時用

3.方均根速率（root-mean-squarespeed）（麥）23①

整個速率范圍（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，粒子的每一個可能的自由度都有相同的平均動能kT/2。2.內(nèi)能：四.分子碰撞的統(tǒng)計規(guī)律1.平均碰撞頻率：2.平均自由程：26五.熱力學基礎(chǔ)一.熱力學基本概念1.熱力學系統(tǒng)：3.過程量：熱量：內(nèi)能：2.準靜態(tài)過程：4.狀態(tài)量：功：275.熱容量：定壓摩爾熱容量：定容摩爾熱容量：對于理想氣體：二.熱力學定律1.熱力學第零定律：如果兩個熱力學系統(tǒng)中的每一個都與第三個熱力學系統(tǒng)處于熱平衡，則它們彼此處于熱平衡。2.熱力學第一定律：283.熱力學第二定律開爾文表述：克勞修斯表述：三.熱機效率致冷系數(shù)1.循環(huán)過程：2.熱機效率：3.致冷系數(shù)：卡諾定理：(1).工作在兩個恒溫熱源之間卡諾熱機的效率最高。(2).工作在兩個恒溫熱源之間的所有卡諾熱機的效率相等，只與溫度有關(guān)，與工作物質(zhì)無關(guān)。29四.等值過程特點狀態(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.

簡諧振動的條件1.動力學條件:物體受到的合外力與它對平衡位置的位移成正比且反向，即:2.運動學條件:系統(tǒng)相對位置平衡的位移是時間的余弦或正弦函數(shù)，即:六.機械振動有:31(3.從功能角度來看,物體在簡諧振動過程中只有彈性力作功,故系統(tǒng)的機誡能守恒.如選平衡位置處勢能為零,選最大位移處動能為零,則二.簡諧振動的運動方程32

x表示諧振子的坐標,由于坐標原點選在彈簧原長,故用x表示諧振子的位移三.簡諧振動運動方程中各項的物理意義1.2.A表示諧振子離開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叫振動的頻率,它表示在一秒鐘內(nèi)做完整振動的次數(shù).

6.

T叫振動的周期,它表示振子做一次完整振動所需要的時間.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.

諧振動的能量()()22222222222121cos2121sin2121kAmVEEtmAkxEtmAmVEmpkpk==++==+==fwwfww35六.振動的合成同方向,同頻率簡諧振動的合成:其中:36一波傳播中的基本概念與基本物理量1.波線,波面(球面波,平面波),波前2.波速3.波的周期,頻率與波長二

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

’=2x1/是個定值.令

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

1在波動傳播的媒質(zhì)中，任一體積元的動能、勢能、總機械能均隨時間作同步地周期性變化，機械能不守恒.波動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:兩個波源的振動頻率相同,振動方向相同,相位差恒定.4.波的干涉S1*S2*Pr2r1S1沿r1及s2沿r2的簡諧波其波函數(shù)分別為41s1與s2在P點的合振幅取決于他們的相位差當當振動減弱時k=0.1.2.振動加強時在

1=2k=0.1.2.振動減弱振動加強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)表達式(3)駐波的波函數(shù)表達式的物理意義(4)駐波的特點兩波腹或兩波節(jié)之間的距離恒為/2,相鄰兩波節(jié)之間的所有點具有相同的相位.波節(jié)兩側(cè)各/2之間的所有點具有相反的相位.(5)半波損失當波從波疏媒質(zhì)入射到波密媒質(zhì)時,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)點做簡諧振動。表示質(zhì)點合振動的振幅不隨變，只隨變。（c）(b）駐波各點相位由的正負決定相位中無x振動因子振幅||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)點波腹點462.光程L及光程差

(1)光程L的物理意義:在相同時間內(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.波動光學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,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.典型的干涉實例(1)楊氏雙縫實驗其特點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,為研究問題方便,常用垂直光照射49(a)劈尖干涉的特點說明,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)干涉的特點相鄰兩條紋間對應(yīng)劈尖的高度差為一恒量.說明條紋不均勻分布,靠近圓心處

r大.暗紋：50說明相鄰兩暗環(huán)(或明環(huán))之間對應(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.51光的衍射現(xiàn)象是光具有波動性的又一特性.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.單縫夫瑯合費衍射,用半波帶法來討論衍射的條紋分布位置.明紋暗紋(3)中央明紋對應(yīng)于=0,其半角寬度

o,tgo=x1/fx1是第1級暗紋的坐標解上面式子,并考慮到

二.光的衍射52二.圓孔衍射光學儀器