西安交通大学大学物理PPT 20170905
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轨迹和位能
在动力学中，我们还关注物 体的轨迹和位能变化，它们 对物体的运动状态和作用力 起着重要作用。
力学中的平衡与运动
1
动力学平衡
2
当物体受到多个力的作用，且这些力产
生了一个非零的合力时，物体将会产生
加速度，即动力学平衡。
3
静力平衡
当物体受到多个力的作用，且这些力平 衡时，物体将保持静止或恒定速度的直 线运动。
宇宙学
宇宙学是研究宇宙大规模结构、 演化和宇宙学重要参数的一门学 科。它在探索宇宙中的未知世界 方面做出了重要的贡献。
核聚变和未来能源
核聚变技术是人类未来能源发展 的重要方向，它有望成为最为可 靠、清洁的能源供应方式。
热泵和制冷
2
念，可以用来找出热流的最大效率、为 其他热机提供理论基础。
热泵和制冷是热力学的一大应用领域，
它们在人类生活和工业生产中都起到了
重要作用。
3
熵和热力学基本方程
熵在热力学中是非常重要的概念，我们 将了解如何计算熵值和熵变，并利用热 力学基本方程去解释一些实际现象。
物态方程和相变
物态方程
物态方程是描述物质状态的 基本关系式，我们将会学习 一些重要的物态方程及其应 用。
热机原理
热机是利用热量转化为其他形式 能量的机器。坎诺特循环解Байду номын сангаас了 热机的基本原理。
理想气体
理想气体是热学中的一个基本模 型，我们将了解理想气体的状态 方程、理想气体的工作循环、以 及理想气体的相变等基本概念。
热力学第一定律
内能和热容
内能和热容是研究物体温度 变化和热量传递的重要物理 量，它们是定义热力学第一 定律所必须的。
均衡力和运动状态
大学物理ppt课件完整版doc
熵是表示系统混乱程度的物理量。在 可逆过程中，系统的熵保持不变；在 不可逆过程中，系统的熵总是增加的 。
03
热力学第二定律的数 学表达式
对于可逆过程，dS = δQ/T；对于不 可逆过程，dS > δQ/T。其中S表示 系统的熵，δQ表示系统吸收的微小热 量，T表示系统的温度。
热力学在工程技术中的应用
光的色散
复色光分解为单色光的现象，牛顿的棱镜实 验。
D
量子光学基础
黑体辐射和普朗克量子假设
黑体辐射的实验规律和普朗克的量子假设，解释 黑体辐射现象。
康普顿效应
康普顿散射实验和德布罗意波的概念，证实光子 具有动量。
ABCD
光电效应和爱因斯坦光子假设
光电效应的实验规律和爱因斯坦的光子假设，解 释光电效应现象。
光从一种介质斜射入另 一种介质时，传播方向 发生改变的现象。
透镜成像
透镜对光线的作用及成 像原理，包括凸透镜和 凹透镜。
波动光学
A
光的干涉
两列或几列光波在空间某些区域相遇时相互加 强或相互削弱的现象。
光的衍射
光在传播过程中遇到障碍物或小孔时，偏 离直线传播的现象。
B
C
光的偏振
光波是横波，其振动方向垂直于传播方向， 偏振现象说明光波是横波。
03
时空结构和宇宙演化
研究时空的基本性质、宇宙的起源、演化和结构，包括 相对论、宇宙学等。
物理学的研究方法
观察和实验
通过观察和实验手段获取物理现象的数据，验证物理理论和假设 。
数学建模和理论分析
运用数学工具建立物理模型，进行理论分析和推导，解释和预测物 理现象。
计算机模拟和数值计算
利用计算机进行物理过程的模拟和数值计算，辅助理论分析和实验 设计。
03
热力学第二定律的数 学表达式
对于可逆过程，dS = δQ/T；对于不 可逆过程，dS > δQ/T。其中S表示 系统的熵，δQ表示系统吸收的微小热 量，T表示系统的温度。
热力学在工程技术中的应用
光的色散
复色光分解为单色光的现象，牛顿的棱镜实 验。
D
量子光学基础
黑体辐射和普朗克量子假设
黑体辐射的实验规律和普朗克的量子假设，解释 黑体辐射现象。
康普顿效应
康普顿散射实验和德布罗意波的概念，证实光子 具有动量。
ABCD
光电效应和爱因斯坦光子假设
光电效应的实验规律和爱因斯坦的光子假设，解 释光电效应现象。
光从一种介质斜射入另 一种介质时，传播方向 发生改变的现象。
透镜成像
透镜对光线的作用及成 像原理，包括凸透镜和 凹透镜。
波动光学
A
光的干涉
两列或几列光波在空间某些区域相遇时相互加 强或相互削弱的现象。
光的衍射
光在传播过程中遇到障碍物或小孔时，偏 离直线传播的现象。
B
C
光的偏振
光波是横波，其振动方向垂直于传播方向， 偏振现象说明光波是横波。
03
时空结构和宇宙演化
研究时空的基本性质、宇宙的起源、演化和结构，包括 相对论、宇宙学等。
物理学的研究方法
观察和实验
通过观察和实验手段获取物理现象的数据，验证物理理论和假设 。
数学建模和理论分析
运用数学工具建立物理模型，进行理论分析和推导，解释和预测物 理现象。
计算机模拟和数值计算
利用计算机进行物理过程的模拟和数值计算，辅助理论分析和实验 设计。
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非弹性碰撞
碰撞后系统动能不守恒，部分机械 能转化为内能，损失了机械能。如 湿纸或橡皮泥的碰撞等。
完全非弹性碰撞
碰撞后两物体粘在一起运动，动能 损失最大，机械能损失也最大。
能量守恒定律
定律表述
自然界中的一切物质都具有能量，能量既不能创 造也不能消灭，而只能从一种形式转换成另一种 形式，从一个物体传递到另一个物体；在转化和 传递过程中能量的总量保持不变。
大学物理的学习方法和要求
掌握基本概念和基本规律
注重实验和实践
学习大学物理首先要掌握基本概念和基本 规律，理解它们的物理意义和适用范围。
大学物理实验是学习物理学的重要环节， 通过实验可以加深对物理概念和规律的理 解，培养实验技能和动手能力。
培养物理思维
拓宽知识面
学习大学物理要注重培养物理思维，即运 用物理学的方法和观点去分析和解决问题 的能力。
热力学第二定律的表述及实质
表述
实质
应用
热力学第二定律有多种表述方式，其 中最著名的是开尔文表述和克劳修斯 表述。开尔文表述指出，不可能从单 一热源吸取热量，使之完全变为有用 功而不产生其他影响。克劳修斯表述 指出，热量不可能自发地从低温物体 传到高温物体而不引起其他变化。
热力学第二定律的实质是揭示了自然 界中一切与热现象有关的宏观过程都 具有方向性，即不可逆性。这种方向 性是由系统内部的微观状态数目的变 化所决定的，也就是由系统的熵增原 理所决定的。
循环过程卡诺循环
01
02
定义
工作原理
卡诺循环是一种理想的可逆循环，由 两个等温过程和两个绝热过程组成。 它是热力学第二定律的出发点，也是 热机效率的理论极限。
卡诺循环通过高温热源吸收热量，在 低温热源放出热量，并对外作功。其 效率只与高温热源和低温热源的温度 有关，而与工作物质无关。
西安交通大学大学物理ppt第四章 (1)
Epa = ∫
b(势能零点）
a
F ⋅ dr 保
重力势能： 重力势能：
Ep = mgy
万有引力势能： 万有引力势能： 弹簧弹性力势能： 弹簧弹性力势能：
（以 y = 0 的平面为势能零点） 的平面为势能零点）
m m2 Ep = −G 1 r 1 2 Ep = kx 2
（以无穷远处为势能零点) 以无穷远处为势能零点)
如果系统中只有保守内力作功，而其它内力和外力都不作 如果系统中只有保守内力作功， 或作功的总和始终为零，则系统总机械能保持不变。 功，或作功的总和始终为零，则系统总机械能保持不变。 注意： 注意： （1）守恒条件
A外 + A非内 = 0
（2）守恒定律是对一个系统而言的 （3）守恒是对整个过程而言的，不能只考虑始末两状态 守恒是对整个过程而言的， （4）机械能守恒定律是普遍的能量守恒定律在机械运动范 围内的体现。 围内的体现。
m
P = mv
d(mv) =F dt
力F 的 元冲量
d(mv) = dP = Fdt = dI
动量定理的微分形式） （动量定理的微分形式）
质点动量的增量微元等于合外力乘以作用时间微元 质点动量的增量微元等于合外一段有限时间， 对一段有限时间， 有
mv1
mv2
作用于质点系内各质点上的所有外力和非保守内力在某 一过程中作功的总和，等于质点系机械能的增量。 一过程中作功的总和，等于质点系机械能的增量。
2. 机械能守恒定律 系统的功能原理 当 则
A = A外 + A非保内 = Eb − Ea A= A + A 外 非保内 = 0
E = Ek + Ep = 恒量(质点系的机械能守恒定律) 质点系的机械能守恒定律)
西安交大大学物理课件
r (t ) x (t )i y (t ) j
r x 2 (t ) y 2 (t ) R
质点做平面 圆周运动
该质点的运动轨迹为一半径为R 的圆周
例三 2014年诺贝尔物理学奖
三位获奖者在发现新型高 效、环境友好型光源，即蓝色 发光二极管（LED）方面做出 巨大贡献。使用LED灯，我们 可以拥有更加持久和更加高效 的灯光代替原来的光源。
特点：体积小（非常轻）；
耗电量低，相同照明效果比 传统光源节能近80%；使用
寿命长，可达6万到10万小
时，比传统光源寿命长10倍 以上；高亮度、低热量；环
二十世纪以来，物理学被公认为全球技术与经济发展的主要驱动力 Quantum Mechanics
能带理论
Computer
信息科学与技术
VLSI、ASIC
Transistor
生物信息与生命科学
例一 2000年诺贝尔物理学奖
授予美国德州仪器公司的J ·S ·基尔比 等三位科学家，表彰他们在移动电话及半
导体研究中获得突破性进展，他们的工作
研究物体的高速运动效应以及动力 学规律
●
Quantum mechanics（近代）
研究微观物质运动现象以及基本运动规律
三. 物理学——研究自然科学的重要基础
●
派生的物理学分支：
等 离 子 体 物 理 学 原 子 核 物 理 学 原 子 分 子 物 理 学 固 体 物 理 学 凝 聚 态 物 理 学 激 光 物 理 学 地 球 物 理 学 生 物 物 理 学 天 体 物 理 学 电 子 物 理 学
二. 物理学理论（五大基本理论）
●
Newtonian mechanics（经典）
西安交通大学大学物理第5章--(4)
(5) 机械能守恒定律 当 A外A非时保 ，内 0 刚体绕定轴转动的角动量
EEkEp常量
(1) 刚体的角动量 LJ
(2) 刚体的角动量定理 (3) 角动量守恒定律
M d (J)
dt
当 M时0，
J常量
当变形体所受合外力矩为零时，变形体的动量矩也守恒
Jtω常量 Jt ω Jt ω
如：花样滑冰 跳水 芭蕾舞等
L J
动量矩定理
d LM d t
dL//M
由于 ML
的力矩作用 下发生进动
Ω
L
dL
M
因而 L
只改变方向，
mg
不改变大小(进动)
O
• 进动角速度Ω 动量矩定理
M
dL
Ω
dL d
而M 且d L d L L s iL d sn d ti d n L s in Ω
Lsin L
d t
进动特性的技术应用
翻转
外力
C
外力
进动
C
炮弹飞行姿态的控制：炮弹在飞行时，空气阻力对炮弹质心的力矩会使 炮弹在空中翻转；若在炮筒内壁上刻出了螺旋线（称之为来复线），当 炮弹由于发射药的爆炸所产生的强大推力推出炮筒时，炮弹还同时绕自 己的对称轴高速旋转。由于这种自转作用，它在飞行过程中受到的空气 阻力将不能使它翻转，而只能使它绕着质心前进的方向进动。
v=? G
R
z R/2
Mz角动量守恒 mv R / 2
v0
mv0 R
v = 2v0
例 有一转台，初始的角速度为ω0 有一个人站在转台的中心， 以相对于转台的恒定速度u沿半径向边缘走去，
求 人走了t 时间后，转台转过的角度
ω
西安交通大学大学物理ppt第七章 (3)
例 两个静质量都为 m0 的粒子，其中一个静止，另一个以 v0 = 0.8 c 的速度运动，它们对心碰撞以后粘在一起。
求 碰撞后合成粒子的静止质量。 解 取两粒子作为一个系统，碰撞前后动量、能量均守恒，设碰 撞后合成粒子的静止质量为 M0 ，运动质量为 M ，运动速度 为 V ，则 2 2 2
mc m c Mc m v 0 MV 0 0
火箭质量可近视为不变。
解题思路 实际问题中当物体作趋近于光速的高速运动时，一定要用相 对论动力学的公式，求解相对论动力学问题的关键在于理解 和掌握下列几个最重要的结论： m0 m 相对论质量 v2 1 2 c
相对论动量
mv p v2 1 2 c
2 Emc
相对论能量 相对论动能
故
v v 1 1 2 u c
2
2u v vA u2 1 2 c 2 v v u 或 2 20 u cv
取正号代入
m (v )
m0 v2 1 2 c
m m 0u m (v) 0 v u v 1 u
—— 相对论的质速关系
m(v): 相对论质量;
m0 : 静止质量
v x u vx u 1 2 v x c
质量应与物体运动有关
m m v
相对论质量 m m v 经典力学中：物体质量恒定.
恒力下：v∝t
没有上限.
v c
实验证明,电子在恒力作用下被 加速到接近光速时,速度不再线 性增加,且不能超越光速. 狭义相对论从理论上可以证明
t v
相对论的质速关系
2 2 m m / 1 v / c 0
讨论 (1) 当v << c 时， 0, m = m0 —— 退化到牛顿力学 (2) 质速曲线 当v =0.1 c 当v =0.866 c m 增加 0.5%
大学物理第五章西安交通大学出版社
16
t
第5章 刚体力学基础 动量矩
5.2 力矩 刚体绕定轴转动微分方程
一、力矩 力: 改变质点的运动状态,质点获得加速度。 力矩： 改变刚体的转动状态,刚体获得角加速度。 1. 力 F 对z 轴的力矩 (力F 在垂直于轴的平面内)
z
r
A
M z ( F ) Fr sin Fh Fτ r
m1
m1 g
0 t m1 m2 gt 联立各式 1 解得： m1 m2 m r 2
34
第5章 刚体力学基础 动量矩
例3一根长为l、质量为 m 的均匀细直棒, 其一 端有一固定的光滑水平轴, 因而可以在竖直平 面内转动。最初棒静止在竖直位置, 由于微小 扰动, 在重力作用下由 静止开始转动。 l /2 l 求:它由此下摆角 时的 角加速度。 P
角速度ω 的方向由右手定则确定。 规定： 逆时针转动,θ > 0, ω沿转轴向上,ω > 0 。 顺时针转动,θ < 0, ω沿转轴向下,ω < 0 。
9
第5章 刚体力学基础 动量矩
角加速度α的方向用正负表示。 设ω1 ,ω2 同向，Δω= ω2 -ω1 。
ω2 ω1
Δω > 0 α> 0ω1 ω2源自第5章 刚体力学基础 动量矩
3. 刚体绕定轴的匀速和匀变速转动
刚体绕定轴转动时，若 常 , 0， 数 刚体绕定轴匀速转动。 若 常数 ，刚体绕定轴的匀变速转动。 匀速转动
0 t
0 t 1 2 0 0 t t 2 2 02 2 ( 0 )
23
第5章 刚体力学基础 动量矩
三、转动惯量 单个质点
t
第5章 刚体力学基础 动量矩
5.2 力矩 刚体绕定轴转动微分方程
一、力矩 力: 改变质点的运动状态,质点获得加速度。 力矩： 改变刚体的转动状态,刚体获得角加速度。 1. 力 F 对z 轴的力矩 (力F 在垂直于轴的平面内)
z
r
A
M z ( F ) Fr sin Fh Fτ r
m1
m1 g
0 t m1 m2 gt 联立各式 1 解得： m1 m2 m r 2
34
第5章 刚体力学基础 动量矩
例3一根长为l、质量为 m 的均匀细直棒, 其一 端有一固定的光滑水平轴, 因而可以在竖直平 面内转动。最初棒静止在竖直位置, 由于微小 扰动, 在重力作用下由 静止开始转动。 l /2 l 求:它由此下摆角 时的 角加速度。 P
角速度ω 的方向由右手定则确定。 规定： 逆时针转动,θ > 0, ω沿转轴向上,ω > 0 。 顺时针转动,θ < 0, ω沿转轴向下,ω < 0 。
9
第5章 刚体力学基础 动量矩
角加速度α的方向用正负表示。 设ω1 ,ω2 同向，Δω= ω2 -ω1 。
ω2 ω1
Δω > 0 α> 0ω1 ω2源自第5章 刚体力学基础 动量矩
3. 刚体绕定轴的匀速和匀变速转动
刚体绕定轴转动时，若 常 , 0， 数 刚体绕定轴匀速转动。 若 常数 ，刚体绕定轴的匀变速转动。 匀速转动
0 t
0 t 1 2 0 0 t t 2 2 02 2 ( 0 )
23
第5章 刚体力学基础 动量矩
三、转动惯量 单个质点
《大学物理第一章-》PPT课件
v
P
r
o
R
z'
o' x
r
x'
z
伽利略坐标变换式
r r ut 1. 速度变换 r r t ' ut t ' lim lim lim lim 1 t 0 t t 0 t ' t t 0 t t 0 t dr dr ' u va vr ve dt dt '
v
mg
f
N
（2）静摩擦力
当物体与接触面存在相对滑动趋势时，物体所受到 接触面对它的阻力。其方向与相对滑动趋势方向相反。
f F
F
mg
f
N 静摩擦力的大小随外力的变化而变化。
最大静摩擦力：
f max N
为静摩擦系数：与接触面的材料和表面情况有关
• 其方向沿轨道切线方向
右边第二项称为法向加速度
d
v
P2
det an v dt
d
et
P1
ds
v
d et
det et
即det 方向同 en
et
大小：det et d d
法向加速度大小：
v an
2
法向加速度方向： 沿法线方向，指向曲率中心。
at an
b R b Rc t c c c
讨论:
1 、分析以下计算是否正确 ? ( P14 1-1-4) 第二种方法正确
第一种错误在于他未分清 dr 与 d r 的
区别致使他犯了概念性的错误
2、一质点做圆周运动,如图所示.以下各式 的 物理意义是什么?
西安交大-大学物理
End
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目录
大学物理
第一篇 第二篇
第三篇 第四篇 第五篇
End
对称性与守恒定律 时空观
物质与波 物质与相互作用 物理学与技术科学
返回
目录
第一篇 对称性与守恒定律
第1章 天体运动与牛顿力学
第2章 对称性原理——物质世界最高层次的规律
End
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目录
第二篇 时空观
第3章 经典时空观 第4章 狭义相对论
第5章 广义相对论——爱因斯坦的引力理论
End
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目录
第三篇 物质与波
第6 章
振动和波
第7 章
量子理论
End
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目录
第四篇 物质与相互作用
第8 章
原子结构与核辐射
第9 章
固体物理与新材料
第10章 量子场理论与物质相互作用
End
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目录
第五篇 物理学与技术科学
第11章 物理学与能源科学
第12章 物理学与环境科学
2.1 2.2
对称性 物理定律的对称性
2.3
2.4
宇称守恒与不守恒
对称性原理的意义
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第3章 经典时空观
3.1 3.2 3.3
牛顿时空观的相对性与绝对性 运动的相对性 速度合成
伽利略相对性原理——牛顿物理学的相对性
返回
目录
4.1 相对论的两条重要思想
第4章 狭义相对论
4.2
4.3 4.4 4.5 4.6
同时性的相对性
时间的相对性（时间膨胀或钟慢效应） 长度的相对性（长度收缩） 洛伦兹变换——狭义相对论运动学的核心 相对论速度变换定律——光速是极限
大学物理 西安交大出版社 第二章 牛顿运动三定律
大学物理 第三次修订本
物体所处的 地理纬度角
16
第2章 牛顿运动定律
例1如图所示，一质点m 旁边放一长度为L 、 质量为M 的杆，杆离质点近端距离为l 。 求该系统的万有引力大小。 问题： 杆能否看作是一质点？
m x
l
dx
M
L
解 质元 dM dx
mdM mMdx 质元、质点间引力 df G 2 G x Lx 2
大学物理 第三次修订本
2
第2章 牛顿运动定律
第2章 牛顿运动三定律
位于美国华盛顿特区国际标准局的铯原子钟
大学物理 第三次修订本
3
第2章 牛顿运动定律
第2章 牛顿运动三定律
2.1 牛顿运动三定律
2.2 力学中常见的几种力 2.3 牛顿运动定律的应用
2.4 牛顿运动定律的适用范围
4
大学物理 第三次修订本
大学物理 第三次修订本
31
第2章 牛顿运动定律
结论
惯性系：牛顿定律适用的参考系。
或：牛顿定律在惯性系中成立，
在非惯性系中不成立。
大学物理 第三次修订本
32
第2章 牛顿运动定律
二、力学相对性原理
v v u u 为常量 dv dv dt dt
y
y＇ u
TA- TB = mAB a
TA= TB
20
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
若绳子质量忽略不计 ,各处张力相等
大学物理 第三次修订本
第2章 牛顿运动定律
三、摩擦力
1. 静摩擦力 当两相互接触的物体彼此之间保持相对静 止，且沿接触面有相对运动趋势时，在接 触面之间会产生一对阻止上述运动趋势的 力，称为静摩擦力。
物体所处的 地理纬度角
16
第2章 牛顿运动定律
例1如图所示，一质点m 旁边放一长度为L 、 质量为M 的杆，杆离质点近端距离为l 。 求该系统的万有引力大小。 问题： 杆能否看作是一质点？
m x
l
dx
M
L
解 质元 dM dx
mdM mMdx 质元、质点间引力 df G 2 G x Lx 2
大学物理 第三次修订本
2
第2章 牛顿运动定律
第2章 牛顿运动三定律
位于美国华盛顿特区国际标准局的铯原子钟
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3
第2章 牛顿运动定律
第2章 牛顿运动三定律
2.1 牛顿运动三定律
2.2 力学中常见的几种力 2.3 牛顿运动定律的应用
2.4 牛顿运动定律的适用范围
4
大学物理 第三次修订本
大学物理 第三次修订本
31
第2章 牛顿运动定律
结论
惯性系：牛顿定律适用的参考系。
或：牛顿定律在惯性系中成立，
在非惯性系中不成立。
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32
第2章 牛顿运动定律
二、力学相对性原理
v v u u 为常量 dv dv dt dt
y
y＇ u
TA- TB = mAB a
TA= TB
20
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
若绳子质量忽略不计 ,各处张力相等
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第2章 牛顿运动定律
三、摩擦力
1. 静摩擦力 当两相互接触的物体彼此之间保持相对静 止，且沿接触面有相对运动趋势时，在接 触面之间会产生一对阻止上述运动趋势的 力，称为静摩擦力。
西安交通大学大学物理PPT课件
求 人走了t 时间后，转台转过的角度
ω
解 选(人和转台)为系统
人和转台组成的系统对竖直轴不受外力矩 因此，系统对竖直轴的角动量守恒
u m
M R
在时间 t 内人，走到距转台中心的距离为
r ut
(
1 2
MR2 )0
(
1 2
MR2
mr2 )
d
dt
1
0
2mu 2t
MR2
2
t
d dt
dt
dL L sind
L sin
d
L sin
Ω
dt
dt
所以 Ω M M 1
Ω
L sin Jsin
高速自转的陀螺在陀螺重力对支点O
陀螺的动量矩近似为
L
J
动量矩定理
dL Mdt
dL // M
由于 M L
的力矩作Ω用 下发生进L 动
dL
M
因而 L
只改变方向，
mg
不改变大小(进动)
O
进动角速度Ω 动量矩定理
M
dL
而且 M
dL
角动量守恒定律在工程技术上的应用
陀螺仪与导航
陀螺仪：能够绕其对称轴高速 旋转的厚重的对称刚体。
支架S
外环 陀螺G 内环
陀螺仪的特点：具有轴对称性和 绕对称轴有较大的转动惯量。
陀螺仪的定向特性：由于不受外 力矩作用，陀螺角动量的大小和 方向都保持不变；无论怎样改变 框架的方向，都不能使陀螺仪转 轴在空间的取向发生变化。
西安交通大学大学物理ppt第九章++(3)
二.带电粒子在均匀磁场中的运动
• v
B 情况
•
v
fm
B
qv
情况
B
0
带电粒子的运动不受磁场影响
v
qvBsin mv 2
2R
R mv qB
B
R 与 v 成正比
q f
RO
• 粒子回转周期与频率
T
2R v
2m qB
T 与 v 无关
qB
2m
dFx IBdl sin IBdy
dF Idl
dFy IBdl cos IBdx
F
0
Fx
IBdy 0
0
O
L
I Ax
L
Fy 0 IBdx IBL
相当于一根载流直导线在匀强磁场中受力，方向沿y向。
例 在均匀磁场中放置一半径为R 的半圆形导线，电流强
(2) 若磁场为匀强场
F Idl B
在匀强磁场中的闭合电流受力
F Idl B 0
例 在均匀磁场中放置一任意形状的导线，电流强度为I
求 此段载流导线受的磁力。
解 当磁感应强度与线圈平面垂直时
在电流上任取电流元 Idl
y
dF Idl B IBdl
q q
轨迹, 发现了正电子
v 带电粒子
(4) 回旋加速器
加速 带电粒子
利用 T 2m qB
+- +- +- +-
高频交流电压
-+ -+ -+ -+
公开课西安交通大学大学物理机械振动、波和波动
振动和波动在其他领域应用
振动筛分
利用振动使物料在筛网上产生相 对运动，从而实现物料的筛分和 分级。广泛应用于矿山、冶金、
化工等领域。
波动能源
利用波动（如海浪、潮汐等）产 生的能量进行发电或供能。例如 ，海浪发电装置可将海浪能转化 为电能，为沿海地区提供清洁能
源。
振动控制
通过控制振动来改善机械系统的 性能或降低噪声和振动对环境和 人体的影响。例如，在航空航天 、汽车制造等领域中广泛应用振
波动方程应用举例
01
声波传播
声波是一种典型的纵波，其传播遵循波动方程。通过波动方程可以分析
声波在不同介质中的传播速度、衰减等特性，进而应用于声学、医学等
领域。
02
光波干涉
光波是一种横波，其传播也遵循波动方程。通过波动方程可以分析光波
的干涉现象，如双缝干涉、薄膜干涉等，进而应用于光学测量、光学器
件设计等领域。
THANKS
01
03 02
数据记录和处理方法
01
波长和传播速度。
02
数据处理方法
1. 对波形图进行分析，提取振动的振幅和频率信息。
03
数据记录和处理方法
2. 根据波长和传播速度的关系，计算 波动的传播速度。
3. 对多组实验数据进行统计分析，探 究振动和波动的基本规律。
实验结果分析和讨论
1
实验结果：通过实验测量和分析，可以得到以下 结果
介质温度
温度对波速和波形都有影响，一般温度升高波速 增大。
纵波和横波在介质中传播特点
要点一
纵波传播特点
要点二
横波传播特点
质点振动方向与波传播方向平行，波形为疏密相间的波形 。
质点振动方向与波传播方向垂直，波形为高低相间的波形 。
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15
理想气体的状态方程 说明
PV RT （克拉珀龙方程）
(1) 理想气体的宏观定义：在任何条件下都严格遵守克拉珀 龙方程的气体；
(2) 实际气体在压强不太高，温度不太低的条件下，可当作 理想气体处理，且温度越高、压强越低，精确度越高。 (3) 混合理想气体的状态方程为
m pV RT M
大量分子热运动的剧烈程度 (SI: K) 温标：温度的数值表示方法
国际上规定水的三相点温度为 273.16 K
9
三. 平衡态
1. 定义 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。 p
(p1,V1,T1)
处于平衡态的气体系统（无外场），其 状态可用一组确定的宏观量 (p,V,T) 表示 说明
考试
阶段考试-1：热学 + 机械振动； ~第7周周末 阶段考试-2：机械波 + 波动光学；~第13周周末 期末考试：全部教学内容
成绩
平时成绩(10%)：考勤 + 作业 考试成绩(20% + 20% + 50%)
3
热 学
一. 热学的研究对象
热运动 宏观物体中分子、原子等的无规则运动
其中 p pi
i
m mi
i
M
i i
16
m
-3 3 例 柴油机的汽缸容积为 0.827×10 m 。压缩前汽缸的空气温 度为 320 K， 压强为 8.4×104 Pa ，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ活塞急速推进时可将 空气压缩到原体积的 1/17 ，使压强增大 到 4.2×106 Pa 。
求 这时空气的温度 解
6
§11.1 热力学的研究对象和研究方法
热力学是研究热现象的宏观理论 —— 根据实验总结出来的热力学定律，用严密的逻 辑推理的方法，研究宏观物体的热力学性质
—— 从能量转换的观点研究物质的热学性质及其宏
观规律 —— 不涉及物质的微观结构 —— 主要理论基础是热力学的三大定律
本章的核心内容是热力学第一定律和热力学第二定律。
大学物理
Erhu Zhang B721，Cyrus Tang Building
1
● 内容多
● 覆盖面宽
热力学与气体动理论 机械振动 机械波
宏观与微观
整体相关性
波动光学
量子物理基础 激光、固体能带理论
●
整体相关性
概念
●
方法
●
联系
2
答疑
1. 集体答疑 时间：周一 ~ 周四，19：30 ~ 21：30 地点：中二楼-3224 2. 单独答疑 时间：待定？ 地点：仲英楼-B721
8
封闭系统 孤立系统
系统与外界之间，没有物质交换，只有能 量交换。 系统与外界之间，既无物质交换，又无能 量交换。
二. 气体的状态参量 —— 热力学系统状态的描述
体积(V) 气体分子可能到达的整个空间的体积 (SI: m3)
压强(p)
温度(T)
大量分子与器壁及分子之间不断碰撞而产生的 宏观效果 (SI: Pa)
4
宏观理论 （热力学）
研究对象 热现象 宏观量 观察和实验 总结归纳 逻辑推理 普遍，可靠 有局限、不深刻
微观理论 （统计物理学）
热现象 微观量 微观粒子 力学规律 统计平均方法 揭露本质 无法自我验证
物理量
出发点 方法 优点
缺点 二者关系
热力学验证统计物理学， 统计物理学揭示热力学本质
5
第11章 热力学基础
7
§11.2 平衡态与准静态过程 理想气体状态方程
一. 系统和外界
• 热力学系统
热力学所研究的具体对象，简称系统。 系统是由大量分子组成，如 气缸中的气体。
Gas
活塞
• 外界
系统以外的物体
系统
• 系统与外界可以有相互作用
例如：做功、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。
S
t 10 1 s 10 3 s
13
说明 (1) 准静态过程是一个理想过程；
(2) 除一些进行得极快的过程（如爆炸过程）外，大多数情 况下都可以把实际过程看成是准静态过程；
(3) 准静态过程在状态图上可用一条曲线表示，如图
p
等温
P
P
等体
等压
O
V O
V O
V
14
五. 理想气体的状态方程（平衡态）
11
四. 准静态过程
热力学过程 系统从某状态开始经历一系列的中间状态 到达另一状态的过程。
1
?
?
?
?
2 2
1 平衡过程
系统从某一平衡态变化到另一平衡态所经历 的任一中间状态都是平衡态
实际过程是经历一系列非平衡态的非平衡过程
系统状态变化 原有平衡被破坏（非平衡态） 重新平衡
12
准静态过程 在过程进行的每一时刻，系统都无限地 接近平衡态。 弛豫时间τ —— 系统从平衡态被破坏到平衡态重新建立所需的时间 实际过程是非准静态过程，但只要过程进行的时间 ( t ) 远 大于系统的弛豫时间 (τ )，均可看作准静态过程。如：实 际汽缸的压缩过程可看作准静态过程
(p2,V2,T2)
V
(1) 不受外界影响： 系统与外界之间没有物质交换，也不通过作功或传热 的方式交换能量
如： 两头处于冰水、沸水中的金属棒 是一种稳定态，而不是平衡态 高温T1 低温T2
10
系统可以处于均匀的外力场中 处于重力场中气体系统的粒子数密度 随高度变化，但它是平衡态。 (2) 热平衡定律或热力学第零定律 如果两个系统分别与处于确定状态的第三个系统达到热平 衡，则这两个系统彼此也将处于热平衡。 热力学第零定律表明，处在同一平衡态的所有热力学系 统都有一个共同的宏观性质； 这个决定系统热平衡的宏 观性质的物理量定义为温度。 (3) 平衡是热动平衡 (4) 平衡态是一种理想状态
温度是热学中特有的物理量 —— 反映组成系统大量 微观粒子无规则热运动的激烈程度。
热现象 热 学
物体与温度有关的物理性质及状态的变化 研究热现象的理论
二. 热学的研究方法
宏观量 微观量
描述宏观物体特性的物理量 如：温度、压强、体积、热容量、密度、熵等
描述微观粒子特征的物理量 如：质量、速度、能量、动量等
p1V1 p2V2 T1 T2
p2V2 T2 T1 p1V1
4.2 10 6 1 T2 320 941 K 4 8.4 10 17
T2 > 柴油的燃点（220 ℃）
若在这时将柴油喷入汽缸，柴油将立即燃烧，发生爆炸，推 动活塞作功，这就是柴油机点火的原理。
17
气体的状态方程
T f ( p, V )
† 实验定律
在温度不太低(与室温相比)和压强不太大(与大气压相比) 1. 等温过程：Boyle-Mariotte定律 ( pV=const ) 2. 等体过程：Gay-Lussac定律 ( p/T=const ) 3. 等压过程：Charles定律 (V/T=const ) 4. Dalton分压定律：混合气体的压强等于各组分独立存 在时的分压强之和 5. Avogadro定律：在同样的温度和压强下，相同体积的 气体含有相同数量的分子。在标准状态下，1摩尔任何气 体所占有的体积为22.4升。
理想气体的状态方程 说明
PV RT （克拉珀龙方程）
(1) 理想气体的宏观定义：在任何条件下都严格遵守克拉珀 龙方程的气体；
(2) 实际气体在压强不太高，温度不太低的条件下，可当作 理想气体处理，且温度越高、压强越低，精确度越高。 (3) 混合理想气体的状态方程为
m pV RT M
大量分子热运动的剧烈程度 (SI: K) 温标：温度的数值表示方法
国际上规定水的三相点温度为 273.16 K
9
三. 平衡态
1. 定义 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。 p
(p1,V1,T1)
处于平衡态的气体系统（无外场），其 状态可用一组确定的宏观量 (p,V,T) 表示 说明
考试
阶段考试-1：热学 + 机械振动； ~第7周周末 阶段考试-2：机械波 + 波动光学；~第13周周末 期末考试：全部教学内容
成绩
平时成绩(10%)：考勤 + 作业 考试成绩(20% + 20% + 50%)
3
热 学
一. 热学的研究对象
热运动 宏观物体中分子、原子等的无规则运动
其中 p pi
i
m mi
i
M
i i
16
m
-3 3 例 柴油机的汽缸容积为 0.827×10 m 。压缩前汽缸的空气温 度为 320 K， 压强为 8.4×104 Pa ，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ活塞急速推进时可将 空气压缩到原体积的 1/17 ，使压强增大 到 4.2×106 Pa 。
求 这时空气的温度 解
6
§11.1 热力学的研究对象和研究方法
热力学是研究热现象的宏观理论 —— 根据实验总结出来的热力学定律，用严密的逻 辑推理的方法，研究宏观物体的热力学性质
—— 从能量转换的观点研究物质的热学性质及其宏
观规律 —— 不涉及物质的微观结构 —— 主要理论基础是热力学的三大定律
本章的核心内容是热力学第一定律和热力学第二定律。
大学物理
Erhu Zhang B721，Cyrus Tang Building
1
● 内容多
● 覆盖面宽
热力学与气体动理论 机械振动 机械波
宏观与微观
整体相关性
波动光学
量子物理基础 激光、固体能带理论
●
整体相关性
概念
●
方法
●
联系
2
答疑
1. 集体答疑 时间：周一 ~ 周四，19：30 ~ 21：30 地点：中二楼-3224 2. 单独答疑 时间：待定？ 地点：仲英楼-B721
8
封闭系统 孤立系统
系统与外界之间，没有物质交换，只有能 量交换。 系统与外界之间，既无物质交换，又无能 量交换。
二. 气体的状态参量 —— 热力学系统状态的描述
体积(V) 气体分子可能到达的整个空间的体积 (SI: m3)
压强(p)
温度(T)
大量分子与器壁及分子之间不断碰撞而产生的 宏观效果 (SI: Pa)
4
宏观理论 （热力学）
研究对象 热现象 宏观量 观察和实验 总结归纳 逻辑推理 普遍，可靠 有局限、不深刻
微观理论 （统计物理学）
热现象 微观量 微观粒子 力学规律 统计平均方法 揭露本质 无法自我验证
物理量
出发点 方法 优点
缺点 二者关系
热力学验证统计物理学， 统计物理学揭示热力学本质
5
第11章 热力学基础
7
§11.2 平衡态与准静态过程 理想气体状态方程
一. 系统和外界
• 热力学系统
热力学所研究的具体对象，简称系统。 系统是由大量分子组成，如 气缸中的气体。
Gas
活塞
• 外界
系统以外的物体
系统
• 系统与外界可以有相互作用
例如：做功、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。
S
t 10 1 s 10 3 s
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说明 (1) 准静态过程是一个理想过程；
(2) 除一些进行得极快的过程（如爆炸过程）外，大多数情 况下都可以把实际过程看成是准静态过程；
(3) 准静态过程在状态图上可用一条曲线表示，如图
p
等温
P
P
等体
等压
O
V O
V O
V
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五. 理想气体的状态方程（平衡态）
11
四. 准静态过程
热力学过程 系统从某状态开始经历一系列的中间状态 到达另一状态的过程。
1
?
?
?
?
2 2
1 平衡过程
系统从某一平衡态变化到另一平衡态所经历 的任一中间状态都是平衡态
实际过程是经历一系列非平衡态的非平衡过程
系统状态变化 原有平衡被破坏（非平衡态） 重新平衡
12
准静态过程 在过程进行的每一时刻，系统都无限地 接近平衡态。 弛豫时间τ —— 系统从平衡态被破坏到平衡态重新建立所需的时间 实际过程是非准静态过程，但只要过程进行的时间 ( t ) 远 大于系统的弛豫时间 (τ )，均可看作准静态过程。如：实 际汽缸的压缩过程可看作准静态过程
(p2,V2,T2)
V
(1) 不受外界影响： 系统与外界之间没有物质交换，也不通过作功或传热 的方式交换能量
如： 两头处于冰水、沸水中的金属棒 是一种稳定态，而不是平衡态 高温T1 低温T2
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系统可以处于均匀的外力场中 处于重力场中气体系统的粒子数密度 随高度变化，但它是平衡态。 (2) 热平衡定律或热力学第零定律 如果两个系统分别与处于确定状态的第三个系统达到热平 衡，则这两个系统彼此也将处于热平衡。 热力学第零定律表明，处在同一平衡态的所有热力学系 统都有一个共同的宏观性质； 这个决定系统热平衡的宏 观性质的物理量定义为温度。 (3) 平衡是热动平衡 (4) 平衡态是一种理想状态
温度是热学中特有的物理量 —— 反映组成系统大量 微观粒子无规则热运动的激烈程度。
热现象 热 学
物体与温度有关的物理性质及状态的变化 研究热现象的理论
二. 热学的研究方法
宏观量 微观量
描述宏观物体特性的物理量 如：温度、压强、体积、热容量、密度、熵等
描述微观粒子特征的物理量 如：质量、速度、能量、动量等
p1V1 p2V2 T1 T2
p2V2 T2 T1 p1V1
4.2 10 6 1 T2 320 941 K 4 8.4 10 17
T2 > 柴油的燃点（220 ℃）
若在这时将柴油喷入汽缸，柴油将立即燃烧，发生爆炸，推 动活塞作功，这就是柴油机点火的原理。
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气体的状态方程
T f ( p, V )
† 实验定律
在温度不太低(与室温相比)和压强不太大(与大气压相比) 1. 等温过程：Boyle-Mariotte定律 ( pV=const ) 2. 等体过程：Gay-Lussac定律 ( p/T=const ) 3. 等压过程：Charles定律 (V/T=const ) 4. Dalton分压定律：混合气体的压强等于各组分独立存 在时的分压强之和 5. Avogadro定律：在同样的温度和压强下，相同体积的 气体含有相同数量的分子。在标准状态下，1摩尔任何气 体所占有的体积为22.4升。