大学物理-第十九章第二课
普通物理目录(程守洙第五版)
大学普通物理（第五版）目录（程守洙）第一篇力学第一章质点的运动§1.1质点参考系运动方程§1.2位移速度加速度§1.3圆周运动及其描述§1.4曲线运动方程的矢量形式§1.5运动描述的相对性伽利略坐标变换第二章牛顿运动定律第二章牛顿运动定律§2.1牛顿第一定律和第三定律§2.2常见力和基本力§2.3牛顿第二定律及其微分形式§2.4牛顿运动定律应用举例§2.5牛顿第二定律积分形式之一：动量定理§2.6牛顿第二定律积分形式之二：动能定理§2.7非惯性系惯性力阅读材料A 混沌和自组织现象第三章运动的守恒定律第三章运动的守恒定律§3.1保守力成对力作功势能§3.2功能原理§3.3机械能守恒定律能量守恒定律§3.4质心质心运动定理动量守恒定律火箭飞行§3.5碰撞§3.6质点的角动量和角动量守恒定律§3.7质点在有心力场中的运动§3.8对称性和守恒定律阅读材料B 宇宙的膨胀第四章刚体的转动第四章刚体的运动§4.1刚体的平动、转动和定轴转动§4.2刚体的角动量转动动能转动惯量§4.3 力矩刚体定轴转动定律§4.4定轴转动的动能定理§4.5刚体的自由度刚体的平面平行运动§4.6定轴转动刚体的角动量定理和角动量守恒定律§4.7进动第五章相对论基础第五章相对论基础§5.1伽利略相对性原理经典力学的时空观§5.2狭义相对论基本原理洛伦兹坐标变换式§5.3相对论速度变换公式§5.4狭义相对论时空观§5.5狭义相对论动力学基础§5.6广义相对论简介阅读材料C 超新星爆发和光速不变性第六章气体动理论第二篇热学第六章气体动理论§6.1 状态过程理想气体§6.2分子热运动和统计规律§6.3气体动理论的压强公式§6.4理想气体的温度公式§6.5能量均分定理理想气体的内能§6.6麦克斯韦速率分布律§6.7玻尔兹曼分布律重力场中粒子按高度的分布§6.8分子的平均碰撞次数及平均自由程§6.9气体内的迁移现象§6.10真实气体范德瓦耳斯方程§6.11物态和相变阅读材料D 非常温和非常压第七章热力学基础第七章热学基础§7.1热力学第一定律§7.2热力学第一定律对于理想气体等值过程的应用§7.3绝热过程多方过程§7.4焦耳－汤姆孙实验真实气体的内能§7.5循环过程卡诺循环§7.6热力学第二定律§7.7可逆过程与不可逆过程卡诺定理§7.8熵§7.9熵增加原理热力学第二定律的统计意义阅读材料E 熵与能源第三篇电场和磁场第八章真空中的静电场§8-1 电荷库仑定律§8-2 电场电场强度§8-3 高斯定理§8-4 静电场的环路定理电势§8-5 等势面电场强度与电势梯度的关系§8-6 带电粒子在静电场中的运动阅读材料F电子的发现和电子电荷量的测定第九章导体和电介质中的静电场§9-1 静电场中的导体§9-2 空腔导体内外的静电场§9-3 电容器的电容§9-4 电介质及其极化§9-5 电介质中的静电场§9-6 有电介质时的高斯定理电位移§9-7 电场的边值关系§9-8 电荷间的相互作用能静电场的能量§9-9 铁电体压电体永电体阅读材料G静电现象的应用第十章恒定电流和恒定电场§10-1 电流密度电流连续性方程§10-2 恒定电流和恒定电场电动势§10-3 欧姆定律焦耳一楞次定律§10-4 一段含源电路的欧姆定律。
第十九章 材料世界
其中有一种性能较好 的材料叫超导材料
1911年，翁尼斯在研究汞电阻 随温度的变化时，观察到在测 试降低到4.2K时，汞的电阻突 然降低到测量不到的微小值。 从而发现超导电性。
超导体
1．超导现象和超导体：当温度降低到绝对零度附 近时，某些材料的电阻率突然减小到无法测量的 程度，可以认为其电阻率突然变为零，这种现象 叫做超导现象，能够发生超导现象的物质称为超 导体． 2．转变温度TC ：材料由正常状态转变为超导状 态的温度，叫做超导材料的转变温度． 3、超导体的两个基本特性：零电阻性、抗磁性
• 纳米虽是一个尺度单位，但却成为近年来最时髦的商业“亮 点”———“纳米家电”、“纳米水”、“纳米服装”等概念盛 行一时。它们都是真纳米吗？目前市场上的纳米产品，往往给 人们带来一些误解。比如纳米冰箱，通常是添加了氧化钛的纳 米无机物，具备了一定的抗菌性能；所谓纳米洗衣机，也只能 说是添加了纳米材料的洗衣机，而且纳米材料还只是应用在滚 筒洗衣机外桶的内壁上，对于最容易产生污垢的内桶的外壁还 没有很好的解决办法。 • 在目前我国相关行业、产品技术标准还是空缺的情况下，这些 产品能否被称之为“纳米产品”还是一个问题，而炒作相关的 纳米概念显然不是科学和负责任的态度。 • 从世界范围看，纳米研究正在向应用和产业化努力，这也从侧 面说明“纳米技术”离大规模的应用还有一个过程。比如美国 前总统克林顿曾提出的用一个方糖大小的存储器可存下国家图 书馆的资料，这就是“纳米晶体管”技术，但其目前还仅是实 验室产品，不能用于大规模生产，原因在于改造的成本过于昂 贵、产品的可靠性和耐久性难以验证，“纳米科技展示的前景 非常美好，但要想使纳米材料真正大批量应用在现实生活中，
• 从第一次工业革命到现在，真正称得上主导技术的只 有4次，而“纳米”技术将成为第五次推动社会经济各 领域快速发展的主导技术。更重要的是，传统的技术 进步往往会耗费巨大的自然资源，而“纳米技术”则 将在知识经济中成为最大的节省再生资源和能源的标 志。 • 专家预言，借助纳米技术，未来我们有可能用基因芯 片、蛋白质芯片组装成“纳米机器人”，通过血管送 入人体去侦察疾病；携带DNA去更换或修复有缺陷的 基因片段。有可能用纳米药物来阻断血管饿死癌细胞。 使用纳米诊断仪只需检测微量血液就可从蛋白质和 DNA上诊断出各种疾病。利用碳纳米管，我们可以搭 建强度比钢高一百倍，但重量只有钢的六分之一的新 型建筑，摩天大楼将修得更高。而用碳纳米材料替代 硅芯片，将引发电脑行业的革命…… • 未来会出现很多自然界并不存在的强度高、对环境友 好、节省能源和资源具有延展性的材料可以锻打成片、拉成丝，大部分的金属都具有延展性。
物理选修-人教版第十九章原子核复习共-ppt精品课件
四、核反应 1．规律：质量数守恒和__电__荷__数__守__恒________． 2 ． 核 反 应 类 型 ： 核 反 应 有 __人__工__转__变______ 、 衰 变 、 __重__核__的__裂__变____、轻核的聚变． 五、核能 1．核能：核子结合成原子核需要放出能量，叫原子的__结__合__能__， 称为核能． 2．质量亏损：组成原子核的核子的质量与原子核的质 __量 __之 __差 __(或 者参加核反应的原子核总质量与生成新原子核的总质量之差)叫质 量亏损． 3．爱因斯坦质能方程：凡具有质量的物体都具有能量，物体 的质量和能量间的关系为：_E_＝__m__c_2_.若原子核质量亏损为 Δm，对 应释放的能量为__Δ__E_＝__Δ_m__c_2 ___．
种类 组成
α射线 高速氦核流
带电量 质量
速度 在电磁场中
2e
4mp(mp＝1.67×
10－27kg)
0.1c
偏转
穿透本领 对空气的电
离作用
最弱 很强
β射线 高速电子流
－e
mp
1836
0.99c
与α射线偏 转方向相反
较强 较弱
γ射线 光子流 (高频电磁波)
0 静止质量为零
c
不偏转
最强 很弱
11
例 2 原子核29382U 经放射性衰变①变为原子核29304Th，继而经 放射性衰变②变为原子核29341Pa，再经放射性衰变③变为原子核29324 U.放射性衰变①、②和③依次为( )
A．A＝2，Z＝1 B．A＝2，Z＝2 C．A＝3，Z＝3 D．A＝3，Z＝2
8
原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净 能源．当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参 与的几种聚变反应可能发生，放出能量．这几种反 应的总效果可以表示为 621H→k42He＋d11H＋210n＋ 43.15 MeV，由平衡条件可知( )
哈工大大学物理课件马文蔚教材第19章1量子物理.ppt
2）维恩位移定律
m
黑体辐射出的光谱中辐射最强的波长 m 与黑体温度
T 之间满足关系
mT b
维恩常数 b 2.897756103 m K
四. 经典物理学所遇到的困难——解释实验曲线
M0
1）维恩的半经验公式：
M 0 3e /T
公式适合于短波波段， 长波波段与实验偏离。
2）瑞利----金斯公式
或
2
2 h M0 (T )
c
M0 (T )
3
hc
e 1 kT
或 M 0 (T )
c2
h
e kT 1
假说:
对于一定频率 的电磁辐射, 物体只能以
h为单位发射或吸收它 --- h 是一个普适常数
物体 发射或吸收电磁辐射只能以“量子”
的形式进行, 每个能量子能量为: E nhv
能量子的最小能量 h
测量系统
加热器 Mr00 (,T )(1014W / m3 )
1.0
可 6000K
见
光
0.5
区
5000K
黑体辐射的 实验曲线
4000K
3000K
(m)
0
0.4 0.8
1.2
1.6
2.0
三. 黑体辐射的基本规律
1）斯特藩——玻耳兹曼定律
M0(T )
0
M0
(T
)d
T
4
斯特藩常数
5.67051108W / m2K 4
3）单色吸收比（光谱吸收比）λ 和单色反射比（光谱反射比）
λ
物体在温度T，吸收和反射频率λλdλ范围内电磁 波能量与相应波长入射电磁波能量之比
对于不透明物体： λ + λ =1
大学物理重点难点
大学物理重点难点第一章：质点运动学1、位置矢量、位移、速度、加速度等描述质点运动的物理量的定义、意义和具体计算。
2、会使用矢量，已知运动方程会求位移、路程。
3、已知速度（或加速度）和初始条件求运动方程。
4、能熟练计算质点作圆周运动时的角速度、角加速度、切向加速度、法向加速度。
5、理解伽利略坐标变换和速度变换。
第二章：牛顿定律1、掌握牛顿第二定律定义、意义，掌握其数学表达式（矢量式及直角坐标、自然坐标下的分量式。
2、理解伽利略相对性原理；3、掌握隔离法，能熟练地进行受力分析，能处理二维恒力作用下的质点力学问题；4、能用微积分方法求解一维变力作用下简单的质点力学问题。
第三章：动量守恒定律和能量守恒定律1、掌握动能定理，并能用于分析、解决质点在平面内运动时的简单力学问题；2、理解保守力做功的特点；会计算重力、弹性力和万有引力势能。
3、掌握质点系的功能原理和机械能守恒定律及适用条件。
4、掌握动量定理，并能用于分析、解决质点在平面内运动时的简单力学问题。
5、掌握动量守恒定律及适用条件；能分析简单系统在平面内运动的力学问题。
6、能运用动能定理、动量定理、机械能守恒定律、动量守恒定律综合分析简单系统在平面内运动的力学问题。
第四章：刚体运动1、理解角速度、角加速度矢量。
2、理解刚体定轴转动的运动学规律，能计算刚体绕定轴转动时的角速度、角加速度，已知角加速度（角速度）能计算刚体绕定轴转动时的运动方程。
3、理解转动惯量，能计算简单形状刚体的转动惯量。
4、掌握转动定律、转动动能定理，能应用包含刚体在内的机械能守恒与转换定理。
5、掌握角动量定理和角动量守恒定律。
第六章：热力学基础(1)掌握热力学第一定律。
(2)分析计算理想气体在等体、等压、等温和绝热过程中的功、热量和内能改变量。
(3)分析、计算循环过程中功、热量和内能改变量。
能计算卡诺循环等简单循环的热效率。
(4)理解热力学第二定律。
第七章：气体动理论(1)理解理想气体压强公式和温度公式。
大学物理B9-2
静电场 电场 感生电场 静电场 E s 场 源 电力线 环 流 电 势 通 量
∫∫
S
+ 非保守场、 非保守场、非静电场 ——感生电动势 感生电动势 感生电场 E i 变化的磁场 闭合
E ⋅ dl = −∫∫ ∂B ⋅ dS ∫L i ∂t S
正负电荷 不闭合
∫
L
E s ⋅ dr = 0
势场
Es
非势场
a
h ∂B = l 2 ∂t ∂B 1 l2 2 = l R − ∂t 2 4
小
结
一、法拉第电磁感应定律: 法拉第电磁感应定律 1、动生电动势: 、动生电动势
dφm ε =− dt
大小 b ε ab = ∫ vB sin α cos βdl .
a
ε ab = ∫ (v × B ) ⋅ dl
a
b
感生电动势： 2、感生电动势：
例1 半径为 R 的圆柱形空间分布着均匀磁场， 的圆柱形空间分布着均匀磁场， 其横截面如图所示． 其横截面如图所示．当磁感应强度 B 随时间以 变化，试求感生电场的分布． 恒定速率 dB dt 变化，试求感生电场的分布． ∂B × × 解 ∵ ∫ E ⋅ dl = − ∫∫ ⋅ dS × ×E × × B× ∂t L S × × × r× × × R E E ⋅ dl = E 2π r × × × × × × ∫ L E × × × × × × × × × × ×× ∂B ∂B E × × × ∫∫ ∂t ⋅ dS = ∂t ∫∫ dS S S 当r < R时
∂B ε = ∫ E感 ⋅ dl = − ∫∫ ⋅ dS ∂t L S
∂B ⋅ dS ——电磁感应定律的普遍形式 电磁感应定律的普遍形式 ∂t
华中科技大学：大学物理--教学大纲
《大学物理》课程教学大纲一、课程名称：大学物理（ University Physics ）二、课程编码： 0700031 07000032三、学时与学分： 112/7四、先修课程：高等数学五、适用学科专业：理、工、医、管科各专业六、课程教学目标物理学是研究物质的基本结构、物质的最基本最普遍的运动形式，以及物质之间的相互作用和运动形式的相互转化的学科。
物理学的基本理论业已渗透到了自然科学的一切领域，并广泛地应用于生产技术的各个部门，是自然科学和工程技术的基础。
因此，《大学物理》课程是理工医科各专业学生的一门重要的必修基础课。
1. 通过本课程的教学，使学生对自然界的各种基本运动形式及其规律获得比较全面和系统的认识，对物理学的基本概念、基本理论、基本方法能够有正确的认识和理解，并具有初步应用的能力。
2. 培养学生严谨的科学态度和科学的思维方法，帮助学生提高分析问题和解决问题的能力，激发他们的探索热情和创新精神。
3. 提高学生的科学素养，帮助学生树立正确的世界观。
七、基本教学内容与学时安排绪论（ 1 学时）第一章运动学（ 2 学时）质点、参考系、位置矢量、位移、速度、加速度、相对运动第二、三、四章动力学（ 6 学时）牛顿运动三定律、牛顿定律的应用、基本相互作用力、惯性力（ 2 学时）动量定理、动量守恒定律、角动量、角动量守恒定律（ 2 学时）功、动能定理、势能、功能原理、机械能守恒定律、能量守恒和转换定律（ 2 学时）第五章刚体的定轴转动（ 4 学时）平动和转动、质心、质心运动定理、定轴转动定律（ 2 学时）转动惯量、角动量定理、角动量守恒定律、定轴转动的功能原理、进动（ 2 学时）第六章狭义相对论（ 6 学时）伽利略相对性原理、伽利略变换、狭义相对论基本原理、洛仑兹变换（ 2 学时）相对论时空观（ 2 学时）相对论质量、动量和能量（ 2 学时）第七章气体运动论（ 5 学时）热力学第零定律、温度和温标、理想气体状态方程、理想气体微观模型、压强和温度的统计意义（ 2 学时）能量均分定理、麦克斯韦速率分布率、玻耳兹曼分布率（ 3 学时）第八章热力学基础（ 7 学时）功和热量、准静态过程、热力学第一定律、热容（ 2 学时）绝热过程、多方过程、循环、卡诺循环（ 2 学时）热力学第二定律（ 2 学时）熵，熵增原理（ 1 学时）第九章静电场（ 8 学时）电荷、库仑定律、电力叠加原理、电场强度（学时）高斯定理及应用（ 2 学时）环路定理、电势、电势梯度（ 2 学时）静电势能（学时）第十章静电场中的导体和电介质（ 4 学时）静电平衡、静电屏蔽、电介质的极化、极化强度、极化电荷（ 2 学时）电位移矢量、介质中的高斯定理和环路定理（ 1 学时）电容和电容器（ 1 学时）第十一章稳恒磁场与电磁相互作用（ 8 学时）磁性和磁场、磁感应强度（ 2 学时）毕奥—萨伐尔定律（ 2 学时）磁高斯定理、安培环路定理（ 2 学时）磁场对载流导线的作用（ 2 学时）第十二章磁介质（ 2 学时）顺磁性和抗磁性、磁化强度与磁化电流、介质中的磁场、磁场强度、铁磁性第十三章电磁感应（ 8 学时）电磁感应定律、动生电动势（学时）感生电动势和感应电场（学时）自感与互感、磁场能量（ 3 学时）第十四章麦克斯韦方程组（ 2 学时）位移电流、麦克斯韦方程组第十五章机械振动（ 6 学时）简谐振动、位相、旋转矢量图（ 2 学时）简谐振动的能量、简谐振动的合成（ 2 学时）振动的相空间描述、阻尼振动、受迫振动、共振（ 2 学时）第十六章机械波（ 6 学时）波的概念、平面简谐波、波的能量（ 2 学时）惠更斯原理、折射和反射、波的叠加原理、多普勒效应（ 2 学时）干涉与衍射、驻波（ 2 学时）第十七章电磁振荡与电磁波（ 2 学时）电磁振荡、电磁波的发射和传播第十八章光波的干涉（ 6 学时）光波、光程、光波的相干叠加（学时）分波阵面干涉（学时）分振幅干涉、干涉的应用（ 2 学时）第十九章光波的衍射（ 6 学时）菲涅耳衍射和夫朗和费衍射、惠更斯－菲涅耳原理、单缝夫朗和费衍射（ 2 学时）双缝衍射与干涉、光栅（ 2 学时）X 光衍射、布喇格公式、园孔衍射、光学仪器的分辨率（ 2 学时）第二十章光波的偏振（ 4 学时）偏振光与自然光、偏振片、马吕斯定律、反射起偏（ 2 学时）双折射、波晶片、偏振光的干涉（ 2 学时）第二十一章光的量子理论（ 2 学时）普朗克量子论、光电效应、爱因斯坦光电方程、康普顿效应、光的波粒二象性第二十二章玻尔的原子量子理论（ 3 学时）氢原子光谱、巴尔末公式、原子量子论、玻尔的氢原子理论、氢原子的能级和能级图第二十三章量子力学基础（ 9 学时）波粒二象性、物质波、不确定关系（ 2 学时）波函数、薛定谔方程、一维势阱、简谐振子、一维势垒（ 3 学时）氢原子、电子的自旋、四个量子数、多电子原子和壳层结构（ 3 学时）状态信息（ 1 学时）第二十四章激光和半导体（ 4 学时）氦－氖激光器、原子跃迁、激光的产生（ 2 学时）能带、本征半导体、杂质半导体（ 2 学时）现代物理专题（ 4 学时，选讲）广义相对论简介、耗散结构、从麦克斯韦电磁理论到磁单极子、超导、混沌与分形、光学信息处理八、教材及参考书教材：《大学物理》，杨晓雪，范淑华，黄伯坚主编，华中科技大学出版社， 2006 年参考书：物理学，（美） D. 哈理德 R. 瑞斯尼克大学物理学（第二版），张三慧普通物理学（第五版），程守洙江之永九、考核方式每学期课程结束后进行统一考试。
《大学物理教学资料》大学物理习题选解-19第十九章
第十九章 气体动理论一、基本要求1. 理解平衡态的概念。
2.了解气体分子热运动图像和理想气体分子的微观模型，能从宏观和统计意义上理解压强、温度、内能等概念。
3. 初步掌握气体动理论的研究方法，了解系统的宏观性质是微观运动的统计表现。
4. 理解麦克斯韦速率分布律、速率分布函数和速率分布曲线的物理意义，理解气体分子运动的最概然速率、平均速率、方均根速率的意义，了解玻尔兹曼能量分布律。
5. 理解能量按自由度均分定理及内能的概念，会用能量均分定理计算理想气体的内能。
6. 了解气体分子平均碰撞频率及平均自由程的意义及其简单的计算。
二、基本内容1. 平衡态在不受外界影响的条件下，一个系统的宏观性质不随时间改变的状态。
2. 理想气体状态方程在平衡态下，理想气体各参量之间满足关系式vRT pV =或 n k T p = 式中v 为气体摩尔数，摩尔气体常量31.8=R J ·mol 1-·K 1-玻尔兹曼常量231038.1-⨯=k J ·K 1-3. 理想气体压强的微观公式--==t n nm p ευ323124. 温度及其微观统计意义温度是决定一个系统能否与其它系统处于热平衡的宏观性质，在微观统计上kT t 23=-ε 5. 能量均分定理在平衡态下，分子热运动的每个自由度的平均动能都相等，且等于2kT 。
以i 表示分子热运动的总自由度，则一个分子的总平均动能为kT i t 2=-ε 6. 速率分布函数υυNd dNf =)( 麦克斯韦速率分布函数kTm ekTm f 2/2232)2(4)(υυππυ-= 7. 三种速率最概然速率 m o lm o l p M RTM RT mkT41.122===υ 平均速率 m o lm o l M RT M RT m kT 60.188===-ππυ 方均根速率 m o lm o l M RTM RT mkT73.1332===υ 8. 玻尔兹曼分布律平衡态下某状态区间（粒子能量为ε）的粒子数正比于kT e /ε- 重力场中粒子数密度按高度的分布（温度均匀）：kT m gh e n n /0-=9. 范德瓦尔斯方程采用相互作用的刚性球分子模型，对于1mol 气体RT b V V ap m m=-+))((210. 气体分子的平均自由程nd n22121πσλ==-11. 输运过程 内摩擦dS dz du df z 0)(η-=， --=λυηmn 31热传导dSdt dz dTdQ z 0)(κ-= V c m n λυκ-=31扩散dSdt dz d D dM z 0)(ρ-=， --=λυ31D三、典型例题【例19－1】在一个具有活塞的容器中盛有一定量的气体，如果压缩气体并对它加热，使它的温度由27o C 升到127oC ，体积减少一半，问 （1）气体压强变化为多少？（2）这时气体分子的平均动能变化多少？（3）分子的方均根速率变化多少？解 (1)法1： 由p nkT = 且总分子数不变，则111N V p kT = 222NV p kT =其中127273300()T K =+=，2400T K =，122V V =，则22121121224003002.67p T V T p T V T ⨯====法 2 ：由MPV RT μ=且一定量的气体，M μ不变，则111M PV RT μ=；222MPV RT μ=，由题1300T K =2400T K =，122V V = 则243211212183 2.67T T V V p p ====（2）32t kT ε=，则33.13004001212≈==T T t t εε（3=15.1300400122122≈==T T v v【例19－2】根据麦克斯韦速率分布律求速率倒数的平均值v1。
大学物理下第19章习题详解资料讲解
第19章习题详解19-1波长589.3nm 的单色平行光垂直照射一单缝，单缝后透镜焦距为100cm ，测得第一级暗纹到中央明纹中心距离为1.0mm 。
求单缝的宽度？ 解:根据单缝衍射的暗纹计算式得,第一级暗纹满足 sin a θλ=因为a λ,所以有sin tg θθθ≈≈可得第一级暗纹满足故单缝的宽度为 ..61f5893101000a 0589mm x 1λ-⨯⨯===19-2单缝宽0.10mm ，透镜焦距为50cm ，用500nm 的绿光垂直照射单缝。
（1）求屏上中央明纹的宽度和半角宽度？（2）将此装置浸入水中，则中央明纹半角宽度又是多少？ 解:（1）单缝衍射的中央明纹的宽度就是1±级暗纹的中心间距故有中央明纹的宽度 .6250010mmx 2ftg 2f 5005mm a 010mmλ∆θ-⨯⨯=≈=⨯=半角宽度为 .63150010510rad a 010λθ--⨯≈==⨯（2）水中的波长为n nλλ=则水中的半角宽度为..3n1000537510rad 4anan3λϑλθ-'=====⨯ 19-3一单色平行光垂直照射于一单缝，若其第三条明纹位置正好和波长为600nm 的单色光垂直入射时的第二级明纹的位置一样，求前一种单色光的波长。
解 ：根据单缝衍射的明纹计算式sin ()a 2k 12λθ=+ 有第三级明纹满足 sin ()13a 2312λθ=⨯+第二级明纹满足 sin ()22a 2212λθ=⨯+两明纹重合，则23θθ=即 127522λλ= 1x f faλθ=≈得 .12556004286nm 77λλ⨯=== 19-4 一双缝间距d =0.10mm ，每个缝宽为a =0.02mm 。
用波长λ=480nm 平行单色光垂直入射双缝，在缝后放置焦距为f =50cm 透镜。
试求（1）透镜焦平面屏上干涉明条纹间距？（2）单缝衍射中央亮纹宽度？（3）单缝衍射中央明纹范围内可以看到干涉主极大的数目？解：解 （1）干涉明条纹间隔mdf d k d k f f f x k k k k 311104.2)1()sin (sin )tan (tan -++⨯==-+=-≈-=∆λλλθθθθ （2）单缝衍射中央明纹宽度为m af x 20104.22-⨯==∆λ（3）单缝衍射第一级暗纹为λθ=sin a双缝干涉的第k 级明纹为λθk d =sin因此5/==a d k又k =5满足缺级条件，实际上观察不到。
物理学目录
物理学(第三版)
内容简介
《物理学》是在其第二版的基础上修订而成的，原书是“面向21世纪课程教材”和普通高等教育“九五”国家教委重点教材，以该书为主讲教材的“物理学”课程被评为2004年度国家精品课程，本次修订根据教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会2004年制定的《理工科非物理类专业大学物理课程教学基本要求（讨论稿）》，从近代物理学的发展和要求出发，将相对论和量子力学等近代物理内容融合到教材中，使物理学近代发展的新成果与物理学基本原理有机地结合起来，并增添了有关天体和宇宙方面的知识同时，为便于教学，《物理学》保持了原教材深入浅出、紧贴教学实践和符合教学规律等特点，并适当降低了难度，与《物理学》配套的有《物理学（第三版）学习指导书》、《物理学（第三版）电子教案》及网络虚拟课堂，通过书后所配学习卡上的账号、密码即可进入虚拟课堂学习，全书共计20章，分上、下两卷出版，《物理学》为上卷。
《物理学》可供理工科非物理类专业110～140学时的基础物理课程作为教材使用，也可供其他相关专业选用，并可供中学物理教师进修、自学使用。
目录
第一章质点的运动
第二章机械能守恒定律
第三章动量守恒定律
第四章角动量守恒定律
第五章刚体力学
第六章流体力学
第七章振动和波动
第八章狭义相对论
第九章气体、固体和液体的基本性质
第十章电荷和静电场
第十一章电流和恒磁场
第十二章电磁感应和麦克斯韦电磁理论
第十三章电路和磁路
第十四章光学
第十五章波与粒子
第十六章量子力学基础
第十七章电子的自旋和原子的壳层结构
第十八章热力学与统计物理学概述
第十九章原子核和粒子
第二十章天体和宇宙。
大学物理学(第二版)全套PPT课件
万有引力定律
任意两个质点通过连心线方向上的力相互吸引。 该引力大小与它们质量的乘积成正比与它们距离 的平方成反比。
机械能守恒定律
在只有重力或弹力做功的物体系统内（或者不受 其他外力的作用下），物体系统的动能和势能（ 包括重力势能和弹性势能）发生相互转化，但机 械能的总能量保持不变。
04
动量守恒与能量守恒
热力学第二定律
热力学第二定律的表述
不可能从单一热源取热，使之完全转换为有用的功而不产生其他影响。
热力学第二定律的数学表达式
对于可逆过程，有dS=(dQ)/T；对于不可逆过程，有dS>(dQ)/T，其中S表示熵，T表 示热力学温度。
热力学第二定律的应用
热力学第二定律揭示了自然界中宏观过程的方向性，指出了与热现象有关的实际宏观过 程都是不可逆的。同时，它也提供了判断这些过程进行方向的原则。
刚体的定轴转动中的功与能
转动功
力矩在转动过程中所做的功叫做“转动功”，它等于力矩与角位 移的乘积。
转动动能
刚体定轴转动的动能叫做“转动动能”，它等于刚体的转动惯量与 角速度平方的一半的乘积。
机械能守恒
在只有重力或弹力做功的情况下，刚体的机械能守恒，即动能和势 能之和保持不变。
06
热学基础
温度与热量
磁场的基本概念
01
磁场的定义
磁场是一种物理场，由运动电荷或电流产生，对放入其中的磁体或电流
有力的作用。
02
磁感线
用来形象地表示磁场方向和强弱的曲线，磁感线上某点的切线方向表示
该点的磁场方向。
03
磁场的性质
磁场具有方向性、强弱性和空间分布性。
安培环路定理与毕奥-萨伐尔定律
01
《大学物理》第19章 热力学第一定律
O
V
dV 0 dW 0
dT 0 dEint 0 dQ 0
O
V
dV 0 dW 0
dT 0 dEint 0 dQ 0
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热力学第一定律
dEint dQ dW
dQp
dE
dW
m M mol
(CV
R)dT
在等压过程中，理想气体吸热的一部分用于 增加内能，另一部分用于对外作功。
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此外, 由于
可知
也与实验结果相符.
对于分子结构更复杂的气体，分子热容变大。 这是因为存在其他形式的内能（转动，振动等）
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自由度
每一个转动或振动模式对应一个自由度。
能够描述整个运动过程的维度
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z
z
C(x, y, z)
y x
单原子分子
C(x, y, z)
气体向外界释放的净热 量为多少？
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系统
1
P
b
s2
膨胀过程
a
2
s1
压缩过程
外界
W1a2 s1 0 W2b1 (s1 s2) 0
O V1
V2 V
W1a2b1 W1a2 W2b1 s2 0
DEint Q W
0
S2 S2
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理想气体
Q0
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§19-8 气体分子热容与能量均分定理 气体的摩尔热容
气体的比热与热力学过程有关
对于气体而言，等体过程和等压过程的比热是不同的
大学物理学19
（2）l 随 f 的减小而减小；
（3）l 与 f 的大小无关；
（4） l 随参加衍射的总缝
数 N 的增大而增大
结束选择
请在放映状态小下议点击链你认接为1是对的答案
若光栅常量 (a b) 一定，在光栅后观察衍 射光谱的透镜焦距为 f ，在第二纹光谱中测得
波长 1, 2 两谱线的间距为 l ，则
分辨星星
如果用望远镜观 察到在视场中靠得 很近的四颗星星恰 能被分辨。
若将该望远镜的 物镜孔径限制得更 小，则可能分辨不 出这是四颗星星。
提高分辨
相机例题
1.22 1.342 10 5 (rad)
2.349 10 3 (mm) 1 425.8 (mm 1)
D = 2 mm，
人眼例题
= 550 nm
X射线衍射 X ray diffraction
衍射现象
第一节
20-1 Huygens-Fresnel principle
惠菲原理
根据这一原理，原则上可计算任意形状孔径的衍射问题。 本章的重点不是具体解算上述积分，而是运用该原理有关子 波干涉的基本思想去分析和处理一些典型的衍射问题。
两类衍射
条件实现
（1）l 随 f 的增大而增大；
（2）l 随 f 的减小而减小；
（3）l 与 f 的大小无关；
（4） l 随参加衍射的总缝
数 N 的增大而增大
结束选择
请在放映状态小下议点击链你认接为3是对的答案
若光栅常量 (a b) 一定，在光栅后观察衍 射光谱的透镜焦距为 f ，在第二纹光谱中测得
波长 1, 2 两谱线的间距为 l ，则
相长干涉得 亮点的条件
布喇格定律
大学物理2,19.第十九章思考题
1、用频率为ν1的单色光照射某一种金属时，测得光电子的最大动能为E K1；用频率为ν2的单色光照射另一种金属时，测得光电子的最大动能为E K2。
如果E K1 >E K2，那么ν1与ν2的关系如何？ 【答案：ν1可能大于ν2，也可能小于ν2】解：依题意，得两种情况下的爱因斯坦光电效应方程分别为11K 1W E h +=ν 22K 2W E h +=ν由于E K1 >E K2，因此2211W h W h ->-νν由此解得hW W 2121->-νν 可见，如果W 1>W 2，则ν1>ν2，但是如果W 1<W 2，则ν1<ν2是完全可能的。
因此ν1可能大于ν2，也可能小于ν2。
2、已知某单色光照射在钠表面上，测得光电子的最大动能是1.2eV ，而钠的红限波长是540nm ，则入射光的波长是多少？ 【答案：355nm 】解：由爱因斯坦光电效应方程得K λλhcE hc+=由此解得入射光的波长为1K 1(-+=λλhc E nm 355= 3、在均匀磁场B 内放置一张很薄的金属片，其红限波长为λ0。
用某种单色光照射，发现有电子放出，有一些光电子在垂直于磁场的平面内作半径为R 的圆周运动。
已知电子的质量为m ，其电荷的绝对值为e 。
则照射光光子的能量是多少？【答案：022)(λhcm eRB +】解：由电子在均匀磁场中作圆周运动的半径公式eBm R υ=得电子的动量为eRB m =υ因此光电子的动能为m m E 2)(2K υ=meRB 2)(2=由爱因斯坦光电效应方程得照射光光子的能量为0K 0λhcE E +=022)(λhcm eRB += 4、用频率为ν 的单色光照射某种金属时，逸出光电子的最大动能为E K ；如果改用频率为2ν 的单色光照射这种金属时，逸出光电子的最大动能变为多少？ 【答案：νh E +K 】解：对两种情况应于爱因斯坦光电效应方程，分别为W E h +=K ν W E h +'=K2ν 以上两式相减即得用频率为2ν的单色光照射这种金属时，逸出光电子的最大动能为νh E E +='K K5、用频率为ν1和ν2的两种单色光，先后照射同一种金属时均能产生光电效应。
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一个图是正确的？
答案（d）
i
i
i
i
光强 I Nh 不变 , ,, N , im
h
A
1 2
mv m 2
A
eU
,
, A不 变, U
例题 钾的光电效应的红限波长为 o= 620 nm ， 求（1）钾电子的逸出功；（2）在 = 300 nm 的
紫外线照射下，钾的截止电压为多少？
解
A
h 0
hc
6.631034 3108 620 109
联系到一起
论文获得了评委会的高度评价。
德布罗意的导师朗之万把德布罗意的论文寄给 了爱因斯坦，爱因斯坦称赞德布罗意的论文
“揭开了自然界巨大帷幕的一角” “看来疯狂，可真是站得住脚呢”
经爱因斯坦的推荐，物质波理论受到了关注。
物质波数量级概念
地球： m 5.98 1024 kg v公转 29.8 km s1
“这可能是当前物理学现状中能够作出的最
重要的发现”
--------索末菲
康普顿
（A. pton) 美国人(1892-1962）康普顿获1927年诺贝尔物理奖。
例题 在康普顿效应中，入射光的波长为 3×10-3 nm ，电 子反冲的速度为 0.6c ，求散射光的波长和散射角。
解
h m0c2 h mc2
光子
内层电子 束缚强 光子
整个原子
m<<M 光子能量不变 0 瑞利散射
光子
外层电子 束缚弱 光子
自由电子
光子能量减少 ,
电子反冲
原子量越小物质发生 康普顿散射 第二种碰撞概率越大，
康普顿效应显著
同一散射角下 I I 0 随散射物质的变化
(2)定量计算
* 光子能量>>自由电子热运动能量
五、普朗克的能量子假说和黑体辐射公式
1900年10月，普朗克利用数学上的内插法， 把适用于高频的维恩公式和适用于低频的瑞利 －金斯公式衔接起来，得到一个半经验公式， 即普朗克黑体辐射公式：
2h 3
M (T ) c2 eh kT 1
普朗克常量：h 6.626 1034 J s 4.1361015eV s
0
h m0c
(1 cos )
2h m0c
sin 2
2
令
c
h m0c
o
0.024 A
电子的康普顿波长
0
2c
sin2
2
康普顿公式
只与 有关， 理论结果与实验相符，
• 证明了爱因斯坦光子理论的正确性 • 证明了能量守恒、动量守恒定律的普适性 • 证明相对论效应在宏观、微观均存在
这个发现 “在当时的物理学家中引起轰动”，
用德布罗意理论 12 .25 12 .25 1.67 10 10 m
U
54
抽真空
I
Φ
G Ni 片
U
（单晶）
h h
p 2m0eU
当满足2dsin = n ，
n= 1,2,3,… 时 ， 应 观 察到电流 I 为极大。
U n
h
nC I
2d sin 2em0
当 U C，2C, 3C…时，
U
在这一假设基础上，再运用经典的统计物理 方法就可推出普朗克黑体辐射公式。
能量子的假设对于经典物理来说是离经叛道 的，就连普朗克本人当时都觉得难以置信。
§19.1量子物理学的早期证据 光电效应
一、光电效应 赫兹 1887年发现 1.光电效应：光照到金属表面时，金属中的电子吸 收光的能量而逸出金属表面的现象。
2m0 E
h
12.25
ο
(A)
2m0eU
U
U=150V 时， =0.1nm — X 射线波段
在论文答辩会上，佩林问： “这种波怎样用实验来证实呢？”
德布罗意答道： “用电子在晶体上的衍射实验可以做到。”
三.德布罗意波的实验验证
戴维孙 —— 革末实验 1923年 ： 用电子散射实验研究镍原子结构 1925年 ： 实验曲线反常，出现若干峰值， 当时未和衍射联系起来。
hc
m0c 2
hc
m0c 2 1 v2 c2
λ = 3×10-3 nm ，v = 0.6c ，m0 = 9.1×10-31 kg ， h = 6.63×10-34 J·s ，c = 3×108 m/s
4.34 1012 m
2h m0c
sin
2
2
2c
sin
2
2
65.7
例题：设o
0.1 A 的 光 子 与 静 止 自 由 电 子发 生 弹 性 碰 撞 ，
h
p
h
mv
6.63 1034 5.98 1024 2.98 104
3.72 1063 (m)
子弹：
m 0.01k g v 300m s1
h 2.211034 (m)
mv
宏观物质λ均太小，难以觉察其波动特性！
电子的波长： h
p
设（单加位速为电伏压特为）U
h p
h （电子v << c）
由动量守恒定律： h
解得
h
0
pe
pe
h
0
2
h
2
tg
h h 0
0
pe 8.5 1023 kg m s1
38o44
19.3 微观粒子的波动性 一、经典粒子与经典波
经典粒子的特点：定域性、排他性。 经典波的特点： 广延性、可叠加性。
二.德布罗意物质波假设
基本思想：自然界是对称统一的，光与实物 粒子应该有共同的本性。
• 根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质 时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频 率等于入射光频率，所以它所发射的散射
光频率应等于入射光频率: 0
经典物理无法解释康普顿效应！
三. 用光子论解释康普顿效应
(1) 基本思想
X射线（光子流）与散射物质相互作用情况与散 射物质种类无关
光子 弹性碰撞 电子
粒子性：表现在与物质相互作用中（光电效应、康普顿效应）
无法用经典语言（波动或粒子）准确建立光的模型。
光的量子理论模型－光子
E
h
hc
mc 2
p
mc
h
m
E c2
h
c
具有“波粒二象性”
借用经典“波”和“粒子”术语， 但既不是经典波，又不是经典粒子
人类对光的本性的认识过程启发了德布罗意！
1924.11.29德布罗意把题为“量子理论的研究” 的博士论文提交给了巴黎大学。
在 90方向 ,观测到的散射光波长多少？
反冲电子的动能、动量为多少？
解：1） 在 90方 向 观 测 到 的 散 射 光 波长 有 ：
o
o 0.1A
o
o
2c
sin2
2
o
0.124A
2）反冲电子动能即光子损失的能量
Ek
hchc
o
hc o
3.81015J 2.4104 eV
3） 反冲电子动量
按经典理论光电子的初动能应决定于入射光的光强, 而不决定于光的频率。
红限问题
按经典理论,无论何种频率的入射光,只要其强度足够大， 就能使电子具有足够的能量逸出金属 .
所有这些与实验结果不符！
三、爱因斯坦的光量子理论 电磁辐射是由以光速 c 运动的局
域于空间小范围内的光量子所组成。
每个光量子具有能量和动量
他在论文中指出：
一个能量为E、动量为 p 的实物粒子，同时也具有
波动性，它的波长、频率 和 E、p的关系与光子一样：
E h
p h
E
h
h
p
德布罗意关系
与粒子相联系的波称为物质波或德布罗意波，
— 德布罗意波长（de Broglie wavelength）
简洁地把对粒子描述手段 E , p
和对波的描述手段 ,
eU c
1 2
mv
2 m
实验指出截止电压和入射光频率有线性关系：
（4） 对于任何金属， Uc
存在一个红限频率0
只 有
，
0
才有光电效应发生。
二. 经典电磁波理论的困难
瞬时性问题
按经典理论，电子逸出金属所需的能量，需要有一定的 时间来积累，一直积累到足以使电子逸出金属表面为止.与实 验结果不符 .
初动能问题
在全波段与实验曲线惊人地符合！
普朗克“绝望地”假设：频率为 的简谐振子
的能量值，只能取 h 的整数倍。即，简谐
振子的能量是量子化的（quantization），只能 取下面的一系列特定的分立值
, 2 , 3 ,
能量 h 称为能量子(quantum of energy)，
空腔内的辐射就是由各种频率的能量子组成。 上述假设称为普朗克能量子假设。
2. 光电效应的实验规律
（1） 光电效应几乎是瞬时 发生的
i o 10-9 t(s)
（2） 入射光频率一定，饱和光电流与入射光强成正比
i 饱和 电流 Is
-Uc
O
光强较强 光强较弱
U
频 率一 定
（3）光电子初动能和入射光频率的关系
i
截 止
饱和 电流 Is
电
压
-Uc
O
光强较强 光强较弱
U
截止电压的存在说明 光电子具有初动能，
实验观察到 I 为极大！
CCC
G.P.汤姆孙实验（1927） 电子通过金多晶薄膜衍射
金多晶薄膜
衍
射
电子束
图 象
1929年德布罗意获诺贝尔物理奖 1937年戴维孙、 G.P.汤姆孙共获诺贝尔物理奖