吴百诗《大学物理基础》电子教案ch8
大学物理电子教案
一、教案基本信息教案名称：大学物理电子教案章节：第一章绪论课时：2课时年级/专业：大一物理学专业教学目标：1. 使学生了解大学物理课程的性质、地位和作用。
2. 帮助学生掌握物理学的基本概念和研究方法。
3. 激发学生对大学物理的学习兴趣和热情。
教学重点：1. 大学物理课程的性质和地位。
2. 物理学的基本概念。
3. 物理学的研究方法。
教学难点：1. 大学物理课程的作用。
2. 物理学的基本概念的理解。
3. 物理学研究方法的运用。
教学准备：1. PPT课件。
2. 教材或参考书。
二、教学过程第一课时1. 导入（5分钟）教师通过引入物理现象或实际问题，引发学生对大学物理的思考，激发学生的学习兴趣。
2. 大学物理课程的性质和地位（10分钟）教师介绍大学物理课程的特点、意义和地位，使学生明确学习本课程的重要性。
3. 物理学的基本概念（15分钟）教师讲解物理学的基本概念，如物质、能量、力等，并引导学生理解这些概念在现实世界中的应用。
4. 物理学的研究方法（20分钟）教师介绍物理学的研究方法，如实验、理论分析、数学建模等，并引导学生了解这些方法在解决问题中的应用。
第二课时1. 复习导入（5分钟）教师通过提问或小测验，检查学生对上一课时内容的掌握情况，并引导students to review the knowledge.2. 大学物理课程的作用（10分钟）教师详细讲解大学物理课程的作用，如培养学生的科学思维能力、提高学生的综合素质等，并引导学生认识到大学物理对个人发展的价值。
3. 物理学的基本概念的理解（15分钟）教师通过举例或讲解，帮助学生深入理解物理学的基本概念，并引导学生学会运用这些概念分析问题和解决问题。
4. 物理学研究方法的运用（20分钟）教师通过案例分析或小组讨论，引导学生学会运用物理学研究方法解决问题，并培养学生的团队协作能力。
三、教学评价1. 课堂问答：检查学生对教案内容的掌握程度。
2. 课后作业：布置相关练习题，巩固学生对教案内容的理解。
大学物理学电子教案
•激光器已能实现小型化
•无粒子数反转激光器初见端倪
一、固体的能带 1、能带的形成
19－12 半导体
完全分离的两个 氢原子能级
两个氢原子靠 得很近得能级
六个氢原子靠 得很近得能级
原子的的外层电子因原子间的相互影响较强，能级分裂 造成的能量范围大，能级较宽，内层电子则因相互影响 较弱而能带较窄。
海大理学院教学课件
大学物理学电子教案
量子物理（6）
19－11 激光 19－12 半导体 19－13 超导电性
复习
• 氢原子的量子理论简介
• 氢原子的定态薛定谔方程 • 三个量子数 • 氢原子在基态时的径向波函数和电子的分布概率
• 多电子原子中的电子分布
• 电子自旋 自旋磁量子数 • 四个量子数 • 多电子原子中的电子分布
•引言
1．物理学的三次大突破导致了生产力的大飞跃
•力学、热力学的研究（18世纪下半叶）
——蒸汽机的发明和广泛应用 ——第一次工业革命
•电磁学的研究和电磁理论的建立 ——发电机、电动机、无线电
——第二次工业革命（工业电气化）
•相对论、量子力学的建立——高速、微观
核物理
——核能
原子、分子物理
——激光
半导体、固体物理 ——新材料
二、绝缘体、导体和半导体
1、绝缘体
能带的特征：（1）只有满带和空带； （2）满带和空带之间有较宽的禁带， 禁带宽度一般大于3eV。
导带（空带） ΔEg>3eV
由于满带中的电子不参与导电，一般 外加电场又不足以将满带中的电子激 价带
满带
发到空带，此类晶体导电性极差，称
为绝缘体。
2、半导体
导电能力介于导体与绝缘体之间的晶 体称为不同，它的能带结构也只有满 带和空带，与绝缘体的能带相似，差 别在于禁带宽度不同，半导体的禁带 宽度一般较小，在2eV以下。
吴百诗版大学物理上册电子课件
T2 m
r
T1
物体 m2：T2 m2g m2a2
T2
T1
滑轮
m：T1r T2
a1 a2
r
a
J
r
1 2
mr
2
m2 m2 g
m1 m1g
m1 m2 g
m1
m2
1 2
m
r
0
t
Δmk 的动能为
Ek
1 2
Δmkv
k
2
1 2
Δmk
rk
2
2
z
O rk
vk
P
• Δmk
刚体的总动能
E
Ek
1
2
Δmk
rk
2
2
1 2
Δmk rk 2
2
1 2
J 2
结论 绕定轴转动刚体的动能等于刚体对转轴的转动
惯量与其角速度平方乘积的一半
Xi’an Jaotong University
L mvrsin m Δr rsin 2m ΔS
Δt
Δt
ΔS
•
M
Δrr
•M
Xi’an Jaotong University
例 发射一宇宙飞船去考察一 质量为 M 半径为 R 的行星.
当飞船静止于空间距行星中心 4 R 时, 以速度v 0发射一 质量为 m 的仪器. 要使该仪器恰好掠过行星表面
讨论
(1) 合力矩的功
A 2 Md (2
吴百诗《大学物理基础》电子教案ch3
(2) 质点在球内任一点C，与 球心距离为x，质点受到 的万有引力为
M
R O
m x
4 f G mx 3 R 4 Mm E p G mxdx G 2 dx x R 3 x 2 Mm 2 2 G m( R x ) G 3 R 3R 2 x 2 GMm( ) 3 2R
O
y
b0 g 0 (l b0 ) g 0
0 b0 l 1 0
当 y >b0 ，拉力大于最大静摩擦力时，链条将开始滑动。
(2) 以整个链条为研究对象，链条在运动过程中各部分之间 相互作用的内力的功之和为零，
重力的功
1 A ygdy g (l 2 b 2 ) b 2
aL aL aL
A1 A2 An
(3) 一般来说，功的值与质点运动的路径有关
三. 功率
力在单位时间内所作的功，称为功率。 平均功率
A P t A dA P lim t 0 t dt
当t 0时的瞬时功率
F dr P F v Fv cosθ dt
dA dEP
2. 由势能曲线求保守力 势能曲线上某点斜率的负值，就是该点对应的位置处质点 所受的保守力。
EP EP EP F ( i j k) x y z
A
EP C
E
Ek F
EP x1
F F
x2
B
F
x3
x4
x
质点运动范围： Ek E E p 0
Ep
1. 重力势能
M0
M
F dr
z
M ( x, y , z )
E p ( mg )dz mgz
《大学物理电子教案》课件
《大学物理电子教案》课件第一章：引言1.1 课程介绍了解大学物理课程的性质、目的和意义掌握大学物理的学习方法和技巧1.2 物理概念和原理介绍基本的物理概念和原理理解物理概念和原理在实际应用中的重要性第二章：力学2.1 牛顿运动定律掌握牛顿运动定律的内容和应用理解牛顿运动定律的物理意义2.2 动量和能量学习动量和能量的概念及其守恒定律掌握动量和能量的转换和守恒原理第三章：热学3.1 热力学基本概念了解温度、热量和内能的概念理解热量传递的机制3.2 热力学第一定律学习热力学第一定律的内容和应用掌握能量守恒定律在热学中的应用4.1 库仑定律和电场掌握库仑定律和电场的概念理解电场的强度和方向4.2 磁场和电磁感应学习磁场和电磁感应的原理掌握法拉第电磁感应定律的应用第五章：波动和光学5.1 波动方程和波速学习波动方程的推导和波速的计算理解波动的传播特性5.2 光的传播和折射掌握光的传播定律和折射定律理解光的折射现象及其应用《大学物理电子教案》课件第六章：声学6.1 声波的基本概念学习声波的产生、传播和接收理解声波的频率、波长和速度6.2 声波的干涉和衍射掌握声波的干涉和衍射现象理解声波干涉和衍射的应用7.1 波函数和薛定谔方程学习波函数的概念和薛定谔方程的建立理解量子力学的基本原理7.2 量子态的叠加和测量掌握量子态的叠加原理和测量规则理解量子力学在实际应用中的限制第八章：原子物理8.1 原子结构模型学习原子的基本结构和相关模型理解原子的电子排布和能级结构8.2 原子光谱和能级跃迁掌握原子光谱的产生和能级跃迁的机制理解原子光谱在科学研究中的应用第九章：固体物理9.1 晶体的基本概念学习晶体的点阵结构和空间群理论理解晶体物理性质的规律性9.2 半导体和超导体掌握半导体的能带结构和导电特性理解超导体的零电阻和完全抗磁性第十章：现代物理简介10.1 相对论学习爱因斯坦相对论的基本原理理解相对论对经典物理的改写和拓展10.2 粒子物理和宇宙学掌握粒子物理的基本理论和宇宙学的基本概念理解粒子物理和宇宙学在现代物理学中的重要性《大学物理电子教案》课件第十一章：光学11.1 光的传播和反射学习光的传播定律和反射定律理解光的反射现象及其应用11.2 光的折射和透镜掌握光的折射定律和透镜的成像原理理解透镜在不同介质中的聚焦和发散作用第十二章：现代光学技术12.1 光纤通信技术学习光纤通信的原理和优点理解光纤通信在现代通信技术中的应用12.2 激光技术掌握激光的产生原理和特性理解激光在科学研究和工业应用中的重要性第十三章：波动光学13.1 波前和光程学习波前和光程的概念理解波前变换和光束传播的原理13.2 干涉和衍射掌握干涉和衍射的原理及其应用理解干涉和衍射在光学仪器和显示技术中的应用第十四章：量子光学14.1 量子态和量子纠缠学习量子态的叠加和纠缠现象理解量子纠缠在量子通信和量子计算中的应用14.2 量子光子和量子隐形传态掌握量子光子的概念和量子隐形传态的原理理解量子隐形传态在量子通信和安全通信中的重要性第十五章：物理实验和实验方法15.1 物理实验的基本方法和技巧学习物理实验的设计、数据采集和分析方法理解物理实验在科学研究中的重要性15.2 常见物理实验设备和技术掌握常见物理实验设备的使用和维护方法理解物理实验中常用的技术和测量手段重点和难点解析本文档涵盖了一个全面的《大学物理电子教案》课件，内容包含了前三个主要部分：力学、热学、电磁学、波动和光学、声学、量子力学、原子物理、固体物理、现代物理简介、光学、现代光学技术、波动光学、量子光学、物理实验和实验方法。
吴百诗大学物理8章-3
1 e SE dS
0
q
内
(不连续分布的源电荷)
1 Φe SE dS V dV
0
(连续分布的源电荷)
是所有电荷产生的; 只与内部电荷有关。 e E
真空中的任何静电场中，穿过任一闭合曲面的电通量，等 于该曲面所包围的电荷电量的代数和乘以 1 0
1 E 2 r
R
O
4 3 q内 3π r
E r 3 0
r
电场分布曲线
例3 “无限大”均匀带电平面，电荷面密度为 求 电场强度分布 解 电场强度垂直带电平面, 选取 P/ 垂直带电面的圆柱形高斯面
O
P
e E dS E dS
与路径无关
• 任意带电体系产生的电场 电荷系q1、q2、…的电场中，移动q0，有
Aab
b
a( L)
b
b F dl q0 E dl
a( L)
b •
a( L) n
q0 ( Ei ) dl
n i 1 b a( L)
i 1
q0 Ei dl
a•
L
q1 qi
q2
qn1 qn
qi q0 1 1 ( ) rbi i 4 0 rai
结论 电场力作功只与始末位置有关，与路径无关，所以静电力 是保守力，静电场是保守力场。
二.静电场的环路定理
• 积分形式的环路定理 在静电场中，沿闭合路径移动q0，电场力作功
Aab F dl q0 E dl
意义 静电场是无旋场 讨论
E 0
微分形式 环路定理
大学物理吴百诗课件。
2. 运动方程
定义:质点的位矢随时间变化的函数关系。
矢量式
r(t)
x(t)i
y(t
)
j
z(t)k
分量式
x y
x(t) y(t)
z z(t)
质点被约束在二维平面（如沿 x , y 平面）内运动时
x x(t)
y
y(t)
质点被限在一直线（如沿x轴）运动时
v(t t)
加速度等于速度对时间的一阶导数，位矢对时间的二阶导数。
在直角坐标系下
a
dv
dv x
i
dv
y
j
dv
z
k
dt dt dt dt
d2x dt 2
i
d2 y dt 2
j
d2z dt 2
k
axi
ay
j
azk
大小 a a
y
定义：参考点引向质点所在处的
矢量，用符号 r 表示。
在直角坐标系中
r
xi
yj
zk
P(x, y, z)
j
k
β o
α i
r
x
位矢的大小：
r r x2 y2 z2
z
位矢的方向余弦：
cos α x , cos β y , cos γ z
r
r
r
在直角坐标系中：
zo
x
r
(
xBi
吴百诗《大学物理基础》电子教案ch7
7.5 理想气体的内能和CV , Cp
一. 理想气体的内能
问题： 气体的内能是 p, V, T 中任意两个参量的函数，其 具体形式如何？
1. 焦耳试验 (1) 实验装置 实验结果
膨胀前后温度 计的读数未变 温度一样
(2) 分析 气体绝热自由膨胀过程中
Q0
A0
Q E2 E1） A （
Q C x lim T 0 T 1
Cx Q )x • 比热容 cx ( m mT
• 摩尔热容
1 Q Cx ( )x T
注意: 热容是过程量，式中的下标 x 表示具体的过程。 2. 热量计算
Qx C x dT
T1
T2
若Cx与温度无关时，则
Q Cx (T2 T2 )
二.气体的状态参量
体积(V) 压强(p) 气体分子可能到达的整个空间的体积 大量分子与器壁及分子之间不断碰撞而产生的 宏观效果 大量分子热运动的剧烈程度 温标：温度的数值表示方法
温度(T)
国际上规定水的三相点温度为273.16 K
三. 平衡态
在没有外界影响的情况下，系统各部分的宏观性质在 长时间内不发生变化的状态。
无法自我验证
热力学验证统计物理学，统计物理学揭示热 力学本质
7.2 平衡态
一. 系统和外界
理想气体状态方程
• 热力学系统 • 外界
由大量粒子组成的宏观物体或物体系。
系统以外的物体
系统
• 系统与外界可以有相互作用
例如：热传递、质量交换等
• 系统的分类
开放系统 系统与外界之间，既有物质交换，又有能量交换。 封闭系统 系统与外界之间，没有物质交换，只有能量交换。 孤立系统 系统与外界之间，既无物质交换，又无能量交换。
《大学物理电子教案》课件
《大学物理电子教案》课件第一章：引言1.1 课程介绍理解大学物理课程的重要性了解大学物理的课程内容和目标1.2 物理概念与原理介绍物理学的基本概念和原理理解物理学的应用领域和意义1.3 科学方法学习科学方法的应用掌握科学实验设计和数据分析的基本技能第二章：力学2.1 牛顿运动定律学习牛顿运动定律的内容和应用掌握运动方程的求解方法2.2 动量和能量理解动量和能量的概念及其守恒原理学习动量和能量的计算方法2.3 引力定律和天体物理学学习万有引力定律和天体物理学的基本概念掌握天体运动方程的求解方法第三章：热学3.1 温度和热量理解温度和热量的概念及其测量方法学习热量传递的机制和热传导方程3.2 热力学定律学习热力学第一定律和第二定律掌握热力学方程的求解方法3.3 热能转换和热效率学习热能转换的原理和热效率的计算方法了解热能转换在实际应用中的重要性第四章：波动与光学4.1 波动方程和波的传播学习波动方程的建立和波的传播特性掌握波的干涉和衍射现象的计算方法4.2 光学原理学习光的传播、反射、折射和干涉现象掌握光学方程的求解方法4.3 光纤和光电子学了解光纤通信和光电子学的原理和应用学习光纤和光电子学的基本设计和计算方法第五章：现代物理简介5.1 量子力学基础学习量子力学的基本概念和原理掌握量子力学方程的求解方法5.2 原子和分子学习原子的结构和性质了解分子的形成和分子间相互作用5.3 固体物理学学习固体物理学的基本概念和原理掌握固体材料的性质和应用第六章：电磁学6.1 库仑定律和电场学习库仑定律和电场的概念掌握电场强度和电势的计算方法6.2 磁场和电磁感应学习磁场和电磁感应的原理掌握安培环路定律和法拉第电磁感应定律的求解方法6.3 交流电和电磁波学习交流电的特性及其产生和传输了解电磁波的产生、传播和应用第七章：量子力学7.1 波函数和薛定谔方程学习波函数的概念和薛定谔方程的建立掌握一维势阱和量子束缚态的解法7.2 量子态的叠加和测量学习量子态的叠加原理和测量效应理解量子纠缠和量子超位置原理7.3 量子力学应用了解量子力学在固体物理、原子物理和粒子物理中的应用学习量子计算和量子通信的基本原理第八章：原子和分子8.1 原子结构学习原子的电子排布和能级结构掌握原子光谱和原子跃迁的原理8.2 分子结构和化学键学习分子的形成和化学键的类型了解分子轨道理论和价键理论8.3 分子光谱和红外光谱学学习分子光谱的产生和红外光谱学的应用掌握红外光谱的解析方法第九章：固体物理学9.1 晶体结构学习晶体的点阵结构和空间群理论掌握晶体物理性质的晶体学基础9.2 固体材料的热性质学习固体的导热性和热膨胀原理了解超导性和量子相变的联系9.3 半导体和纳米材料学习半导体的能带结构和器件应用了解纳米材料的特性及其在电子学中的应用第十章：现代物理技术10.1 粒子加速器和探测器学习粒子加速器的工作原理和探测器的设计了解粒子物理实验的最新进展10.2 同步辐射和核磁共振学习同步辐射的产生和应用掌握核磁共振原理和NMR技术的应用10.3 量子信息和量子计算了解量子信息的基本概念和量子计算的技术进展学习量子密码学和量子通信的原理重点和难点解析重点环节一：第三章热学中的热量传递机制和热传导方程。
吴百诗《大学物理基础》电子教案ch
吴百诗《大学物理基础》电子教案ch 第一章：引言1.1 课程介绍理解大学物理基础课程的重要性了解课程的目标和内容1.2 物理学的发展历程回顾物理学的历史发展了解著名物理学家的贡献1.3 物理学的应用领域探讨物理学在现代科技中的应用了解物理学在其他学科中的作用第二章：力学2.1 牛顿运动定律掌握牛顿三定律的内容理解定律的应用和实际意义2.2 动量和能量学习动量和能量的概念掌握守恒定律的应用2.3 引力定律和天体力学学习万有引力定律了解天体力学的基本概念第三章：热学3.1 热力学基本概念理解温度、热量和内能的概念学习热力学第一定律3.2 热传递和热能转换学习热传递的方式和机制了解热能转换的原理和技术3.3 理想气体状态方程掌握理想气体的状态方程学习气体的压强、体积和温度之间的关系第四章：波动与光学4.1 波动的基本概念学习波的传播和波动方程理解波的干涉和衍射现象4.2 声学基础学习声波的产生和传播了解声学在实际应用中的重要性4.3 光学原理与技术学习光的传播和反射、折射现象了解光学在现代科技中的应用第五章：现代物理简介5.1 量子力学基础了解量子力学的基本概念学习量子态和量子纠缠等现象5.2 相对论简介学习爱因斯坦的相对论原理理解时间、空间和质量的相对性5.3 现代物理技术的应用探讨现代物理技术在科学研究和实际应用中的作用了解物理学在未来的发展前景第六章：电磁学6.1 静电学学习静电荷和静电场的概念掌握库仑定律和电场强度6.2 稳恒电流和稳恒磁场学习电流和磁场的产生原理理解安培定律和法拉第电磁感应定律6.3 电磁波学习电磁波的产生和传播掌握电磁波的能量和动量第七章：原子与核物理7.1 原子结构学习原子的组成和电子结构理解原子的能级和光谱线7.2 原子核结构学习原子核的组成和核力了解核反应和核衰变7.3 核物理应用探讨核物理在能源和医学等领域的应用了解核技术的发展和挑战第八章：量子力学8.1 量子态学习量子态的表示和叠加理解量子态的测量和坍缩8.2 量子力学方程掌握薛定谔方程和解的性质学习量子跃迁和能级分布8.3 量子纠缠和量子信息理解量子纠缠的概念和性质探讨量子信息科学的发展前景第九章：固体物理9.1 晶体结构学习晶体的基本概念和分类理解晶体的空间点阵和晶胞9.2 固体物理性质学习固体的导电性、热导性和磁性了解半导体和超导体的特殊性质9.3 纳米技术和材料科学探讨纳米技术在现代科技中的应用了解材料科学的研究方向和发展趋势第十章：物理实验方法10.1 实验误差与数据处理学习实验误差的来源和减小方法掌握数据处理的基本技巧和原则10.2 常用物理实验仪器了解物理实验中常用的仪器和设备学习仪器的使用和维护方法10.3 实验设计与分析培养实验设计和分析的能力第十一章：物态方程与相变11.1 物态方程学习理想气体状态方程的推导和应用理解物态方程在描述物质状态变化中的作用11.2 相变理论学习相变的基本概念和分类理解相变理论的基本原理和数学描述11.3 相变的实验观察学习实验观察相变的方法和技术探讨相变在材料科学和凝聚态物理中的应用第十二章：非线性动力学12.1 非线性方程和解学习非线性方程的基本概念和解法理解非线性系统的特点和复杂性12.2 混沌现象学习混沌的基本概念和特性理解混沌在自然界和人工系统中的应用12.3 非线性动力学的实验研究学习实验研究非线性动力学的方法和技术探讨非线性动力学在物理和工程领域中的应用第十三章：宇宙学与天体物理学13.1 宇宙学基本概念学习宇宙学的基本原理和理论理解宇宙的起源、演化和结构13.2 宇宙背景辐射学习宇宙背景辐射的发现和特性理解宇宙背景辐射在宇宙学中的重要性13.3 天体物理现象学习恒星、黑洞和星系等天体物理现象理解天体物理学在探索宇宙中的作用第十四章：环境物理学14.1 环境物理学基本概念学习环境物理学的基本原理和内容理解环境物理学在保护环境和可持续发展中的重要性14.2 大气物理与气候变化学习大气物理的基本现象和气候变化的原因理解气候变化对环境和社会的影响14.3 环境污染与治理学习环境污染的来源和影响探讨环境保护和污染治理的技术和方法第十五章：现代物理探测技术15.1 粒子加速器与探测器学习粒子加速器和探测器的基本原理理解粒子加速器在现代物理研究中的重要性15.2 核磁共振与成像技术学习核磁共振的基本原理和应用理解成像技术在医学和生物学中的重要性15.3 光学探测技术与激光应用学习光学探测技术的原理和应用探讨激光在科学研究和工业中的应用前景重点和难点解析第一章：引言重点：理解物理学的重要性、发展历程和应用领域。
《大学物理学》吴百诗电子教案 大学物理电子教案
3.多媒体教学信息量大，传递速度快，用本软件授课时， 应熟悉播放顺序，注意控制播放速度，使学生有充足的 考时间.
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顾 问： 吴百诗 主 编： 张孝林 副 主 编： 罗春荣 编写制作：
（上册） 侯建平 （中册） 刘丹东 （下册） 刘 萍 美术设计： 李普选 责任编辑： 庞永江
田蓬勃
郑建邦 徐忠锋 张孝林
罗春荣 田蓬勃 徐忠锋
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西安交通大学、西北工业大学大学物理 《电子教案》编写制作组
（2006年元月）
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目录
大学物理电子教案
第13章 机械波
第14章 几何光学
第15章 波动光学 第16章 量子物理基础 第17章 原子核和粒子物理简介 使用说明
制作群体
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使用说明
1.本电子教案以吴百诗教授主编的《大学物理》教材（高 等教育出版社出版）为蓝本，章节划分与之完全对应； 适用于大学本科非物理专业物理课程的多媒体教学, 也 可作为学生课后自学的参考软件.
高等教育出版社 高等教育电子音像出版社
目录
第 1 章 质点运动学 第 2 章 质点动力学 第 3 章 刚体力学基础 第 4 章 狭义相对论基础 第 5 章 气体动理论 第 6 章 热力学基础
End
大学物理电子教案
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《大学物理》力学基础教案.docx
力学基础教案一力学基础（分成8讲，共计16学时）经典力学的基础，包括质点力学和刚体力学定轴转动部分.着重阐述动量,角动量，和能量等概念及相应的守恒定律.狭义相对论的时空观是当今物理学的基本概念，它和牛顿力学联系紧密.为此，把狭义相对论归入经典力学的范畴.第01章质点运动学（4学时）第02章质点运动定律（1学时）第03章动量守恒和机械能守恒（3学时）第04章刚体的定轴转动（4学时）第05章万有引力场（部分内容穿插到第03章）第18章相对论（4学时）第01章质点运动学（4学时）［教学内容］§ 1-1质点运动的描述§ 1-2加速度为恒矢量时的质点运动§ 1-3圆周运动§ 1-4相对运动［基本要求］1.掌握位置矢量、位移、加速度等描述质点运动及运动变化的物理量.理解这些物理量的矢量性、瞬时性和相对性.2.理解运动方程的物理意义及作用.掌握运用运动方程确定质点的位置、位移、速度和加速度的方法，以及已知质点运动的加速度和初始条件求速度、运动方程的方法3.能计算质点在平面内运动时的速度和加速度，以及质点作圆周运动时的角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度.4.理解伽利略速度变换式，并会用它求简单的质点相对运动问题［重点］:1.掌握位置矢量、位移、速度、加速度、角速度、角加速度等描述质点运动和运动变化的物理量，明确它们的相对性、瞬时性和矢量性。
2.确切理解法向加速度和切向加速度的物理意义；掌握圆周运动的角量和线量的关系，并能灵活运用计算问题。
3.理解伽利略坐标、速度变换，能分析与平动有关的相对运动问题。
［难点］:1 .法向和切向加速度2.相对运动问题§ 1-1质点运动的描述§ 1-2加速度为恒矢量时的质点运动（内容打乱当例子讲）［教学过程］一、参考系为了确定物体的位置而选作参考的物体称为参考系。
要作定量描述，还应在参考系上建立座标系。
二、位矢与位移（为简化，讨论二维情况）位置矢量（位矢）,方向cos a =—r①运动方程运r = r(0 = x(t)i + y(t) j + z(t)k分x = x（t）y = y（0消去参数t,可得轨道方程z =如）②轨道方程（质点运动轨迹的曲线方程）: f（x,y）=。
《大学物理教案CH》课件
《大学物理教案CH》课件一、引言1. 课程介绍：本课程旨在帮助学生理解大学物理的基本概念、原理和定律，培养学生的科学思维能力和实验技能。
2. 课程目标：通过本课程的学习，学生将能够理解并应用物理学的基本原理，解决实际问题，并具备进一步学习物理学相关领域的知识。
二、第一章：力学基础1. 教学内容：a. 牛顿运动定律b. 动量与冲量c. 能量守恒定律d. 转动定律2. 教学目标：a. 学生能够理解并应用牛顿运动定律解决实际问题。
b. 学生能够理解动量与冲量的概念，并应用它们解决相关问题。
c. 学生能够理解能量守恒定律，并应用它解释现象。
d. 学生能够理解转动定律，并应用它解决转动问题。
三、第二章：波动与光学1. 教学内容：a. 波动方程b. 波的衍射与干涉c. 光学基本原理d. 光的折射与反射2. 教学目标：a. 学生能够理解波动方程，并应用它解决波动问题。
b. 学生能够理解波的衍射与干涉原理，并应用它们解释现象。
c. 学生能够理解光学基本原理，并应用它们解决光学问题。
d. 学生能够理解光的折射与反射定律，并应用它们解决光学问题。
四、第三章：热学1. 教学内容：a. 热力学第一定律b. 热力学第二定律c. 热传导d. 辐射与吸收2. 教学目标：a. 学生能够理解热力学第一定律，并应用它解决热学问题。
b. 学生能够理解热力学第二定律，并应用它解释热学现象。
c. 学生能够理解热传导的原理，并应用它解决热传导问题。
d. 学生能够理解辐射与吸收的原理，并应用它们解决热学问题。
五、第四章：电磁学1. 教学内容：a. 库仑定律与电场b. 电势与电势差c. 电流与磁场d. 电磁感应2. 教学目标：a. 学生能够理解库仑定律与电场的概念，并应用它们解决电学问题。
b. 学生能够理解电势与电势差的概念，并应用它们解决电学问题。
c. 学生能够理解电流与磁场的概念，并应用它们解决磁学问题。
d. 学生能够理解电磁感应的原理，并应用它解决电磁学问题。
大学物理习题答案-吴百诗
吴百诗二部题解 第二学期第九章 静电场一、选择题 （1）D解：先考虑一个板带电q ，它在空间产生的场强为02q ESε=。
注意是匀场。
另一板上电荷“|－q|”在此电场中受力，将其化为无数个点电荷q dq =∑，每个电荷受力大小为0||2q dq dF dq E S ε⋅=⨯=，故整个|－q|受力为：200||22q dq qF dq E S Sεε⋅=⋅==∑∑。
这既是两板间作用力大小。
（2）B解：由电通量概念和电力线概念知：A 、穿过S 面的电通量不变，因为它只与S 面内的电荷相关，现内面电荷没有变化，所以穿过S 面的电通量不变。
B 、由于S 面上场强与内外电荷都有关，现在外面电荷位置变化，所以P 点场强也变化。
故选B 。
二、填空题 （1）||/3q '=解：画图。
设等边三角形的边长为a ，则任一顶点处 的电荷受到其余两个电 荷的作用力合力F为：222212cos30(2/)2/FF kq a a =⨯︒=⨯=设在中心处放置电荷q '，它对顶点处电荷的作用力为：223qq qq F kk k r a '''===再由F F '=-，可解出/3||/3q q ''=⇒⇒=。
（2）20/(2)qia πε 或 20/(2)q a πε，i方向指向右下角。
解：当相对称的两电荷同号则在O 点的场强抵消，若异号肯定有电力线过 O 点，故只有左上角的电荷电力线指向右下角的“－”电荷。
是202/(4)q a ⨯πε三、计算题 9.3 9.40ln 2a b a σπε+, 10()2-⋅btg hσπε （6.7） 解：将带电平面薄板划分为无数条长直带电线（书中图），宽为dx 。
求出每条带电线在场点产生的场强0022()2dx dE b r a x ⋅==+-λσπεπε 原点取在导体片中间，x 方向向左：← 故总的场强：00/2/2ln 222()b b dx E a b b x a a σεεσππ-==+-+⋅⎰ E 的方向沿x 轴正向。
大学物理学电子教案
解：由题意及加速度的定义式，可知
因而 积分 得
a kv dv dt
dv kdt v
v dv t
kdt
v v0
0
v ln kt
v0
所以
v v0ekt
速度的方向保持不 变，但大小随时间 增大而减小，直到 速度等于零为止。
小结
三个概念：
1. 参考系——为描述物体的运动而选择的标准物 2. 坐标系——定量确定物体相对于参考系的位置 3. 质点 ——把物体当做只有质量没有形状和大小的点
3、质点
•质点的引入 任何物体都有大小和形状。物体在运动时它各部 分的位置变化是不同的，物体的运动情况是非常 复杂的。
•质点的概念 当物体的大小和形状忽略不计时，可以把物体当 做只有质量没有形状和大小的点——质点。
•说明 •质点的概念是在考虑主要因素而忽略次要因 素引入的一个理想化的力学模型。 •一个物体能否当做质点，取决于研究问题的 性质。
•速度具有瞬时性； • 具有相对性； • 单位：m·s-1
3、关于速度的说明
四、加速度
伽利略(1564—1642)
意大利物理学家和天 文学家，实验物理学 的先驱者。
•提出相对性原理、惯性原理、抛体的 运动定律、摆振动的等时性等。
•伽利略捍卫哥白尼日心说。
•《关于两门新科学的对话和数学证明 对话集》一书，总结了他的科学思想 以及在物理学和天文学方面的研究成 果。
解 （1）由运动方程 x = 4t2
y = 2t + 3
消去参数 t 得 x = ( y 3)2
此为抛物线方程，即质点的运动轨迹为抛物线。
（2）先将运rtt动方1x0时时i程 写，，y成irr位10置44矢3ti2j量i形5(式j2t
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·
f (v )dv dN N 在v1~v2 区间内,曲线下的面积表示速率分布在v1~v2 之间
的分子数与总分子数的比率
v
v2
1
N f (v )dv N
曲线下面的总面积， · 等于分布在整个速
率范围内所有各个
f(v) T
速率间隔中的分子 数与总分子数的比 率的总和
O
vp
( 速率分布曲线 )
气体分子热运动可以看作是在惯性支配下的自由运动
(1) 由于气体分子间距离很大，而分子力的作用范围又很小， 除分子与分子、分子与器壁相互碰撞的瞬间外，气体分 子间相互作用的分子力是极其微小的。
(2) 由于气体分子质量一般很小，因此重力对其作用一般可 以忽略。 气体分子间的相互碰撞非常频繁 一秒内一个分子和其它分子大约要碰撞几十亿次(109次/秒)
速率分布函数满足归一化条件
0
f (v )dv 1
2. 麦克斯韦速率分布曲线 由图可见，气体中 · 速率很小、速率很
f(v)
T
大的分子数都很少。
在dv · 间隔内, 曲线下 的面积表示速率分布 O ·· v1 v＋dv v v2
( 速率分布曲线 )
v
在v～v+ dv 中的分子
数与总分子数的比率
f 0
、
t s r r0 ( )
1
斥力
r0 1010 m
( 平衡位置 )
r r0 r r0
结论
分子力表现为引力
r0
引力
r
分子力表现为斥力
(分子力与分子间距离的关系)
一切宏观物体都是由大量分子组成的，分子都在永不停息地
作无序热运动，分子之间有相互作用的分子力。
8.2 气体分子的热运动
气体分子热运动服从统计规律 物理量M 的统计平均值
N AM A N B M B M N
N N A NB
Ni 是M 的测量值为 Mi 的次数， N为实验总次数。
M lim ( N A M A N B M B ) N
N
状态A出现的概率
WA lim ( N A N )
三. 理想气体的压强公式
1 2 v v v v 3
2 x 2 y 2 z
1. 从气体分子运动看气体压强的形成 气体的压强是由大量分子在和器壁碰撞中不断给器壁以力 的作用所引起的。例: 雨点对伞的持续作用
2. 理想气体的压强公式
z
v i dt
z
y
·
设体积为V 的容器, 内贮分子总数为 N， 分子质量 为μ，分子 数密度 n 的平衡态理 想气体
例 氦气的速率分布曲线如图所示.
求 (1) 试在图上画出同温度下氢气的速率分布曲线的大致情况， (2) 氢气在该温度时的最概然速率和方均根速率
2 RT RT 1000 m/s 解 (2) v p 3 M 2 10 (v p ) H 2 RT 103
f (v )
第8章 气体动理论
扫描隧道显微镜（STM）
本章内容
8. 1 分子运动的基本概念 8. 2 气体分子的热运动 8. 3 统计规律的特征
8. 4 理想气体的压强公式 8. 5 麦克斯韦速率分布定律
8. 6 温度的微观本质 8. 7 能量按自由度均分定理
*8.
8 实际气体的性质
8. 9 气体分子的平均自由程 8. 10 热力学第二定律的统计意义和熵的概念
N
M Wi M i
i
归一化条件
W
i
i
1
例如平衡态下气体分子速度分量的统计平均值为
N1v1x N 2v 2 x Niv ix vx N1 N 2 Ni
N1v1 y N 2v 2 y Niv iy vy N1 N 2 Ni
p
越小, 这时曲线向左移动
f(v)
μ2(> μ1) μ1
O
v p1 v p2
v O
v p2 v p1
v
五. 分子速率的三种统计平均值
1. 平均速率
dN 1 v v v Nf (v )dN N N 0
8kT RT 1.59 v v f (v )dN 0 π M
式中M 为气体的摩尔质量，R 为摩尔气体常量
由压强定义得 ·
dI N Niv 2ix 1 2 2 2 p n v x n ( v ) n dAdt V i 3 N 3
说明
2 n n 3
(1) 压强 p 是一个统计平均量。它反映的是宏观量 p 和微
观量 的关系。对大量分子，压强才有意义。 (2) 压强公式无法用实验直接验证
C
O2
பைடு நூலகம்
B
(2) 布朗运动
( 布 朗 运 动 )
分子间存在相互作用力 假定分子间的相互作用力有球对称性时，分子间的相互作
用(分子力)可近似地表示为
f
r
s
r
t
(s t )
式中r 表示两个分子中心的距离， 、 、 s 、 t 都是正数，其 值由实验确定。
由分子力与分子距离的关系，有
例 一容积为 V=1.0m3 的容器内装有 N1=1.0×1024 个 氧分子 N2=3.0×1024 个氮分子的混合气体， 混合气体的压强 p =2.58×104 Pa 。
求 (1) 分子的平均平动动能； (2) 混合气体的温度
解 (1) 由压强公式 , 有
3p 3 p 21 9.68 10 J 2 n 2 ( N1 N 2 ) V
2
3. 最概然速率
df (v ) 0 dv v v p
2kT 2 RT RT vp 1.41 μ M M
说明
f(v)
T
p
(1) 一般三种速率用途各 不相同 讨论速率分布一般用 v · 讨论分子的碰撞次数用 v · 讨论分子的平均平动动 · 能用
O
vp v
v
v
2
v2
(2) 同一种气体分子的三种速率的大小关系: v 2 v v p
8.3 统计规律的特征
伽耳顿板实验
若无小钉：必然事件 若有小钉：偶然事件 实验现象 一个小球落在哪里有偶然性 少量小球的分布每次不同 大量小球的分布近似相同 结论 (1) 统计规律是大量偶然事件的总体所遵从的规律 (2) 统计规律和涨落现象是分不开的。
dA
n
·
速度为 v i 的分子 数为 N i , 分子数密 度为 ni
y O
vi v ix
x
在dt 时间内，速度为 vi 的分子与 面元dA 碰撞的分子数为
Ni v ix dtdA V
(v ix 0)
·
在dt 时间内，与面元dA 碰撞的所有分子所受的冲量dI 为
Ni Ni 2 2 v ix dtdA v 2ix dtdA V v ix 0 V i
v
0
f (v )dv 1 (归一化条件)
p
最概然速率v ·
f(v) 出现极大值时, 所对应的速率称为最概然速率 不同气体, 不同温度下的速率分布曲线的关系 ·
由于曲线下的面积不变,由此可见 ① μ 一定,T 越大, v p 越大, 这时曲线向右移动 ② T 一定, μ 越大, v f(v) T1 T2(> T1)
R 8.31 23 k 1.38 10 J/K 23 N 0 6.022 10
思考：
v
v2
1
vf (v )dv 是否表示在v1 ~v2 区间内的平均速率 ？
2. 方均根速率
3kT v v f (v )dv 0 μ
2 2
3kT RT v 1.73 μ M
(1) 从统计的概念来看讲速率恰好等于某一值的分子数多少，
是没有意义的。
(2) 麦克斯韦速率分布定律对处于平衡态下的混合气体的各
组分分别适用。
(3) 在通常情况下实际气体分子的速率分布和麦克斯韦速率 分布能很好的符合。 任一速率间隔v1到v2 中分子数与总分子数的比率可表示为
v2 N f (v )dv v1 N
8.1 分子运动的基本概念
宏观物体由大量粒子（分子、原子等）组成 分子之间存在一定的空隙 例如： 1cm3的空气中包含有2.7×1019 个分子 (1) (2) 水和酒精的混合 物体的分子在永不停息地作无序热运动 例如： 气体、液体、固体的扩散 (1)
水和墨水的混合 相互压紧的金属板
NO
A
年龄 人数按年龄的分布 人数比率按年龄的分布 15 ~16 2000 20% 17 ~18 3000 30% 19 ~20 4000 40% 21~22 1000 10%
例如气体分子按速率的分布
速率 分子数按速率的分布 分子数比率按速的分布 v1 ～ v2 v2 ～ v3
… vi ～ vi +Δv …
v2
Niv i2
i
N
2 Niv ix i
N
2 Niv iy i
N
2 Niv iz i
N
2 2 vx v 2 vz y
由于气体处于平衡状态时，气体分子沿各个方向运动的概
率相等，故有
2 2 vx v2 vz y
1 2 v v v v 3
2 x 2 y 2 z
1. 每个分子的运动速度各不相同，且通过碰撞不断发生变化
2. 分子按位置的均匀分布（重力不计） 在忽略重力情况下，分子在各处出现的概率相同, 容器内 各处的分子数密度相同