大学物理教程第11章课件
大学物理-11章：几何光学(1)
当透镜厚度与其曲率半径相比不可忽略不计时，称为厚透镜。
§3 薄透镜成像
二、薄透镜焦点和焦平面 焦点F，F'
像方焦平面：在近轴条件，过像方焦点F且与主轴垂直的平面。 物方焦平面：在近轴条件，过物方焦点F且与主轴垂直的平面。
P'
F
O
F'
O
P
特点
①所有光线等光程 ②过光心的光线不改变方向
§3 薄透镜成像
ic
arcsin
n2 n1
就不再有折射光线而光全部被反射，这种对光
线只有反射而无折射的现象叫全反射．
光学纤维—直径约为几微米的单根（多根）玻璃（透明塑料）纤维 原理：利用全反射规律
内层：n1 1.8 外层：n2 1.4
i2 ic
i2 ic 的光线在两层介质间多次
全反射从一端传到另一端
n0
i0
相当于光用相1 同B n的d时l 间在真
空中传播的路c 程A
为什么要引入光程的概念？
同频率的两束光波，分别在两种不同的介质中传播，在相同 的传播时间内，两光波所传播的几何路程不同：
t l1 l2 l1 l2
1 2 c / n1 c / n2
t c n1l1 n2l2
相同的时间内传播的几何路程不同，但光程相同。 借助光程，可将光在各种介质中走过的路程 折算为在真空中的路程，便于比较光在不同 介质中传播所需时间长短。
如果有另一点C’位于线外，则对应于C’，必可在 OO’线上找到它的垂足C’’
因为 AC' AC'' C' B C'' B AC'C' B AC''C'' B 而非极小值．
大学物理 第十一章波动
选: 坐标原点为参考点 (初相 a =0 2 则
y ( x , t ) A cos( t x ) 0
d=0)
x y ( x , t ) A cos ( t [ ) ]
u
0
2 2 2 u T
uT
x y ( x , t ) A cos[ 2 ( t ) ] 0
波沿 x 轴 正向传播
x y ( x , t ) A cos ( t [ ) ] 0 u
波沿 x 轴 负向传播
四. 平面简谐波表达式的物理意义 由y(x,t) cos( t-kx)从几方面讨论，设0=0
1. 固定 x, (x= x0)
y ( x , t ) A cos( t kx ) 0 0
3
u P
X(m)
o
5
对于P点 , t = 0时， vp 0 其振幅矢量如图所示：
P 2
o
x
/ 3 / 2 5 / 6
2 2 x 5 12 m 5 /6
2 X 由 2 2 u / 20
波速ｕ
参考点 a
o d
·
x
任一点ｐ
·
x
已知: 参考点a 的振动表达式为 ya(t)=Acos( ta)
p: A, 均与a 点的相同, 但相位落后
2
(x d)
ya(t)=Acos( ta) P点比a 点相位落后
2
(x d)
振动表达式（一维简谐波的波的表达式）
2 y ( x , t ) A cos[ t ( x d )] a
大学物理11章第一次课
解得:
q
R1 R 2Q R 3 ( R 2 R1 ) R1 R 2
Q q
R 3 ( R 2 R 1 )Q R 3 ( R 2 R1 ) R1 R 2
注意
接地导体并非总是不带电。
所以 ∑q = 0
（2）、在静电平衡状态下，导体表面外附近空间的场强与 该处导体表面的面电荷密度成正比。 作高斯面如图：
由 E内 0, ＝ E 外 表面
ΔS
E
P
ΔS
则
Δ S E d S EΔ S
S
可得:
E
0
0
E 内＝ 0
（3）、孤立导体的形状对电荷分布的影响:
关键:
综合运用: 1 ) 静电平衡条件 2 ) 场强叠加原理 3 ) 电荷守恒定律
例题2设有两个半径分别为 R 1和 R 2 的金属球，它们周围无其它 带电体或导体，它们之间相距也非常远．今用一根细导线把它 们连接，如图所示．若给它们其中之一带上一定电量后，求它 们表面的电荷面密度之比． 解：设静平衡后两个金属球表面上分别带有电量 q 1和 q 2 ，因 为它们相距很远，相互影响可忽略不计，所以每个金属球可 看成孤立导体，其表面上电荷分布都可认为是均匀的，则两 球表面上的电荷面密度分别为
例题3半径为R 的孤立金属球接地，与球心相距d 处有一点电 荷+q 且 d > R。求球上的感应电荷q′。 q R 解：因金属球在静电平衡状态下是个等 o 势体，且又与地相连接，即 U = 0 ， d 所以球心处的电势也等于零。 由电势叠加原理知，球心处的电势等于点电荷＋q 及 感应电荷q′在点O 产生电势的代数和，q 在球心处产生 q 的电势为：
大学物理第十一章
r
+ q>0
•
v
q q 00
r v
矢量式：
0 qv r B 3 4 r
E
q r 3 4 0 r 1
运动电荷除激发磁场外，同时还在其周围空间激发 电场。
q
v B
r
P
E
0 qv r B 3 4 r
E
对整个曲面，磁通量：
S
B dS
单位：韦伯(Wb)
3 静磁场的高斯定理
由磁感应线的闭合性可知，对任意闭合曲面， 进入的磁感应线条数与穿出的磁感应线条数相同， 因此，通过任何闭合曲面的磁通量为零。
B dS 0
S
Q E dS 0 S
0 qnvS d l sin dB 4 r2
设电流元内共有dN个以速度v运动的带电粒子：
d N nS d l
每个带电量为q的粒子以速度v通过电流元所在位置时， 在P点产生的磁感应强度大小为：
0 qv sin dB B dN 4 r2
其方向根据右手螺旋 、 组成的 法则，B 垂直v r 平面。q为正， 为 v r 的 B 方向；q为负， 与v r 的 B 方向相反。
q r 3 4 0 r 1
B 0 0v E
运动电荷所激发的电场和磁场是紧密联系的。
0 Idl r B dB 3 4 r
3 说明
•该定律是在实验的基础上总结出来的，不能由实验直接证明，
但是由该定律出发得出的一些结果，却能很好地与实验符合。
0 I dl r B L r 3 4
大学物理讲义(第11章振动学基础)第一节
第11章 振动学基础在自然界中,几乎到处都可以看到物体的一种特殊的运动形式,即物体在某一位置附近作往复运动,这种运动称为机械振动.钟摆的运动、琴弦的运动和气缸活塞的运动都是机械振动.振动现象并不限于力学中,在物理学其它领域中也存在与机械振动相类似的振动现象.一般地说,任何一个物理量在某一定值附近作反复变化,都可以称为振动.如交流电中电流和电压的反复变化 ,电磁波中电场和磁场的反复变化等,都属于振动的范畴.由于一切振动现象都具有相似的规律,所以我们可以从机械振动的分析中,了解振动现象的一般规律.而简谐振动是最简单、最基本的振动,任何复杂的振动都可由两个或多个简谐振动合成而得到,我们就从简谐振动开始讨论.§11.1 简谐振动一、简谐振动的基本特征及其表示在一个光滑的水平面上,有一个一端被固定的轻弹簧,弹簧的另一端系一小球,如图11.1所示.当弹簧呈自由状态时,小球在水平方向不受力的作用,此时小球处于点O,该点称为平衡位置.若将小球向右移至点M,弹簧被拉长,这时小球受到弹簧所施加的、方向指向点O 的弹性力F 的作用.将小球释放后,小球就在弹性力 F 的作用下左右往复振动起来,并一直振动下去.为了描述小球的这种运动,我们取小球的平衡位置O 为坐标原点,取通过点O的水平线为χ轴.如果小球的位移为x ,它所受弹力F 可以表示为x k F (11.1)式中k 为所取轻弹簧的劲度系数,负号表示弹性力F 与位移x 的方向相反.如果小球的质量为m,根据牛顿第二定律,小球的运动方程可以表示为22dtx d m a m F (11.2) 将式(11.1)代入式(11.2)得kx dtx d m 22或者改写为 )(mk x dt x d 22220 (11.3) 式 (11.3) 是小球的运动方程.这个方程显示了小球受力的基本特征,即在运动过程中,小球所受力的大小与它的位移的大小成正比,而力的方向与位移的方向相反.具有这种性质的力称为线性回复力.由运动方程可以解得小球在振动过程中的位移 x 与时间 t 的关系.式(11.3)的解可以写为以下两种形式))sin()cos( t A x t A x 或 (11.5)式中 A 和φ都是积分常量,在振动中它们都具有明确的物理意义,对此我们以后再做讨论.式(11.5)的两式在物理上具有同样的意义,以后我们只取前一形式.上面我们分析了由轻弹簧和小球所组成的振动系统作无摩檫振动的例子,这样的振动系统称为弹簧振子.弹簧振子的振动是典型的简谐振动,它表明了简谐振动的基本特征.从分析中可以看出,物体只要在形如F =－k x 的线性回复力的作用下运动,其位移必定满足微分方程式 (11.3),而这个方程的解就一定是时间的余弦(或正弦)函数.简谐振动的这些基本特征在机械运动范围内是等价的,其中的任何一项都可以作为判断物体是否是作简谐振动的依据.但是,由于振动的概念已经扩展到了物理学的各个领域,任何一个物理量在某定值附近作往复变化的过程,都属于振动,于是我们可对简谐振动作如下的普遍定义:任何物理量x 的变化规律若满足方程0222 x dtx d m , 并且ω是决定于系统自身的常量,则该物理量的变化过程就是简谐振动.二、描述简谐振动的特征量振幅、周期(或频率)和相位是描述简谐振动的三个重要物理量,若知道了某简谐振动的这三个量,该简谐振动就完全被确定了,所以这三个量称为描述简谐振动的特征量.1.振幅振动物体离开平衡位置的最大距离称为振幅.在简谐振动)cos( t A x中,A 就是振幅.在国际单位制中,振幅的单位是米(m).2.周期振动物体完成一次全振动所用的时间,称为周期 ,常用T 表示；在1秒时间内完成全振动的次数,称为频率 ,常用ν表示；振动物体在2π秒内完成全振动的次数,称为角频率 ,就是式(11.5)中的ω.显然角频率ω、频率ν和周期T 三者的关系为TT 221, (11.7) 在国际单位制中,周期T 、频率ν和角频率ω的单位分别是秒 (s)、赫兹 (Hz)和弧度/ 秒 (rad /s).3.相位和初相位式(11.5)中 t 的称为简谐振动的相位 ,单位是弧度 (rad) .在振幅一定、角频率已知的情况下,振动物体在任意时刻的运动状态(位置和速度)完全取决于相位 t .这从下面的分析中会看得更清楚.将式(11.5)两边对时间求一阶导数,可以得到物体振动的速度).()sin(811 t A dtdx (11.8) 由式（11.5）和式（11.8） 两式可以看出,在振幅 A 和角频率ω已知的情况下,振动物体的位置和速度完全由相位所决定.我们已经知道,位置和速度是表示一个质点在任意时刻运动状态的充分而必要的两个物理量.相位中的φ称为初相位,在振幅A 和角频率ω已知的情况下,振动物体在初始时刻的运动状态完全取决于初相位φ.在式(11.5)和式(11.8)中令 ,则分别成为下面的形式sin cos A A x 00 (11.9) 分别是振动物体在初始时刻的位移和速度,这两个量表示了振动物体在初始时刻的运动状态,也就是振动物体的初始条件.振幅 A 和初相位φ,在数学上它们是在求解微分方程(11.3)时引入的两个积分常量,而在物理上,它们是由振动系统的初时状态所决定的两个描述简谐振动的特征量,这是因为由初始条件(11-9)可以求得)arctan(0022020x x A (11.10) 三、简谐振动的矢量图解法和复数解法简谐振动可以用一个旋转矢量来描绘.在坐标系O —xy 中,以O 为始端画一矢量A ,末端为 M 点,如图11.2 所示.若矢量A 以匀角速度ω绕坐标原点O 作逆时针方向转动时,则矢量末端 M 在 x 轴上的投影点P 就在 x 轴上于点O 两侧往复运动.如果在t = 0 时刻,矢量A 与 x 轴的夹角为φ,那么这时投影点P 相对于坐标原点O 的位移可以表示为cos A x式中A 为矢量 A 的长度.在任意时刻t,矢量 A 与 x 轴的夹角变为 t ,则投影点P 相对于坐标原点O 的位移为 )cos( t A x所以,当矢量A 绕其始点(即坐标原点)以匀角速度ω旋转时,其末端在x 轴上的投影点的运动,必定是简谐振动.图11.2(b)所描绘的曲线,是点P 的位移与时间的关系曲线,称为简谐振动曲线.以上是用一个旋转矢量末端在一条轴线上的投影点的运动来表示简谐振动,这种方法称为简谐振动的矢量图解法.这种方法以后在电学和光学中都要用到.简谐量x 还可以用复数来代表.若把一个复数表示为)sin()cos(~)( t iA t A Ae x t i (11.11) 显然,简谐量x 就是这个复数x ~的实部,并且简谐量的振幅与复数的模相对应,简谐量的相位与复数的幅角相对应.若要对多个简谐量进行某种运算,可以对代表这些简谐量的复数进行相同的运算,在运算过程中,实部和虚部、模和幅角总是分别运算而不会相混,所得的复数的实部就是这些简谐量进行该运算的最后结果.因此,简谐量的复数表示法也是常用的方法.例如,求振动速度和加速度,可以用复数进行运算.取位移的复数形式为)(~t i Ae x 振动速度的复数则为)(~~ t i Ae i dtx d 取速度复数的实部,就是振动速度的真正表示式)sin()]sin()cos(Re[ t A t A i t A i 2用同样的方法可以计算振动加速度)()(~~ t i Ae i dtx d a 222 加速度的真正表示式为)cos(])Re[()( t A Ae i a t i 22由上面的计算可见,用复数来代表简谐量,运算过程也是十分简便的.例题11.1有一劲度系数为 32.0Nm -1的轻弹簧,放置在光滑的水平面上,其一端被固定,另一端系一质量为 500g 的物体.将物体沿弹簧长度方向拉伸至距平衡位置10.0cm 处,然后将物体由静止释放,物体将在水平面上沿一条直线作简谐振动.分别写出振动的位移、速度和加速度与时间的关系.解：设物体沿 x 轴作简谐振动,并取平衡位置为坐标原点.在初始时刻 t =0,物体所在的位置在最大位移处,所以振幅为A = 10.0cm = 0.100 m振动角频率为1s rad 0085032 ..m k 如果把振动写为一般形式,即 x =Acos(ωt +φ),当t=0时,物体处于最大位移处,x =A,那么必定有cos φ=1.所以初相位φ=0.这样我们就可以写出位移与时间的关系为x = 0.100cos(8.00 t) m .速度和加速度的最大值分别为1s m 80 .A m 12s m 46 .A a m速度和加速度与时间的关系分别为1s m 0088000 t .sin . 2s m 008406 t a .cos .例题11.2已知某简谐振动的振动曲线如图11.3所示,试写出该振动的位移与时间的关系.解：任何简谐振动都可以表示为x =Acos(ωt +φ)关键是要从振动曲线求得振幅 A 、角频率ω、和初相位φ.振幅 A 可以从振动曲线上得到.最大位移的点 P 所对应的位移的大小就是振幅A = 4.0×10-2m .我们已经分析过,振动的初相位是由初始条件决定的,所以应该根据初始时刻的位移和速度来确定φ .t = 0 时的位移和速度分别由以下两式表示sin ,cos A A x 00从振动曲线上可以得到21210/cos / x ,再由振动曲线在 t = 0 附近的状况可知, 00 ,同时因为A 和ω都大于零,必定有sin φ＜0 ,这样我们就可以确定,在t=0时旋转矢量是处于第四象限内,故取初相位为3/最后求角频率ω.从振动曲线可以看到,在t =1s 时,位移x =0,代入下式)/cos(.310042 t x233100402//)/cos(. 可得：因为ω＞0,所以上式只能取正.所以1s rad 6523 这样,我们可以将该简谐振动具体地写为m 36510042)cos(. t x 四、简谐振动的能量从机械运动的观点看,在振动过程中,若振动系统不受外力和非保守内力的作用,则其动能和势能的总和是恒定的.现在我们以弹簧振子为例,研究简谐振动中能量的转化和守恒问题.弹簧振子的位移和速度分别由下式给出)sin(),cos( t A t A x在任意时刻,系统的动能为)(sin t A m m E k 22222121 (11.12)除了动能以外,振动系统还具有势能.对于弹簧振子来说,系统的势能就是弹力势能,并可表示为)(cos t kA kx E p 2222121 (11.13) 由式（11.12）和式（11.13）可见,弹簧振子的动能和势能都随时间作周期性变化.当位移最大时,速度为零,动能也为零,而势能达到最大值221kA ；当在平衡位置时,势能为零,而速度为最大值,所以动能达到最大值2221A m . 弹簧振子的总能量为动能和势能之和,即)(cos )(sin t kA t A m E E E p k 222222121 因为ω2=k/m,所以上式可化为2222121kA A m E (11.14) 由上式可见,尽管在振动中弹簧振子的动能和势能都在随时间作周期性变化,但总能量是恒定不变的,并与振幅的平方成正比.22222212121x A kA kx m E 由 (11.15) 上式明确地表示了弹簧振子中物体的速度与位移的关系.在平衡位置处,x=0,速度为最大；在最大位移处,x=±A ,速度为零.例题11.3一长度为l 的无弹性细线,一端被固定在A 点,另一端悬挂一质量为m 、体积很小的物体.静止时,细线沿竖直方向,物体处于点O,这是振动系统的平衡位置,如图11.4所示.若将物体移离平衡位置,使细线与竖直方向夹一小角度θ,然后将物体由静止释放,物体就在平衡位置附近往复摆动起来.这种装置称为单摆.证明单摆的振动是简谐振动,并分析其能量.解：我们选择小物体相对平衡位置O 的角位移θ为描述单摆位置的变量,并规定物体处于平衡位置右方,θ为正,处于平衡位置左方,θ为负.小物体受到两个力的作用,一个是重力mg,另一个是细线的张力 f .沿着物体运动的弧形路径,将重力mg 分解成大小为mgcos θ的径向分量和大小为 mgsin θ的切向分量.其中径向分量mgcos θ与细线的张力 f 一起为物体的运动提供向心力,而切向分量是作用于物体的回复力,使物体返回平衡位置,其作用与弹簧振子的弹性力一样.因此,单摆的振动方程为mg mg dtd ml 很小sin 22 (1) )(lg dt d 22220即 (2) 显然,单摆的振动方程（2）与弹簧振子的振动方程完全相似,只是用变量θ代替了变量x.所以单摆的角位移θ与时间t 的关系必定可以写成余弦函数的形式 )cos( t 0式中积分常量0 为单摆的振幅,φ为初相位.这就证明了,在摆角很小时单摆的振动是简谐振动.单摆系统的机械能包括两部分,一部分是小物体运动的动能)(sin )( t ml l m m E k 2220222212121 另一部分是系统的势能,即单摆与地球所组成的系统的重力势能)cos ( 1mgl mgh E p式中h 是当角位移为θ时物体相对平衡位置上升的高度.可将cos θ展开为!!!cos 6421642 因为θ很小,我们可以只取上式的前两项.所以可以化为)(cos t mgl mgl E p 22022121 可见,单摆系统的动能和势能都是时间的周期函数.单摆系统的总能量等于其动能和势能之和,即)(cos )(sin t mgl t ml E E E p k 220222022121 因为ω2=g/l ,所以上式可以化为2020222121 mgl ml E 上式表示,尽管在简谐振动过程中,单摆系统的动能和势能都随时间作周期性变化,但总能量是恒定不变的,并与振幅的平方成正比.作业(P97)：4、7、9、11、14。
大学物理第十一章
体积模量 ：
p
p 0, V 0; p 0, V 0
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§11-4 波的能量 波的强度
一、波的能量
平面简谐波
y( x, t )
Acos[(t
x) u
0 ]
考虑介质中体积元为V质量为m (m=V )的质元。
可以证明
Ek
Ep
1 2
A22 (V
) sin
2[(t
x) u
0 ]
体积元的总机械能
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四、介质的形变及其模量
1. 线变
正应力： F/S 线应变： l/l
F E l
FS
F
S
l
l
弹性模量 ：E
l+l
2. 切变
F
F G 切变角：
S
S
切变模量： G
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3. 体变
p
压强为p时，体积为V；
压强为p+Δp时，体积为V+ΔV。 p V V p 体应变： V/V
p Κ V V
π
0.0021
5
x 10
3
0.1103 sin 5πx (m)
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例11-3 一横波沿一弦线传播。设已知t =0时的波形曲 线如图中的虚线所示。波速 u=12 m/s，求：(1)振幅； (2)波长；(3)波的周期；(4)弦上任一质点的最大速率； (5)图中a、b两点的相位差；(6)3T/4时的波形曲线。
纵波：质点的振动方向和波动的传播方向相平行。 波形特征：存在相间的稀疏和稠密区域， 如声波。
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弹簧中的纵波
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三、波阵面和波（射）线
波阵面：振动相位相同的点所构成的面。 波前：最前面的那个波阵面。 波线：表示波的传播方向的有向线段。
大学物理第11章静电场
《大学物理教程》下册第11章目录第12章静电场中的导体和介质第章静电场第13章电流和恒定磁场第14章第章电磁感应第16章光的干涉第17章第19章早期量子论和量子力学基础光的衍射1第章11静电场2§11-1电荷§111 电荷库仑定律11-1-1 电荷带电现象带电现象：物体经摩擦后对轻微物体有吸引作用的现象。
两种电荷：•硬橡胶棒与毛皮摩擦后所带负电荷的电荷为负电荷。
•玻璃棒与丝绸摩擦后所带的电荷为正电荷。
3电荷的基本性质：电荷与电荷之间存在相互作用力，同种电荷相斥，异种电荷相吸。
电荷量：物体带电荷的多少。
n = 1，2，3，…电荷的量子化neq =电荷量单位：库仑（C ）元电荷量：Ce 1910602.1−×=4实验表明，一切带电体的电荷量电荷的相对论不变性：不因其运动而改变。
电荷守恒定律：在一个孤立系统中，无论发生了怎样的物理过程，电荷不会创生，也不会消失，只能从一个物体转移到另一个物体上。
51112库仑定律11-1-2 库仑定律点电荷：当带电体自身的大小与带电体之间的距离相比很小时真空中的库仑定律距离相比很小时。
真空中两个静止点电荷相互作用力F 真空中的库仑定律：的大小与这两个点电荷所带电荷量q 1和q 2 的乘积成正比，与它们之间的距离r 的平方成反比。
作用力F 的方向沿它们的连线方向，同号相斥，异号相吸。
62静电力叠加原理：点电荷q …n q 在点电荷系q 1，q 2，，q n 作用下，它所受到的静电力等于q 1，q 2，…，q n 各点电荷单独存在时作用于它的静电力的矢量和。
即：nF F F F v L v v v +++=21iq q vqir 8§11-2电场§112 电场电场强度11-2-1电场电场电荷周围存在着的种特殊物质电场：电荷周围存在着的一种特殊物质。
电荷电场电荷静电场：静止电荷所产生的电场93qQqq +q-v q 12点电荷系电场中某点的电场强度等于各点电荷单独Evd qd P4电偶极子4. 电偶极子电偶极子：大小相等，符号相反且存在一微小间距的两个点电荷构成的复合体。
大学物理——第11章-恒定电流的磁场
单 位：特斯拉（T） 1 T = 1 N· -1· -1 A m 1 特斯拉 ( T ) = 104 高斯( G )
3
★ 洛仑兹力 运动的带电粒子，在磁场中受到的作用力称为洛仑兹力。
Fm q B
的方向一致； 粒子带正电，F 的指向与矢积 B m 粒子带负电，Fm的指向与矢积 B的方向相反。
L
dB
具体表达式
?
5
★ 毕－萨定律
要解决的问题是：已知任一电流分布 其磁感强度的计算
方法：将电流分割成许多电流元 Idl
毕－萨定律：每个电流元在场点的磁感强度为：
0 Idl r ˆ dB 4 πr 2
大 小： dB
0 Idl sin
4 πr
2
方 向：与 dl r 一致 ˆ
整段电流产生的磁场：
r 相对磁导率
L
B dB
8
试判断下列各点磁感强度的方向和大小？
8
7
6
R
1
1、5 点 ：
dB 0
0 Idl
4π R 2
Idl
2
3、7 点 ： dB 2、4、6、8 点 ：
3 4
5
dB
0 Idl
4π R
sin 450 2
9
★ 直线电流的磁场
29
★ 磁聚焦 洛仑兹力
Fm q B （洛仑兹力不做功）
与 B不垂直
//
// cosθ
sin θ
m 2π m R T qB qB
2πm 螺距 d // T cos qB
大学物理-第十一章静磁学C
例11-24 图示为三种不同的磁介
质的B~H关系曲线，其中虚线表示 B
a
的是B=oH的关系。a、b、c各代
表哪一类磁介质的B~H关系曲线：
b
a代表铁磁质 的B~H关系曲线。
c
b代表顺磁质 的B~H关系曲线。
H
c代表抗磁质 的B~H关系曲线。
抗磁质和顺磁质的B和H间是线性关系, 相对磁导率r
与1相差不大。在一般性(精度要求不高)的问题中，可
χmH
其中m叫磁介质的磁化率。
由：
H
B
M
μo
得： B 0 (H M ) 0 (1 m )H
可证明1+m=r相对磁导率, or= 磁导率, 则
B μ0 μr H μH
21
磁场强度
真正有物理意义的, 对磁场中的运动电荷或 电流有力的作用的是B而不是H, 磁学中H仅 是一个辅助量, 相当于电学中的D,由于历史
M
dL
I
dt
dL Mdt
dL垂直于磁矩和磁场构成的平面，在虚线的圆周上， 绕磁场转动。
7
因此抗磁质中
B
B0
B
B0
这是抗磁性的重要表现。
(2)顺磁质：
pm Δpm pm 0 称为取向磁化。
分子的固有磁矩pm产生的附加磁场B´的方向总是 与外磁场Bo的方向相同, 因此顺磁质中
求解思路
选高斯面
（2）由
求 （3）由
（2）由
D dS
s
q0
（S内）
求
D E
D
（3）由
0 r
H dl l
I o内
H
B 0rH 求 B
求E
24
大学物理第11章-光的衍射
x tan f
又
a sin (2k 1)
2
(2 4 1)
2
9
2
所以，在狭缝处的波阵 面可分为9个半波带。
光学仪器的分辨率：光学仪器通过成像从像中辨别物体细节的本领。
由于衍射现象的存在，使透镜放大率受到一定限制， 放大倍数过大时，物体细节成像模糊，失去放大意义！
上一对应点使其子波射线光程差均为 ，因此相 2 遇叠加的结果相消，形成暗纹；
(2)设BC a sin 3 ，把BC三等分，每等分长 ， 2 2 则其中两部分子波干涉相消，而另一部分未被抵
消，呈亮纹； (3) a sin 2k k 1， 3.... 2， 2 即对应的BC为半波长的偶数倍时，呈暗纹；
仅讨论等宽、等间距的平行狭缝
a：模型如刻有大量等间距刻痕的透明板（刻痕不透光）；
b：结构特点— —缝窄，衍射光栅每毫米刻有几十 ~ 几千条缝；
c：衍射特点— —条纹清晰，能区别入射光的不同波长； d：作用— —分析物质结构（分光性的应用）。
一、光栅衍射的定性说明 1.实验装置（如图）
光栅公式
a：透光部分宽度 b：不透光部分宽度 d a b：光栅常数
（4）第三级谱线
当 400 nm时，对应的衍射角
3 0.4 10 6 3 arcsin 17.46 2 6 4 10
一、光的衍射现象
当缝宽逐渐缩小到某一宽度时,
发现屏E上的光会绕过几何照明 区， 形成明暗相间的条纹。
缝较小时进入几何阴影区
光的衍射：光遇到障碍物时，波阵面受到限制，光绕过障碍物偏离
直线传播，进入几何阴影区，形成光强的不均匀分布现象。
大学物理下册第十一章 热力学基础
1. 定义：系统经历一系列变化后又回到初始状态的整 个过程。
准静态循环过程 ~ p-V图中的闭合曲线
p 正
O 2. 共同特征
E0
顺时针：正循环 逆
逆时针：逆循环 V
热力学第一定律： Q净 W净
3. 正循环及其效率
p
b
T1
a 净正正功 c
负功d功
W
O V1
V2
V
特征：
T2
Q净Q吸Q放
W净W对外 W外对系
第十一章 热力学基础
§11—1 内能 功 热量 一.热力学系统（系统）
需研究的对象——气、液、固，也称为工作物质。 以理想气体为系统，与之相互作用的环境称为外界。
二、内能
１．内能：大量分子的平均动能与分子间相互作用 的势能的总和．
实际气体：E=E (T,V )
对于理想气体，由于分子间无相互作用力，所以，理想气体
a. EM mCVT0
V2
m V 2
dV
b .
W p pdV
V1
M V 1
RT
V
m RT ln V 2 m RT ln p1
M
V1 M
p2
T Q
恒温热源 T
p
p1
(p1,V1,T)
P1V 1
ln
V2 V1
P2V 2
ln
V2 V1
P1V 1 ln
P1 P2
P2V 2 ln
P1 P2
(p2,V2,T)
PdVP1V1P2V2
1
系统要对外做功，必须以牺牲自身的内 能为代价．
p
4．P-V 图: 一条曲线.
绝热线比等温线陡.
绝热线 A
大学物理第5版课件 第11章 光学
1
M1 n1 n2
M2 n1
L 2
iD
3
A C
B
E
45
P
d
第十一章 光学
35
物理学
第五版
Δ32
n2
( AB
BC)
n1 AD
2
AB BC d cos γ
AD ACsin i
n2 n1
L
2
P
2d tan sini
1
iD 3
M1 n1 n2
A
C
d
M2 n1
B
C
d
M2 n1
B
E
45
注意：透射光和反 射光干涉具有互补 性 ，符合能量守恒 定律.
第十一章 光学
38
物理学
第五版
当光线垂直入射时 i 0
当 n2 n1 时
Δr
2dn2
2
当 n3 n2 n1 时
Δr 2dn2
第十一章 光学
n1 n2 n1
n1 n2
n3
39
物理学
第五版
四 了解衍射对光学仪器分辨率的影响.
五 了解 x 射线的衍射现象和布拉格公式 的物理意义.
第十一章 光学
7
物理学
第五版
光的偏振
11-0 教学基本要求
一 理解自然光与偏振光的区别.
二 理解布儒斯特定律和马吕斯定律.
三 了解双折射现象.
四 了解线偏振光的获得方法和检验 方法.
第十一章 光学
8
物理学
第五版
第十一章 光学
大学课程大二物理第11章(6)课件
9.5
)
波腹 | cos(2x 9.5 ) | 1
2 x
9.5
k
(k 0, 1, 2L )
x
(k
9.5)
2
k 10,9,8,L ,1, 0,1
x
4
,
4
,L
,
19
4
,
21
4
共10个波腹
y入 y反
Acos( Acos[ t
t22xx1)9
]
y入
Acos[ (t -
x) u
]
y反
Acos[ (t
在分界处产生π的相位跃变，相当于出现了半个波
长的波程差，称半波损失.
入射波与反射波在此处的相位时时相同， 即反射波在分界处不产生相位跃变.
Reflection of a Wave, Free End
Reflection of a Wave, Fixed End
绳给墙的 力向上 墙给绳 的力向下
L 5
密
u
2
2(L
x)
0Q
P
M
x
X
2
反射波为：
y反
Acos{t
2 x
2
2(L
?
x)
}+
}
整理后得
y反
Acos[ t
2 x
19 ]
yp
Acos( t
2
x
)
y入 y反
Acos( Acos[ t
t22xx1)9
]
（3） 入射波与反射波叠加成驻波，方程为
y
2Acos(
2
x
9.5
)cos( t
因为弹簧振子是保守孤立系统， 波动过程质元却与周围介质有相互作用。
大学物理电磁学 第11章 恒定磁场
四、毕-萨定律的应用
dB
0 4
Idl r r2
方法：
(1)将电流分解为无数个电流元
(2)由电流元求dB (据毕—萨定律)
(3)对dB积分求B = dB 矢量积分须化作分量积分去做
Bx dBx , By dBy , Bz dBz
例题1 直线电流在P点的磁场
2
解：
任取电流元 I dl
所有磁现象可归纳为：
运动电荷
运动电荷
载流导体
磁场
载流导体
磁体
磁体
磁场的宏观性质：对运动电荷(或电流)有力的 作用，磁场有能量
二、磁感应强度
B 1、磁场的描述:磁感应强度
方向： 磁针静止时，N极指向即B的正方向
S
N
2、B的大小：
以磁场对载流导线的作用为例
电流元所受到的磁场力
dF Idl sin
l
r
B
3）说明磁场为非保守场称为涡旋场
静电场是保守场、无旋场
二、简证(用特例说明安培环路定理的正确性)
(1)闭合路径L环绕电流
L在垂直于导线的平面内
B 0I 2 r
L
I d
o
B
r
dl
磁感线
(2)闭合路径L不包围电流
B dl1 dl2 L
P
·
I
d
o
dl2
dl1
L2
L1
磁感线
·
Q
三、运用安培环路定理求磁场 安培环路定理适用于任何形状恒定电流的载流体
P·
Idl r
B
dB
0 4
Idl r r2
B
dB
0 4
Idl r r2
大学物理第十一章第一节
y A波
x 3cos 4 t 20
8m 5m
u
9m
C
yC振
B
A
D
x
AC 13 3cos 4 t 3cos 4 t 20 20
yD振
AD 9 3cos 4 t 3cos 4 t 20 20
T 2
T
x y ( x, t ) A cos (t ) 0 u
3T 2
t
当 x 固定时， 波函数表示该点的简谐振动方程.
x 2 x 初相： 0 0 u
结论：随着 x 值的增大，即在传播方向上，各质点 的相位依次落后。这是波动的一个基本特征。 当 x =k时
y
u
t
t t
ut
x
若 x, t 均变化，波函数表示波形沿传播方向的运动 情况（行波）.
(4)平面简谐波沿x 的负方向传播： x t x y( x , t ) A cos ( t ) 0 A cos 2( ) 0 u T
P点 x 20m 在t 2s时的速度为
20 3 vP 0.025 sin 2 2 2 10 2 0.0125 m s 1
x 3 v 0.025 sin t 2 2 10 2
u 2
Q
O
y
S
P
x
a
x
x
例4、已知 t=0时的波形曲线为Ⅰ，波沿ox方向传播， 经t=1/2s后波形变为曲线Ⅱ。已知波的周期T>1s，试根 据图中绘出的条件求出波的表达式，并求A点的振动方 程。(已知A=0.01m） y(cm) 1Ⅰ 解： Ⅱ A 2 3 4 5 6 x(cm) 1
西北工业大学《大学物理上》课件-第十一章磁场中的磁介质
Chapter 11. 磁场中的磁介质 §11. 3 铁磁质及其磁化特性
例 试判断下列起始磁化曲线所对应的磁介质类型。
a ：铁磁质； b ：顺磁质 ( μ >μ0 )； c ：抗磁质 ( μ <μ0 )；
·27 ·
Chapter 11. 磁场中的磁介质 §11. 3 铁磁质及其磁化特性
一、物质的分子磁矩
1. 电子的轨道磁矩： 等效成圆电流：
§11. 1 磁介质 磁化强度
2. 电子自旋磁矩： 3. 核自旋磁矩： 分子磁矩 ＝电子轨道磁矩+电子自旋磁矩+核自旋磁矩
·3 ·
Chapter 11. 磁场中的磁介质
二、顺磁质与抗磁质
§11. 1 磁介质 磁化强度
1. 顺磁质： 分子磁矩≠0 (亦称分子的固有磁矩)
·12 ·
Chapter 11. 磁场中的磁介质
§11. 1 磁介质 磁化强度
1. 磁介质： 顺磁质：介质内B > B0 ； 抗磁质：介质内B < B0 ；
2. 磁化强度：
3. M与磁化电流的关系：
( The end )·13 ·
Chapter 11. 磁场中的磁介质
§11. 2 磁介质中的安培环路定理
§11. 1 磁介质 磁化强度
js : 面磁化电流的线密度。 一般地有如下关系：
: 磁介质表面外法线单位 矢量。
·11 ·
Chapter 11. 磁场中的磁介质
§11. 1 磁介质 磁化强度
试判断 : 顺磁质中的磁化电流方向。
分析： 顺磁质
与 同向。
即：磁化电流 内侧：向上 外侧：向下
( 俯视图 )
抗磁质
氢 铜 铋 汞×10 - 5 －3.2×10 - 5
大学物理 第十一章 电流与磁场
A
E
B
Ek
凡电源内部都有非静电力，
U
非静电力使正电荷由负极经电源内部到达正极。
A
UB
引入：非静电场强
Ek
=
单位正电荷所受的非静电力。
Ek E
Fk qEk
2 电动势ε
A非
L qEk
dl
内
qEk
dl
qEk 外
dl
内 qEk
dl
★ 结论：当电荷在闭合电路中运动一周时，只有非静电力做功
右手法则，dB (
Idl
r
)
(11-29)
2. 载流导线的磁场
B
l
0 4
Idl r0
r2
（矢量积分） (11-30)
方向判断练习
• dB
r
Idl
dB
r
Idl
r
Idl
dB
dB
r
Idl
•
二、毕 - 沙 定律 的应用（重点 计算B的方法之一）
1. 一段直电流的磁场
I
讲义 P.324 例 11-1
一 磁现象 磁场 — 运动电荷周围存在的一种物质。
1. 运动电荷 电流
磁场；
2. 磁场可脱离产生它的“源”独立存在于空间；
3. 磁力通过磁场传递，作用于运动电荷或载流导线；
4. 磁场可对载流导线做功，所以具有能量。
演示磁场电流相互作用
I
SN
二、磁感应强度 B
1. 实验结果
z
F
B
F q, v, B, sin
五、欧姆定律 (Ohm’s law)
R是与U 和I 无关的常量。
I U R
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第十一章 静电场
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例 1 ： 三 个 点 电 荷 q1=q2=2.0×10-6C ， Q=4.0×10-6C ， 求q1 和 q2 对Q 的作用力。 解： q1 和 q2对Q 的作用力的 方向虽然不同，但大小相等：
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无限大 均匀带电
平面
电荷面密度
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§11-3 电场线 电通量
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§11-5 静电场的环路定理 电势能
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归纳
点电荷
带电量
均匀带电
球体
带电量
均匀带电
球面带Biblioteka 量无限长 均匀带电直线
电荷线密度
无限长 均匀带电
圆柱面
电荷面密度
q1
0.3 0.3
y r1
θ 0.4 Q F2 Fx
q1Q F F1 F2 0.29 N 2 4π 0 r1
o
x
F1
q2
r2 Fy
由对称性可以看出两个力在 y 方向的分力大小相等，
方向相反而相互抵消，Q 仅受沿x方向的作用力：
0.4 f 2 Fx 2 F cos 2 0.29 N 0.46 N 0.5
r r R
1 4π 0
q q R r 2 dr 4π 0 R
rR
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第十一章 静电场
2.球外任意点的电势： q V2 E dl dr r r 4 π r 2 0 1 q rR 4π 0 r
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单位 正电荷
单位 正电荷
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电势 叠加法
q
R
V1
V2
r
V r
带电球壳是个等势体。在球面处场强不连续，而电势 是连续的。
真空中均匀带电球面内外的电位分布
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例：求无限长均匀带电直线的电场中的电势分布。
解：由高斯定理知场强为： E 方向垂直于带电直线。 2π 0 r
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例：已知球面总带电量为Q。求半径为R均匀带电球面 的电势分布。
解：设无限远处为零电势，由高斯定理知, 在r < R 的球内空间 E1= 0 q 在 r >R 的球外空间电场分布为： R
E1
E2
1 q E2 4π 0 r 2
r
E r
1.球内任一点的电势为： R V1 E dl E1 dl E2 dl
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电偶极势场
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电容器势场
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电导块势场 第十一章 静电场
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第十一章 静电场综合势场图
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续上 第十一章 静电场
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第十一章 静电场 南京信息工程大学 Nanjing University of Information Science & Technology 公共基础课,理工科学生必修课
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§11-2 电场 电场强度
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§11-5 等势面 场强与电势的关系
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点电荷势场 第十一章 静电场
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