现代物理学PPT教学课件
2024版大学物理(下)电子工业出版社PPT课件
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01大学物理概述与回顾Chapter01掌握物理学基本概念、原理和定律,理解物质的基本结构和基本相互作用。
020304培养科学思维能力和分析解决实际问题的能力。
了解物理学在科学技术发展中的应用和对社会发展的影响。
养成良好的学习习惯和严谨的科学态度。
大学物理课程目标与要求01020304牛顿运动定律、动量守恒定律、能量守恒定律等。
力学热力学第一定律、热力学第二定律、气体动理论等。
热学库仑定律、电场强度、电势差、磁场强度等。
电磁学光的干涉、衍射、偏振等基本概念和原理。
光学上学期知识点回顾01020304振动与波动量子力学基础电磁波的辐射与传播固体物理基础本学期学习内容预览010204学习方法与建议认真听课,做好笔记,及时复习巩固所学知识。
多做习题,加深对物理概念和原理的理解。
积极参加课堂讨论和实验活动,提高分析问题和解决问题的能力。
拓展阅读相关物理书籍和文献,了解物理学前沿动态。
0302电磁学基础Chapter静电场的定义与性质库仑定律电场强度与电势高斯定理静电场及其性质恒定电流与电路分析电流的定义与分类欧姆定律基尔霍夫定律电阻、电容和电感磁场与磁感应强度磁场的定义与性质磁感应强度的定义与计算磁场的高斯定理与安培环路定律磁场对运动电荷的作用力电磁感应定律及应用电磁感应现象与法拉第电磁感应定律描述磁场变化时产生感应电动势的规律。
楞次定律与自感、互感现象描述感应电流的方向以及自感、互感现象中感应电动势的大小和方向。
磁场的能量与磁场力做功描述磁场中储存的能量以及磁场力对电流做功的过程。
电磁感应在日常生活和科技中的应用如交流电的产生、电动机和发电机的原理、电磁炉和微波炉的工作原理等。
03振动与波动Chapter物体在平衡位置附近做周期性的往返运动,称为简谐振动。
简谐振动的定义特征量简谐振动的运动学方程简谐振动的动力学特征振幅、周期(或频率)、相位。
描述简谐振动物体位移随时间变化的规律。
满足F=-kx的回复力特征。
大学物理ppt课件完整版
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03
计算机模拟和仿真
利用计算机进行数值模拟和仿真 实验,验证理论预测和实验结果 。
2024/1/25
5
物理学的发展历史
01
02
03
古代物理学
以自然哲学为主要形式, 探讨自然现象的本质和规 律,如古希腊的自然哲学 。
2024/1/25
经典物理学
以牛顿力学、电磁学等为 代表,建立了完整的经典 物理理论体系。
固体的电子论
介绍了能带理论、金属电子论、半导体电子 论等。
30
核物理和粒子物理基础
原子核的基本性质
包括核力、核子、同位素等基本概念。
放射性衰变
阐述了α衰变、β衰变、γ衰变等放射性衰变过程及 其规律。
粒子物理简介
介绍了基本粒子、相互作用、粒子加速器等基本 概念。
2024/1/25
31
THANKS
感谢观看
19
恒定电流的电场和磁场
恒定电流:电流大小和方 向均不随时间变化的电流 。
2024/1/25
毕奥-萨伐尔定律:计算 电流元在空间任一点产生 的磁场。
奥斯特-马可尼定律:描 述电流产生磁场的规律。
磁场的高斯定理和安培环 路定理:揭示磁场的基本 性质。
20
电磁感应
法拉第电磁感应定律
描述变化的磁场产生感应电动势的规律。
01
又称惯性定律,表明物体在不受外力作用时,将保持静止状态
或匀速直线运动状态。
牛顿第二定律
02
又称动量定律,表明物体加速度与作用力成正比,与物体质量
成反比。
牛顿第三定律
03
又称作用与反作用定律,表明两个物体间的作用力和反作用力
总是大小相等、方向相反、作用在同一直线上。
《物理学教学课件》惠更斯原理-折射定律
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折射定律在惠更斯原理中的应用
折射定律指出,当光从一种介质进入另一种介质时,传播方 向会发生改变,入射角和折射角满足一定的关系。
在惠更斯原理中,光波在传播过程中遇到不同介质时,会因 为介质对光波的折射率不同而发生绕射和反射等现象,这些 现象可以用折射定律来描述和计算。
2. [文献2]
重点研究了惠更斯原理与折射定律之间的关系,通过实验数据验证了折
射定律的正确性。该文献还讨论了惠更斯原理在光学仪器设计和制造中
的应用。
03
3. [文献3]
从现代物理学的角度出发,重新审视了惠更斯原理的基本假设和推导过
程。该文献对惠更斯原理的现代意义和局限性进行了深入探讨,为进一
步研究提供了新的思路和方向。
折射现象不仅存在于透明介质之间,还存在于其他类型的介质
之间,如气体、液体和固体等。
折射定律的数过实验观察和理论推导,可以得到 折射定律的数学表达式,即入射角和 折射角之间的关系。
折射定律适用于所有类型的介质交界 处,包括气体、液体和固体等,是光 学中非常重要的基本规律之一。
对未来研究的展望
探索新应用
深入研究机理
随着科技的不断发展,惠更斯原理和折射 定律有望在新的领域得到应用,如量子光 学、生物医学光学和纳米光学等。
对于光波传播的机理和光与物质相互作用 的过程,仍有许多未知的领域需要深入研 究,这需要科学家们不断探索和创新。
提高实验精度
跨学科合作
随着实验技术和测量手段的不断进步,有 望进一步提高惠更斯原理和折射定律实验 验证的精度和可靠性。
THANKS
谢谢
惠更斯原理是波动理论中的一种基本 原理,它解释了波的传播和散射现象 ,为研究波的传播和散射提供了重要 的理论基础。
大学物理学课件完整ppt全套课件
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现代物理学
以相对论和量子力学为代表,揭示了 微观世界和高速运动物体的规律。
经典物理学
以牛顿力学、热力学和电磁学为代表 ,建立了完整的经典物理理论体系。
大学物理学的课程目标
01
掌握物理学的基本概念和基本原理
通过学习大学物理课程,使学生掌握物理学的基本概念和基本原理,为
后续专业课程的学习打下基础。
02
气体动理论
气体分子运动论的基本假设
气体由大量分子组成,分子之间存在间隙;分子在永不停息地做无规则运动;分子之间存 在相互作用的引力和斥力。
气体压强与温度的微观解释
气体压强是由大量分子对容器壁的频繁碰撞产生的;温度是分子平均动能的标志。
气体动理论的应用
气体动理论可以解释许多宏观现象,如气体的扩散、热传导等。同时,它也为研究其他物 质的微观结构提供了重要的思路和方法。
物理学的研究方法
观察和实验
01
通过观察自然现象和进行实验研究,获取物理现象的数据和信
息。
数学建模
02
运用数学工具对物理现象进行描述和建模,以便更深入地理解
物理规律。
理论分析
03
通过逻辑推理和演绎,对物理现象进行深入分析,揭示其内在
规律。
物理学的发展历史
古代物理学
以自然哲学为主要形式,探讨宇宙的 本质和构成。
位置矢量的定义、位移的计算、路程与位移 的区别。
02
速度与加速度
平均速度与瞬时速度、平均加速度与瞬时加 速度、速度与加速度的矢量性。
04
03
01
牛顿运动定律
1 2
牛顿第一定律
惯性定律、力的概念、力的性质。
牛顿第二定律
动量定理的推导、质点系的牛顿第二定律。
2024版物理(中职)全套教学课件pptx
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物理(中职)全套教学课件pptx目录•绪论•力学•热学•电磁学•光学•原子物理与核物理01绪论物理学是研究物质的基本结构、相互作用和物质最基本最普遍的运动形式及其相互转化规律的学科。
物理学的研究对象包括从宏观到微观的各个物质层次,从实物粒子到场,从基本粒子到宇宙大尺度结构。
物理学的研究领域涵盖了力学、热学、电磁学、光学、原子物理等各个方面。
物理学的定义与研究对象观察和实验数学方法假说和理论物理学的研究方法物理学是一门实验科学,观察和实验是获取物理知识的基本方法。
数学是物理学的语言和工具,通过数学方法可以描述物理现象、建立物理模型和推导物理规律。
在观察和实验的基础上,物理学家提出假说和理论来解释物理现象和预测新的物理效应。
物理学的发展历程与成就古代物理学古代人们对物质和运动的认识主要基于直观观察和哲学思考,如古希腊的自然哲学和阿拉伯的光学。
经典物理学17世纪末至19世纪初,牛顿力学、热力学和电磁学的建立标志着经典物理学的形成,揭示了宏观物质的基本运动规律。
现代物理学20世纪初至今,相对论和量子力学的建立开启了现代物理学的新篇章,揭示了微观物质的基本结构和相互作用规律。
同时,物理学在凝聚态物理、天体物理、粒子物理等领域取得了重要进展。
02力学运动的描述质点、参考系和坐标系了解质点的概念,掌握参考系和坐标系的选择方法。
时间和位移理解时间间隔和时刻的区别,掌握位移的概念和计算方法。
运动快慢的描述——速度理解速度的定义和物理意义,掌握平均速度和瞬时速度的计算方法。
理解匀变速直线运动的概念,掌握速度与时间的关系式。
匀变速直线运动的速度与时间的关系理解位移的概念,掌握匀变速直线运动位移与时间的关系式。
匀变速直线运动的位移与时间的关系了解自由落体运动的概念和条件,掌握自由落体运动的规律。
自由落体运动了解伽利略对自由落体运动的研究方法和结论。
伽利略对自由落体运动的研究匀变速直线运动的研究理解牛顿第一定律的内容和物理意义,了解惯性概念。
2024版物理(中职通用版)PPT全套教学课件
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匀强磁场
特点、磁场线与等磁面的关系, 计算实例。
05
光学
光的反射与折射
光的反射定律
入射光线、反射光线和法线在同 一平面内,入射角和反射角相等。
镜面反射和漫反射
镜面反射遵循反射定律,而漫反 射是光在粗糙表面上的反射现象。
光的折射定律
折射光线、入射光线和法线在同 一平面内,折射角和入射角的正 弦之比等于两种介质的折射率之 比。
全反射现象
当光从光密介质射向光疏介质时, 如果入射角大于或等于临界角,
则会发生全反射现象。
光的干涉与衍射
光的干涉现象
当两束或多束相干光波在空间某一点 叠加时,其振幅相加而产生的加强或 减弱的现象。
双缝干涉实验
通过双缝干涉实验可以观察到明暗相 间的干涉条纹,从而验证光的波动性。
光的衍射现象
光在传播过程中遇到障碍物或小孔时, 会偏离直线传播路径而绕到障碍物后 面继续传播的现象。
波粒二象性
微观粒子既具有粒子性,又具有 波动性。
不确定性原理
微观粒子的位置和动量不能同时被 精确测定。
概率波
描述微观粒子的状态用概率波函数, 波函数的模平方表示粒子出现的概 率密度。
量子力学的基本概念与原理
量子态与波函数
量子态是描述微观粒子状态的物 理量,波函数是量子态的数学表
示。
薛定谔方程
描述微观粒子运动规律的基本方 程。
06 原子物理与量子力学初步
原子的核式结构模型
1 2
原子由原子核和电子组成 原子核带正电,位于原子中心;电子带负电,在 核外绕核运动。
原子核的组成 原子核由质子和中子组成,质子带正电,中子不 带电。
3
原子的尺度
原子直径的数量级为10^-10m,原子核直径的 数量级为10^-15m。
湘潭大学现代物理导论2课件2.2质点组动能定理
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现代物理导论II
(一)质点组动能定理 第一章介绍了, 质点动能的微分等于作用在质点上力所 做的功。对于质点组中的任意一质点,则有
对所有质点求和,则有
n
( e ) (i ) 1 2 d ( mi ri ) dTi Fi dri Fi dri 2
(2.4.1)
n 1 n (i ) d ( mi ri 2 ) Fi ( e ) dri Fi dri (2.4.2) i 1 2 i 1 i 1 若 T 表示质点组的动能,则 n n (e) (i ) dT Fi dri Fi dri (2.4.3)
解:设 A 速度 vA ,系统动量矩守恒,有
m(v vA )r mvAr 0 所以 vA v / 2
同时到达。
现代物理导论II
例 2、两个重物 m1 , m2 ,分别系在两 根绳子上, 绳子又分别绕在半径 r , r2 1 的滚轮上,求滚轮的角加速度。不计 滚轮、绳子质量,不计摩擦。 解:设角速度 ,系统运动分析如图,动 量矩为
i 1
i 1
质点组动能的微分,等于诸内力及诸外力所做元功之和,这 关系叫做质点组的动能定理。
现代物理导论II
要注意的是, 在动量定理和动量矩定理里面, 内力都消 去了,但在动能定理中,除非在某种特殊的情况下,例如刚 体内力所做的功,通常不能互相抵消。例如炮弹发射,人在 车上走动等。
1
关于内力所做元功之和一般不能抵 消,可以用下面两个质点的情况加 以说明。
z
C
y
d r mi Fi ( e ) Fi (i ) (mi ) rC t
2 ' i 2
x
2024版年度物理(中职通用版)全套教学课件
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2024/2/3
1
目录
• 物理学科概述 • 力学基础知识 • 热学基础知识 • 电磁学基础知识 • 光学基础知识 • 现代物理初步知识
2024/2/3
2
01
物理学科概述
2024/2/3
3
物理学科定义与特点
2024/2/3
定义
物理学是研究物质的基本结构、相 互作用和运动规律的自然科学。
特点
实验为基础,理论为指导,注重定 量分析和科学思维。
4
物理学科发展历史
01
02
03
古代物理学
以自然哲学为主,探讨自 然现象的本质。
2024/2/3
近代物理学
以实验为基础,建立了经 典力学、热力学和电磁学 等理论体系。
现代物理学
以相对论和量子力学为代 表,揭示了微观和宏观世 界的奥秘。
5
物理学科在中职教育中地位
21
电磁波产生、传播和接收
电磁波的产生
电磁波是由变化的电场和磁场相互 激发而产生的波动现象。
电磁波的传播
电磁波可以在真空中传播,其传播 速度等于光速,具有波粒二象性。
2024/2/3
电磁波的接收
电磁波可以通过天线等设备接收并 转换为电信号进行处理和应用。
电磁波的应用与防护
电磁波在通信、广播、雷达等领域 有广泛应用,但过强的电磁波也会 对人体和环境产生危害,因此需要
光的干涉 两列或多列光波在空间某些区域相遇时相互叠加,在某些 区域始终加强,在另一些区域始终减弱,形成稳定的强弱 分布的现象。
光的衍射
光在传播过程中遇到障碍物或小孔时,偏离直线传播的途 径而绕到障碍物后面传播的现象。
物理ppt课件
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牛顿运动定律
01
02
03
内容
介绍牛顿运动定律的基本 内容,包括第一、第二和 第三定律的表述和解释。
实验验证
通过实验演示来验证牛顿 运动定律的正确性,例如 小球在斜面上的运动、抛 体运动等。
应用
举例说明牛顿运动定律在 日常生活和工程中的应用 ,如车辆动力学、航空航 天工程等。
功与能
内容
介绍功与能的概念及其关系,包 括力的作用效果、功的定义、功
光的偏振与全反射
光的偏振
光波在传播过程中,其振动方向 相对于传播方向的不对称性称为 光的偏振。只有横波才能发生偏 振现象
全反射
光线从光密介质射向光疏介质时 ,如果入射角大于临界角,光线 将全部反射回原介质的现象叫全 反射现象
光学仪器与应用
显微镜
显微镜是一种精密的光学仪器,可以放大微小物体,帮助人们观察 它们的细节
通过实验来验证转动和弹性力学 的规律,例如利用三线摆测量转 动惯量、利用拉伸和压缩实验测
量弹性模量等。
应用
举例说明转动与弹性力学在日常 生活和工程中的应用,如结构动
力学、机械振动等。
03
电学
静电学基础
静电现象
探讨静电现象的产生、表 现和基本原理。
电荷与电场
解释电荷、电场的概念, 以及电场线的方向和分布 。
望远镜
望远镜是一种用于观察远处物体的光学仪器,它可以将远处的物体 拉近,帮助人们更好地观察星空、天体等
摄影器材
摄影器材是利用光学原理进行拍摄的设备,包括照相机、摄像机等。 这些设备可以将图像记录下来,方便人们保存和分享
05
热学
热力学基础
总结词
热力学的基本概念、定律和原理。
2024版物理(机械建筑类中职)全套教学课件pptx
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物理(机械建筑类中职)全套教学课件pptx•绪论•力学基础•热学基础•电磁学基础•光学基础•声学基础•物理实验与测量技术目录01绪论物理学的定义与研究对象物理学是研究物质的基本结构、相互作用和物质最基本最普遍的运动形式及其相互转化规律的学科。
物理学的研究对象包括力、热、光、电、磁等自然现象,以及物质的结构和性质。
物理学的研究方法包括实验和理论两种,通过实验观察和测量数据,再用理论进行分析和解释。
物理学与机械建筑专业的关系物理学为机械建筑专业提供了基础理论支持,如力学、热学、电磁学等。
机械建筑专业需要应用物理学的原理和方法,研究和解决工程实际问题。
掌握物理学知识有助于机械建筑专业学生更好地理解工程原理和设计方法,提高分析和解决问题的能力。
课程目标与要求课程目标通过本课程的学习,使学生掌握物理学的基本概念和原理,了解其在机械建筑领域的应用,培养学生的科学思维能力和实验技能。
课程要求学生应认真听讲、积极思考、勤于实践,掌握物理学的基本知识和实验技能,能够运用所学知识分析和解决工程实际问题。
同时,学生还应注重培养自己的创新意识和实践能力,为未来的学习和工作打下坚实的基础。
02力学基础力是物体间相互作用的结果,可以改变物体的运动状态或形状。
力的定义力的性质力的单位力具有大小、方向和作用点三个要素,遵循矢量合成法则。
在国际单位制中,力的单位是牛顿(N )。
030201力的概念与性质牛顿第一定律牛顿第二定律牛顿第三定律应用牛顿运动定律及应用01020304物体在不受外力作用时,将保持静止状态或匀速直线运动状态。
物体的加速度与作用力成正比,与物体质量成反比。
作用力和反作用力大小相等、方向相反,作用在同一直线上。
解释和预测物体的运动规律,分析力学问题。
阻碍物体相对运动的力,分为静摩擦力、滑动摩擦力和滚动摩擦力。
摩擦力物体因发生弹性形变而产生的力,遵循胡克定律。
弹力分析物体在接触面上的受力情况,计算摩擦力和弹力的大小。
2024版相对论PPT课件
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02
狭义相对论主要内容及推 导
洛伦兹变换公式及其应用
01
02Hale Waihona Puke 03洛伦兹变换公式
描述不同惯性参考系之间 物理量的变换关系,包括 时间、空间坐标、质量和 能量等。
公式推导
基于光速不变原理和狭义 相对性原理,通过数学推 导得到洛伦兹变换公式。
应用举例
解释迈克尔逊-莫雷实验、 计算粒子在加速器中的运 动轨迹等。
现代实验技术:原子钟、GPS等
01
原子钟实验
02
GPS定位技术
利用高精度原子钟来测量时间膨胀效应,验证狭义相对论中关于时间 膨胀的预言。
全球定位系统(GPS)需要考虑相对论效应对卫星钟的影响,通过修 正相对论效应来提高定位精度。
挑战问题一:暗物质和暗能量问题
暗物质问题
观测表明宇宙中存在大量不发光、不 与电磁波相互作用的物质,即暗物质。 相对论无法解释暗物质的性质和行为。
深化对自然规律的认识
相对论揭示了时间、空间、物质和能量之间的 内在联系,有助于我们更深入地理解自然规律。
推动科学技术发展
相对论在导航、通信、高能物理等领域有着广泛应用, 学习相对论有助于推动科学技术的进步。
培养创新思维和批判性思 维
学习相对论需要具备创新思维和批判性思维, 这些思维方式对于培养创新型人才具有重要意 义。
工具。
相对论对未来科技发展影响
相对论揭示了物质、空间和时 间的基本性质,为未来科技发 展提供了深刻的理论启示。
基于相对论的引力波探测、黑 洞观测等前沿研究领域将推动 实验技术和观测手段的创新。
相对论在宇宙航行、星际通信 等领域的应用探索将促进未来 空间科技的发展。
05
相对论实验验证及挑战问 题探讨
物理学与现代自然科学幻灯片
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量子力学的发展使人们的预见性也加强了,进入
到“分子设计”阶段。期待通过理论计算,像设计房
屋那样,按需求设计新材料、新药物。理论表明:
电学性能:半导性、超导电性等
热学性能:热传导等
物 性
磁学性能:磁性转变温度等
目前公认的一种基本观点是:生物电来源于细胞 的功能,细胞是由细胞膜,细胞核和细胞质组成 。膜
上有孔道,允许细胞与周围环 境变换某些物质。若取膜外电 位为零,则膜内侧电压约为 -90~ -70mv,称为净息电 位。外界强刺激达一定阈值, 细胞内的电位可以从负电位 突然普通为正电位(约为
细胞膜
带
细胞质
(2)电荷与能量的迁移 电荷的迁移在生命活动中有重要作用。如叶绿素、 染色体中电子的输运,神经脉冲的传播都与电荷迁移 有关。其中许多电荷迁移现象在极低温下也能进行, 对此只能用量子力学中的隧道效应解释。
(3)生物凝聚态 生物大分子的活性总是在一定的环境中体现出来, 大质、核酸、脂质、多糖、 水以及由它们组成的细胞膜、染色体等。
2. 物理学在认识外部条件对化学反应的影响所起 的作用
从物理学角度看, 影响化学反应的外部条件可分 为两类① 主要用经典物理理论就可其作用机理的条 件(如光、热、电流等),在运用经典物理知识处理 这类问题的基础上,发展出了化学热力学、电化学、 化学动力学、光化学、胶体化学等化学分支学科。通 常把应用热力学方法讨论化学反应和化学平衡的物理 化学。
二十世纪理论与量子力学结合,实验上发展了衍 射和光谱等研究原子、分子、和晶体结构的新方法, 使生物学研究进入到分子层次。最成功的是英国物理 学家克里克和美国物理学沃森发现了DNA的双螺旋结 构,破译了遗传密码。为此获1962年诺贝尔生理学或 医学奖。
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
精品物理光学PPT课件(完整版)
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激光源、双缝、屏幕。
实验现象
在屏幕上观察到明暗相间的干涉条纹。
理论分析
通过双缝的光波在屏幕上叠加,形成干涉图样。根据干涉条件,可推 导出条纹间距与光源波长、双缝间距及屏幕距离的关系。
薄膜干涉原理及应用
01
薄膜干涉
光波在薄膜前后表面反射后叠加形成的干涉现象。
02 03
原理分析
光波在薄膜前后表面反射时,相位发生变化,当光程差为半波长的奇数 倍时,反射光相互加强,形成亮纹;当光程差为半波长的偶数倍时,反 射光相互减弱,形成暗纹。
光的偏振现象
光波是横波,其振动方向 垂直于传播方向。通过偏 振片可以观察到光的偏振 现象。
几何光学基本概念
光线和光束
光线表示光传播的路径和 方向,光束是由无数条光 线组成的集合。
光的反射和折射
光在两种不同介质的交界 面上会发生反射和折射现 象,遵循反射定律和折射 定律。
透镜成像
透镜是一种光学元件,可 以改变光线的传播方向。 通过透镜可以形成实像或 虚像。
光的色散
色散是指复色光分解为单色光的现象 。牛顿的棱镜实验揭示了光的色散现 象。
02
光的干涉现象
干涉现象及其条件
干涉现象
干涉图样
两列或多列光波在空间某些区域相遇 时,光强在空间重新分布的现象。
明暗相间的条纹,反映了光波的振幅 和相位信息。
干涉条件
两列光波的频率相同、振动方向相同 、相位差恒定。
双缝干涉实验分析
量子光学应用与前景
列举量子光学在量子通信、量子计算、量子精密测量等领域的应 用,以及未来可能的发展趋势和挑战。
06
实验方法与技巧指导
基本实验仪器使用说明
分光计
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Atomic Spectra
• In 1885, Balmer observed Hydrogen spectrum and saw colored lines. – Found empirical formula for discrete wavelengths of lines. – Formula generalized by Rydberg for all one-electron atoms.
Page 8
Bohr Model: Quantization of r, E
• Quantized angular momentum L leads to quantized radii and energies for an electron in a hydrogen atom or any ionized, one-electron atom.
Atomic Spectra: Hydrogen Energy Levels
E = 0 eV
Energy
n=3 n=2
Paschen Series (IR)
Balmer Series
(visiblultraviolet)
E1 = -13.6 eV
n=1
Lyman
What is Modern Physics?
• Modern physics only came of age in the 1900’s. – Physicists discovered that Newtonian mechanics did not apply when objects were very small or moved very fast!
• If things move very fast (close to the speed of light), then RELATIVISTIC mechanics is necessary. – Cosmic particles, atomic clocks (GPS), synchrotrons.
rn
ao
n2 Z
where ao 0.0529 nm (Bohr radius)
En
Eo
Z2 n2
where Eo 13.6 eV (H ionization energy)
• Derivation uses the following:
1
rn
n mv
(Quantized
Ln )
v
• Solution: In 1913, Bohr proposed quantized model of the H atom to predict the observed spectrum.
Phys 320 - Baski
Topic 1: Nuclear Atomic Model
Page 7
Bohr Model: Quantization of L, f
– Bohr model predicts energy transitions for one-electron atoms.
• X-ray Spectra
– Analogous to optical spectra, but for higher-energy x-ray transitions of heavier, multi-electron elements.
kZe2 mr
2
(from centripetal and electric forces)
Phys 320 - Baski
Topic 1: Nuclear Atomic Model
Page 9
Bohr Model: IMPORTANT Energy Formula
• Energy transitions yield general Rutherford formula. – Applicable to ionized atoms of nuclear charge Z with only one electron.
• Franck-Hertz Experiment
– Quantized inelastic scattering of electrons in Hg gas provide evidence for atomic energy levels.
• Rutherford Scattering Experiment
Phys 320 - Baski
Prism separates wavelengths
Q: Where is Red vs. Blue line?
Topic 1: Nuclear Atomic Model
Page 3
Atomic Spectra: Modern Physics Lab
Neon Tube
1
Z2
Eo hc
1 n2f
1 ni2
or
hc
Ef
Ei
Z
2
Eo
1 n2f
1 ni2
• where hc = 1240 eV nm in “Modern Physics” units.
Phys 320 - Baski
Topic 1: Nuclear Atomic Model
Page 10
E E f
Ei
Z
2 E0
1 nf 2
1 ni 2
1 ni 2
1 nf 2
E Z 2 E0
1/ 2
ni
1 nf 2
E Z 2 E0
where n f = 3 for Paschen Series, Z 2 for He
1/ 2
1 2.644 eV
ni 32 22 13.6 eV 4
hf
hc
Ei
Ef
• Note: The product hc of Planck’s constant h and the speed of light c gives: hc = 1240 eV nm in “Modern Physics” units.
Phys 320 - Baski
Topic 1: Nuclear Atomic Model
3.29 1015
s 1
Phys 320 - Baski
Topic 1: Nuclear Atomic Model
Page 11
Bohr Model : Unknown Transition Problem
If the energy of a particular transition in the Helium Paschen series is 2.644 eV, find the corresponding transition, i.e. initial and final n values.
Phys 320 - Baski
Topic 1: Nuclear Atomic Model
Page 12
Bohr Model: Ionization Energy Problem
Suppose that a He atom (Z=2) in its ground state (n = 1) absorbs a photon whose wavelength is = 41.3 nm. Will the electron be ionized?
• If things are confined to very small dimensions (nanometer-scale), then QUANTUM mechanics is necessary. – Atomic orbitals, quantum heterostructures.
Eyepiece
(to observe lines)
High Voltage Supply
(to “excite” atoms)
Diffraction Grating
(to separate light)
Phys 320 - Baski
Topic 1: Nuclear Atomic Model
Page 4
– Large scattering angles of alpha particles from atoms in a metal foil indicate a “hard” nuclear model.
Phys 320 - Baski
Topic 1: Nuclear Atomic Model
Page 2
Balmer Paschen
Example Data
Phys 320 - Baski
Topic 1: Nuclear Atomic Model
Page 5
Atomic Spectra: Rydberg Formula for H
For Hydrogen:
1
1
1
n f ni
R
n2 final
n2 initial
Bohr Model: Transition Energy Problem
Find the energy E , frequency f , and wavelength of the series limit (i.e., highest energy transition) for the Brackett spectral series (nf = 4) of Be3+.
• Bohr proposed two “quantum” postulates:
– Postulate #1: Electrons exist in stationary orbits (no radiation) with quantized angular momentum.