大学物理演示动画---热力学第二定律-[福州大学...李培官]

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大学物理演示动画---光的偏振-[福州大学...李培官]

今天是2013年8月4日星期日
大学物理演示动画 ---光的偏振
福州大学至诚学院
大学物理教研室李培官
1．光的偏振状态
自然光
线偏振光
部分偏振光
偏振片
波动光学
检偏
起偏器
检偏器
思 • 一束光线通过一偏振片，若I 不变化，是什么光？
考 •I 变化且有消光, 是什么光？ • I 变化但无消光, 是什么光？
原理：把自然光分成寻常光和非寻常光，然后利用全反射把寻常光反射到棱镜侧壁上，，只让非寻常光通过，从而获得一束振动方向固定的线偏振光。加工后将两块方解石用加拿大胶粘合起来，对于o光对于e光
光轴
90 48 68
e光 o光
加拿大胶
no n 产生全反射
n 1.55 no 1.658
波动光学
偏振光的干涉人为双折射现象旋光现象偏振光的干涉1 实验装置屏
偏振片P1
波晶片
偏振片P2
2. 实验现象
单色光入射, 波片厚度均匀, 屏上光强均匀分布.
白光入射, 屏上出现彩色, 转动偏振片或波片, 色彩变化. 波片厚度不均匀时, 出现干涉条纹.
双折射[演示动画]
• 尼克尔棱镜
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今天是2013年8月4日星期日
波动光学
3. 马吕斯定律 I0
P1
I1
P2
I2
P1 A1
E2 E1 cos
P2 A2
A2 A1 cos
马吕斯定律

I 2 I1 cos 2
I2：检偏器射出光强
I1：入射检偏器光强

( 物理化学课件)第三章热力学第二定律

3
自发变化的共同特征
自发变化某种变化有自动发生的趋势，一旦发生就无需借助外力，可以自动进行，这种变化称为自发变化。
自发变化的共同特征—不可逆性任何自发变化的逆过程是不能自动进行的。例如：
(1) 焦耳热功当量中功自动转变成热； (2) 气体向真空膨胀； (3) 热量从高温物体传入低温物体； (4) 浓度不等的溶液混合均匀； (5) 锌片与硫酸铜的置换反应等。4 U = 4Th,md V WC
Tc
ThV1 1 =TcV4 1
环境对体系所作的功如DA曲线下的面积所示
T =
卡诺循环（Carnot cycle）
整个循环：
U = 0 Q =Qh Qc
Qh 是体系所吸的热，为正值， Qc 是体系放出的热，为负值。
W =W1W3 (W2和W4对消）
W2 W4 = TTc hCv,mdT TThCc v,mdT
= T T h cCv,mdT T T h cCv,mdT =0 即ABCD曲线所围面积为热机所作的功
卡诺循环（Carnot cycle）
•根据绝热可逆过程方程式
过程2： ThV2 1 =TcV3 1 过程4： ThV1 1 =TcV4 1
相除得 V2 = V3
V1 V4
所以
W1W 3 =
nRTh
卡诺定理的意义：(1)引入了一个不等号 I < R，原则上解决了化学反应的方向问题；（2）解决了热机效率的极限值问题。
卡诺定理
热源（T2）
Q2'
Q2
任意热机I
W
可逆热机R
T2> T1
Q1'= Q2'+W
热源（T1）
Q1= Q2+W

热力学第二定律演示图PPT36页

热力学第二定律演示图
21、没有人陪你走一辈子，所以你要适应孤独，没有人会帮你一辈子，所以你要奋斗一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该是坚强。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之首，因为这种德性保证了所有其余的德性。--温斯顿．丘吉尔。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的，它只是让人们的脚放上一段时间，以便让别一只脚能够再往Байду номын сангаас上登。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德谟克利特 67、今天应做的事没有做，明天再早也是耽误了。——裴斯泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运的，只是一瞬之间。 ——歌德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭

2024年大学物理课件卡诺循环福州大学李培官

大学物理课件卡诺循环福州大学李培官大学物理课件——卡诺循环1.引言卡诺循环是热力学领域中最基本的理想热机循环，由法国物理学家尼古拉·卡诺于1824年提出。

卡诺循环具有高效、简洁、普适的特点，被广泛应用于各种实际热机的设计与分析。

本文以福州大学李培官教授的大学物理课件为蓝本，对卡诺循环进行详细阐述。

2.卡诺循环的基本原理卡诺循环包括四个基本过程：等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩。

在一个卡诺循环中，工作物质从高温热源吸收热量，在等温膨胀过程中做功，然后通过绝热膨胀过程降低温度，接着在等温压缩过程中向低温热源放热，通过绝热压缩过程回到初始状态。

3.卡诺循环的热效率卡诺循环的热效率η表示为：η=1T2/T1其中，T1和T2分别为高温热源和低温热源的绝对温度。

根据卡诺定理，任何工作在相同高温热源和低温热源之间的热机，其热效率都不可能高于卡诺循环。

因此，卡诺循环的热效率为最大效率，也称为卡诺效率。

4.卡诺循环的实际应用虽然卡诺循环是一个理想化的热机循环，但在实际工程中，许多热机的设计与分析都借鉴了卡诺循环的原理。

例如，汽车发动机、蒸汽轮机、制冷空调等设备的工作原理都与卡诺循环有着密切的关系。

通过优化热机的工作过程，使其接近卡诺循环，可以提高热机的效率，降低能源消耗。

5.结论卡诺循环作为热力学领域的基础理论，对于理解和分析实际热机的工作原理具有重要意义。

本文以福州大学李培官教授的大学物理课件为参考，对卡诺循环进行了详细的阐述。

通过对卡诺循环的研究，可以为我国能源领域的科技创新和节能减排提供理论支持。

参考文献：[1]李培官.大学物理[M].福州:福州大学出版社,2010.[2]丰.热力学与统计物理[M].北京:科学出版社,2008.[3].能源与环保[M].上海:上海交通大学出版社,2015.需要重点关注的细节是卡诺循环的热效率。

卡诺循环的热效率是热力学领域中的一个重要概念，它为理解和分析实际热机的工作原理提供了理论依据。

大学物理课件---物质波的统计解释---[福州大学...李培官]

有“干涉”、“衍射”、等现象。但不是经典的波！因为它不代表实在物理量的波动。
14
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今天是2020年1月6日星期一
15
10
机械波: -位移量在空间传播 y Acos(t- x )
电磁波: -电场强度在空间传播
E

E0
cos(tu- x
u
)
实物波: ---粒子在空间出现的几率的分布
以电子单缝衍射为例:
光强
亮
暗
x波动观点: I A2 A大 A小
φ
电子束
粒子观点: I N光子数N密大度 N小
统计观点: I 几率几率大几率小
今天是2020年1月6日星期一
大学物理课件
--物质波的统计解释
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大学物理教研室李培官
1
第六篇
第十二章. ---波和粒子
2
§12--2.物质波.不确定关系
§12-2--2.
物质波的统计解释
3
一.电子双缝衍射实验
机械波是机械振动在介质中的传播，电磁波是变化的电磁场在空间的传播,那么实物粒子波是什么形式呢?
这种看法与实验不符。我们知道，衍射现象是由波的干涉而产生的，如果波真是由它所描写的粒子所组成，则粒子流的衍射现象应当是由于组成波的这些粒子相互作用而形成的。但事实证明，在粒子流衍射实验中，照象片上所显示出来的衍射图样和入射粒子流强度无关，也就是说和单位体积中粒子的数目无关。如果减小入射粒子流强度，同时延长实验的时间，使投射到照象片上粒子的总数保持不变，则得到的衍射图样将完全相同。即使把粒子流强度减小到使得粒子一个一个地被衍射，照片上一次出现一个孤立的点，体现了电子的粒子性。只要经过足够长的时间，所得到的衍射图样也还是一样。这说明每一个粒子被衍射的现象和其他粒子无关，衍射图样不是由粒于之间的相互作用而产生的。

大学物理演示动画--转动惯量--[福州大学...李培官]

2
常见形状转动惯量【动画演示】
【用鼠标左键点击图中公式可出现8个演示动画】 3
匀质细杆的转动？
5
竿子长些还是短些较安全？
6
挂钟摆锤的转动惯量 (杆长为l, 质量为m1, 摆锤半径为R, 质量为m2) :
J Jc md 2

1 3
m1l
2

1 2
m2 R 2

m2
l

R2
挂在光滑钉子上的匀质圆环摆动的转动惯量(圆环质量为m, 半径为R):
J Jc md 2
mR2 mR2 2mR2
7
竿
子
长
些
还
是
短
些
较
安
飞轮的质量为什么
全
大都分布于外轮缘？
？
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大学物理演示动画转动惯量
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大学物理教研室李培官
1
转动惯量 J miri2
1. 物理意义：转动惯性大小的量度.
（ M一定，J ）
2. 转动惯量的大小取决于刚体的质量、形状及转轴的位置.
飞轮的质量为什么大都分布于外轮缘？
竿子长些还是短些较安全？演示
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今天是2020年1月6日星期一
9

大学物理课件---著名循环的计算-[福州大学...李培官]

理论上对理想热机的工作原
于机械细节的改良，而是从
程师卡诺不像别人那样着眼
很低蒸（汽约机发）明。的法初国期青，年效工率 4%
3
卡诺为热力学第二定律奠定了基础，为提高热机的效率指明了方向，为热力学的发展作出了杰出的贡献！
4
【例1】设氮气作卡诺循环。热源的温度为1270C，冷源的温度为70C，设 p1=10atm，V1=10L， V2=20L，试求：① p2、 p3 、 p4、V3、V4；②自高温热源吸收的热量；③一次循环中气体所作的净功；④循环效率。
pV p2 1 1 5(atm ) 解：① V2
T1 1 V3 V2 ( ) 48 .78 10 3 (m 3 ) T2 1 T1 1 V2 V4 V1 ( ) 24 .39 10 3 (m 3 ) p3 p2 ( ) 1.44(atm ) T2 V3 p Q1 p3V3 a p4 2.88(atm ) 1 V4 b V2 V2 4 2 3 d ② Q1 RT1 ln p1V1 ln 7.02 10 (J) c 3 Q2 V1 V1
19
斯特林引擎
（Stirling Engine），是一种由外部供热使气体在不同温度下作周期性压缩和膨胀的封闭往复式发动机。它由苏格兰牧师斯特林提出。
20
【例7】逆斯特林循环是回热式制冷机的常用工作模式。如下图，1-2和3-4为等温过程，2-3和4-1为等体过程。求此循环的制冷系数。解：对两个等温度过程
V1 V4 V2 V3
1
V3 V3 Q2 RT2 ln p3V3 ln 4.93 103 (J) ③ V4 V4

大学物理课件---圆孔衍射--[福州大学李培官]

射，两光线在眼睛中的夹角为α，由n0α0= nα，即α0=nα 应用瑞利判据，当两光源恰好能分辨时这时两点光源对瞳孔的张角
S1
n0=1
n=1.33
1 . 22 min 0

n 1 . 22 1 . 22 0 mi n
nD

nD
D
三.解题举例
【例1】在通常亮度下，人眼的瞳孔直径约为3mm ，视觉感受的最灵敏的光波波长为 550 nm. 求：人眼的最小分辨角为多大？解：由题意有：
3 D 3 1 0 (2) 设两物点相距为d，则 d 人眼的最小分辨角为 d m i n
1 . 2 2 5 . 5 1 0 1 . 2 2 2 . 2 1 0 r a d
7 4
min
m in
l
l
则有：
2 4 5 d l
观察者 S
d =120 cm
x 恰能分辨时，有： 0 L
4 x L 25 2 . 3 10 0 . 058 ( mm ) 0
【例4】设人眼在正常照度下的瞳孔直径约3 mm ，而在可见光中，人眼最敏感的波长为 550nm ，问：(1) 人眼最小分辨角是多大？(2) 若物体放在明视距离25cm处，那么两物点相距为多远时恰能被分辨？解 (1) 人眼的最小分辨角为：
思考：如何提高仪器分辨率？
D R
提高光学
仪器的放大倍
数能提高角分辨率吗？望远镜：不可选择，可显微镜： D不会很大，可
D R
R
4.眼晴的分辨率
n n 0
视网膜上衍射图样衍射斑 0 S2 的半角宽度 λ D 1 . 22 1 . 22 0 D nD 当两光源对瞳孔的张角为α0时，由于前房液和玻璃状液的折

大学物理-多媒体课件-3热力学第二定律

热力学第二定律的性质
热力学第二定律是过程的方向性原理，它指出自然发生的反应总是向着熵增加的方向进行，即向着分子无序程度增加的方向进行。
历史背景与发展
历史背景
热力学第二定律是在19世纪中叶由德国物理学家克劳修斯和英国物理学家开尔文提出的。这一理论的发展与工业革命时期对能源和效率的需求密切相关。
等容过程
系统体积保持不变的过程，系统吸收或放出热量而体积不变。
等熵过程
系统熵保持不变的过程，系统吸收或放出热量而熵不变。
卡诺循成的循环过程。
卡诺定理
所有工作于相同高温和低温之间的热机，其效率不能超过卡诺热机的效率。
熵的概念与计算
熵
表示系统混乱度或无序度的物理量，用于描述系统能量转换时的效率。
微观解释
从微观角度来看，由于分子无规则热运动的加剧，分子之间的相互碰撞和能量传递会使得系统内部能量的分布变得更加均匀和分散，从而导致宏观状态数的增加和熵的增加。
05 热力学第二定律的挑战与未来发展
热力学第二定律的局限性
局限于宏观尺度
热力学第二定律主要适用于宏观尺度下的系统，对于微观尺度的粒子行为，其适用性有待进一步探讨。
制冷剂的选择
制冷剂是制冷技术中的关键物质，它需要具备较低的沸点、较高的汽化潜热、良好的化学稳定性和环保性等特点。常见的制冷剂有氟利昂、氨、水和二氧化碳等。
制冷技术的发展
随着环保意识的提高和能源消耗的增加，制冷技术的发展越来越受到关注。新型制冷技术如磁制冷、热声制冷等正在逐步取代传统的压缩式制冷技术，具有更高的能效比和环保性。
多热源温度下的热机效率
对于多热源温度下的实际热机，其效率可以通过计算循环过程中的热量和功的数值来得出。具体计算方法涉及到热力学第一定律和第二定律的应用。

大学物理演示动画安培力福州大学李培官

Id
F I
ˆ d n
ˆ ' n
dA Id 当线圈从 1 2时，对应
的磁通由 1 2
则磁力的功：（I 不变）
F
B
A A
2 1
2
1
Id I
若电流变化：
Id
均匀磁场中，任意形状的闭合回路,不论是位置改变还是形状改变，磁力或磁力矩作的功都等于电流与磁通增量的乘积
今天是2019年4月14日星期日
大学物理演示动画
-----安培力
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大学物理教研室李培官
轨道炮演示动画【安培力的应用】
轨道炮：速度达2000米/秒
电磁轨道炮不同于当前的舰炮，它利用电流和生成的电磁力替代化学能来发射弹丸。其弹丸射速远高于当前舰炮的弹丸中学物理讲座 - zhpf@ustc 射速。
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A I
磁场对载流线圈作用的磁力矩
F1 l1
d
a
l2
B

d
l1
I
F2Βιβλιοθήκη cn F2 b

F1
a(b)
n

B d ( c )
F2
F2
Pm
F2 F2 BIl 2
d l1 sin
Pm ISn
M Fd BIl 2 l1 sin B IS sin BPm sin 6
• 实验:电磁感应插磁铁
直流电动机的原理: 通电导线在磁场中受安培力而运动.
• 实验探究2:感应电动势3

大学物理课件---其它循环的计算-[福州大学...李培官]

Qab E CV ,m T 3 R T2 T1 （） 2 3 P2V2 PV1 3 1 R （） V1p 300 ( J ) 2 R R 2
p(105 Pa )
b
2
1
c
d
a
o
2
3 V (10 3 m3 )
bc为等压过程：
Qab
5 5 C P ,m T RT P2 V 500 ( J ) 2 2
p
a( p1 , V1 , T1 ) b( p1 , V 2 , T2 )
c( p 2 , V2 , T1 )
p1 4.15 10 5 Pa V1 2.0 10 2 m 3 V2 3.0 10 2 m 3
双原子气体解： a b : 等压过程
O
V
5 CV R 2
4
2
P2 P1
1
V3 8V1

V1 V2
3
V3
V
V1 W31 Q31 vRT1 ln 3RT1 ln 2 V3
1
Q2 Q1
1
Q31 Q12
3RT1 ln 2 1 30.1% 3RT1
10
【例3】有1mol的双原子理想气体，做如图的循环（ac为等温过程）。求：各过程中的热量、内能改变和所做的功以及循环的效率。已知：
P
P2
P1
2 1

V1 V2
解： 1 2, p V 1 W12 ( p1 p2 )(V2 V1 ) 2 1 1 ( p2V2 p1V1 ) R (T2 T1 ) 3 2 2 V V 1 RT1 2
3
8
5 U12 vCV ,m (T2 T1 ) RT1 2 Q12 U12 W12 3RT1 P

大学物理多媒体课件3热力学第二定律

熵的大小是对体系分子混乱程度或无序度的一种量度。
（2）计算S炉子炉子是热库温度是常数
反之，如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原，则原来的过程称为不可逆过程。
只有理想的无耗散的准静态过程，才是可逆过程。
可逆过程例1：气体无摩擦、准静态压缩。
绝热壁无摩擦
p
p+p
压强差保持无限小
可逆过程例2：准静态传热
系统 T1
T1+dT T1+2dT T1+3dT
温差无限小 “等温”传热
克劳修斯等式的证明：
p
可逆循环 V
△Qi1
Ti1
卡诺
循
环
Ti2
△Qi2
Qi1
Ti1
Qi 2
Ti 2
0
(可
逆
dQ T
循环)
lim
n
i
n 1
Qi1
Ti1
Qi2
Ti 2
0
对克劳修斯不等式的解释：与可逆循环情况类比，不可逆循环可由一
系列两热库不可逆循环 “构成”
积分得
Qi1
Ti1
Qi 2
Ti 2
20
1、熵和一样，也是系统内分子热运动的无
序性的一种量度。
2、一个宏观状态一个值一个S值
熵是系统状态的函数 3、熵具有可加性
设1 和2分别表示两个子系统的热力学概
率，整个系统的热力学概率为
1 2
整个系统的熵为
S k ln k ln 1 k ln 2 S1 S2 21
熵增加原理（热力学第二定律的另一种表述）
TT 更无序
例3、气体自由膨胀
位置的分布较有序

大学物理演示动画---多普勒效应-[福州大学..李培官]

1）交通上测量车速； 2）医学上用于测量血流速度；
多普勒效应 vs u 时，所有波
第十章波动
ut
P1
P2
vst
3）天文学家利用电磁波红移说明大爆炸理论； 4）用于贵重物品、机密室的防盗系统； 5）卫星跟踪系统等.
应用:
最先进的警用测速仪器
多普勒天气雷达
应用
多普勒导航系统
法国幻影2000战斗机
S x
当波源速度与声速之比为 1.5时，马赫角为41.8°。
“冲击波” 多普勒效应 (u Vs )
u Vr r s u Vs
u Vs ?
当波源速度与声速之比为2时，马赫角为30°。
波源速度越大，马赫角越小。
10 – 6
当前将聚集在一个圆锥面上，波的能量高度集中形成冲击波或激波，如核爆炸、超音速飞行等. 多普勒效应的应用
波源与观察者发生相对运动
10 – 6
多普勒效应
第十章波动
一波源不动，观察者相对介质以速度 vo 运动
观察者接收的频率
u vo ' 观察者向波源运动 u u vo ' 观察者远离波源 u
10 – 6
多普勒效应
第十章波动
二观察者不动，波源相对介质以速度
vs
v'o
【范例】声波的多普勒效应和冲击波的产生(动画)
当波源运动的速度超过波的传播速度时，演示冲击波的波阵面扩张的动画。 [解析]当波源速度超过波速时，多普勒公式将失去意义，因为在任一时刻波源本身将超过它此前发出波的波前，因而在波的前方不可能有波动产生。 y 如图所示，当波源经过O点时 y0 发出的波经过t时间后的波阵面是球面，其半径为rm = vt。 α rm=vt 而波源S已经前进了距离x = vSt。 α O 在整个t时间内，波源发出的波到达的前沿形成一个圆锥面，称为马赫锥，其半顶角就是马赫角。 x=vSt 马赫角的正弦为sinα = v/vS。马赫锥的母线与纵轴的交点为y0 = rm/cosα。

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动画：热传递
功热转换[演示动画]
热力学第二定律的实质在于指出，一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆过程。
水总是从高处往低处流
只有无摩擦的准静态过程才是可逆的。（理想过程）
如果1摩尔气体的自由膨胀 N 6.02 1023
宏观态右边分子数 0 1 2 3
可逆过程和不可逆过程
一个系统由某一状态出发，经过某一过程达到另一状态，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原（即系统回到原来的状态，同时消除了系统对外界引起的一切影响），则原来的过程称为可逆过程；反之，如果用任何方法都不可能使系统和外界完全复原，则原来的过程称为不可逆过程。注意 1、一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆过程。热传递功热转换理想气体的膨胀
生命赖负熵为生。
E.
薛定谔
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今天是2013年8月9日星期五
N 1 2 3 CN CN CN CN
N 2 平衡态
N CN /2
左边分子数 3 2 1 0
1 3 2 N CN CN CN CN
可能的微观态数 2 等概率原理：对于孤立系统，各种微观态出现的可能性（或概率） 6.021023 是相等的。每一微观态出现的概率 1 / 2 。 6.021023 全部分子都集中在左边或右边的概率为： / 2 1 均匀分布和接近均匀分布的概率最大。存在气体自动收缩的可能性，但概率非常小，近乎为零。
今天是2013年8月9日星期五
大学物理演示动画
---热力学第二定律
福州大学至诚学院
大学物理教研室从低温物体传到高温物体而不引起外界的变化或：热量不可能自动地从低温物体传向高温物体。
动画：热传递
热力学第二定律的开尔文表述
不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功而不产生其它影响。。或：第二类永动机不可实现。
6.021023
结论
气体自由膨胀是不可逆过程，气体不可能自动收缩。
熵与生命
生物体是高度有序的系统。生物体要想维持机体的正常运转，必须保持低熵的状态。根据热力学第二定律，孤立系的熵永不减少，各种生命活动都要产生大量的熵。因此，生物体必须是开放系统，维持低熵状态的唯一办法是将多余的熵排到体外，同时从外界摄取低熵的物质。