一、物理學(xué)的研究對象和研究方法１．物理學(xué)的研究對象物理學(xué)是探討物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運動基本規(guī)律的學(xué)科是自然科學(xué)的基礎(chǔ)研究的對象十分廣泛宇觀宏觀微觀空間尺度(相差1045－1046)1026m(約150億光年)(宇宙)－10－20m(夸克)時間尺度(相差1045)1018s150億年(宇宙年齡)-10-27s(硬

射線周期)速率范圍0(靜止)

-3x108m/s(光速)緒論

物理學(xué)的分支及近年來發(fā)展的總趨勢物理學(xué)經(jīng)典物理現(xiàn)代物理力學(xué)熱學(xué)電磁學(xué)光學(xué)相對論量子論非線性時間t關(guān)鍵概念的發(fā)展力學(xué)電磁學(xué)熱學(xué)相對論量子論1600170018001900物理學(xué)近年來的發(fā)展：*粒子物理高能加速器產(chǎn)生新粒子，已發(fā)現(xiàn)300種。麥克斯韋理論、狄拉克量子電動力學(xué)、重整化方法。*天體物理運用物理學(xué)實驗方法和理論對宇宙各種星球進行觀測和研究，從而得出相應(yīng)的天文規(guī)律的學(xué)科。應(yīng)用經(jīng)典、量子、廣義相對論、等離子體物理和粒子物理。**

太陽中微子短缺問題

**

引力波存在的問題**

物體的速度能否超過光速的問題

*

生物物理有機體遺傳程序的研究**有機體遺傳程序的研究（須運用量子力學(xué)、統(tǒng)計物理、X射線、電子能譜和核磁共振技術(shù)等）。**

非平衡熱力學(xué)及統(tǒng)計物理物理學(xué)發(fā)展的總趨向：*

學(xué)科之間的大綜合。*

相互滲透結(jié)合成邊緣學(xué)科。生物物理、生物化學(xué)、物理化學(xué)、量子化學(xué)量子電子學(xué)、量子統(tǒng)計力學(xué)、固體量子論。二十世紀(jì)物理學(xué)中兩個重要的概念：場和對稱性

從經(jīng)典物理學(xué)到量子力學(xué)過渡時期的三個重大問題的提出

光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)。

黑體輻射問題，即所謂“紫外災(zāi)難”。

原子的穩(wěn)定性和大小。提出命題修改理論推測答案理論預(yù)言實驗檢驗應(yīng)用演繹法－推理演算歸納法－假設(shè)模型定性和半定量直覺想象力洞察力２.物理學(xué)的研究方法二、物理學(xué)與科學(xué)技術(shù)

物理學(xué)為其他學(xué)科創(chuàng)立技術(shù)和原理

重大新技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)立總是經(jīng)歷長期的物理醞釀

如微電子技術(shù)的發(fā)展

物理學(xué)滿足人類所深刻認識到的最根本的程度上了解自然界的需要(美國物理學(xué)評

述委員會)盧瑟福a粒子散射實驗(1909)－核能利用(40年代以后)愛因斯坦受激輻射理論(1917)

－第一臺激光器(1960)

(物理)

(技術(shù))信息技術(shù)發(fā)生和發(fā)展的硬件部分－以物理學(xué)成果為基礎(chǔ)

(技術(shù))

(物理)量子力學(xué)費米狄拉克統(tǒng)計固體能帶理論(20年代)(物理)

－－晶體管誕生(1947)集成電路(1962)

大規(guī)模集成電路(70年代后期)(技術(shù))

－－微結(jié)構(gòu)物理(物理)三、物理學(xué)與高素質(zhì)人才提高科學(xué)素質(zhì)和能力以適應(yīng)高新技術(shù)市場經(jīng)濟的發(fā)展、職業(yè)的變化現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)工程師類型工程科學(xué)家型革新發(fā)明家型現(xiàn)場工程專家型管理規(guī)劃專家型要求良好的科學(xué)素質(zhì)!物理學(xué)的思想和觀點

如建理想化模型從物理本質(zhì)上提出和研究本專業(yè)問題創(chuàng)新能力在工程技術(shù)中引入物理學(xué)的新成果物理素質(zhì)的表現(xiàn)

重視提高科學(xué)素質(zhì)深厚的科學(xué)素養(yǎng)是發(fā)明創(chuàng)造的基礎(chǔ)四、大學(xué)物理與中學(xué)物理的區(qū)別教學(xué)內(nèi)容中學(xué)物理－－研究特殊性問題大學(xué)物理－－研究一般性問題數(shù)學(xué)工具中學(xué)物理－－以初等數(shù)學(xué)和幾何學(xué)為工具大學(xué)物理－－以高等數(shù)學(xué)為工具學(xué)習(xí)方式中學(xué)物理－－講授內(nèi)容和知識的消化全部在課內(nèi)進行大學(xué)物理－－課上以講授知識為主，課下自已消化理解。所以，大學(xué)課堂，教學(xué)內(nèi)容多，進行速度快， 作業(yè)數(shù)量少而精。物理學(xué)原理及生物應(yīng)用生物流體力學(xué)基礎(chǔ)振動和波動氣體動理論熱力學(xué)基礎(chǔ)電場及其生物效應(yīng)磁場及生物磁現(xiàn)象電磁場及其與生物體的相互作用潑動光學(xué)波粒二向性原子的量子理論質(zhì)點力學(xué)中的基本概念和基本定律液體的表面張力

伯努力方程及應(yīng)用粘滯流體的流動生物流體力學(xué)基礎(chǔ)流體靜力學(xué)流體的流動

§

1.1質(zhì)點力學(xué)中的基本概念和基本定律質(zhì)點：具有一定質(zhì)量沒有大小或形狀的理想物體。一、質(zhì)點運動的描述(1)理想模型

(為了簡化問題)(2)條件

研究的問題中大小和形狀不起顯著作用小----質(zhì)點?大----不是質(zhì)點?

地球R--106m

日地距離1011m研究地球公轉(zhuǎn)——是質(zhì)點研究地球自轉(zhuǎn)——不是質(zhì)點

可以作為質(zhì)點處理的物體的條件：大小和形狀對運動沒有影響或影響可以忽略。研究地球公轉(zhuǎn)地球上各點的公轉(zhuǎn)速度相差很小，忽略地球自身尺寸的影響，作為質(zhì)點處理。質(zhì)點研究地球自轉(zhuǎn)地球上各點的速度相差很大，因此，地球自身的大小和形狀不能忽略，這時不能作質(zhì)點處理。運動的相對性參考系位置矢量

(位矢）·xzyz(t)y(t)x(t)r(t)P(t)0注意:位矢的相對性同一參考系,坐標(biāo)原點不同,位矢也不同1、位置矢量位移坐標(biāo)系P點位置:P點的位置可用直角坐標(biāo)（x,y,z)來確定。也可用極坐標(biāo)`球坐標(biāo)等從O指向P方向：大小:(運動方程）

位移---描述質(zhì)點位置變動的大小和方向的物理量r(t+Δt)r(t)Δrxyz

0ΔS

P1·

P2（位矢增量）

(位移矢量)t時間內(nèi)的位移大小:P1P2間的直線距離方向:由P1

P2

路程曲線長----內(nèi)質(zhì)點在軌道上經(jīng)過的路徑長度(1)平均速度(2)瞬時速度r(t+Δt)r(t)Δrxyz

0ΔS

P1·

P2·2速度---描寫質(zhì)點位置變動快慢和方向物理量大小：方向：的方向大?。ㄋ俾剩悍较颍旱臉O限方向即沿P1點的切線并指向前進方向單位：米/秒（m/s）

用直角坐標(biāo)表示速度:xzyjkiprv速度的大小表示為(3)速率描寫沿軌道運動的快慢瞬時速率:是路程對時間求導(dǎo),表示該時刻速度的大小平均速率:注意:1.？？Δvv

(t)v

(t+Δt)xr(t+Δt)r(t)yz

P2

P1

0v

(t)v

(t+Δt)··3.加速度----描述質(zhì)點運動速度變化快慢和方向的物理量(1)速度增量注意的方向(2)平均加速度大小方向的方向xr(t+Δt)r(t)yz

P2

P1

0v

(t)v

(t+Δt)··(3)瞬時加速度令t0方向是否一致？加速度等于速度對時間的一階導(dǎo)數(shù)等于位矢對時間的二階導(dǎo)數(shù)其方向是時的極限方向,指向曲線凹的一邊.

用直角坐標(biāo)表示加速度:的極限方向,方向:大小:指向軌跡曲線凹的一面單位:m/s2(SI制)角量：

角位置：

角位移：

角速度：

角加速度：

S

，

對應(yīng)線量：

S＝R

vθRx0ΔSθΔ4.圓周運動的描述

R*曲線運動RR為瞬時曲率半徑直線運動勻速率圓周運動改變速度大小改變速度方向切向加速度法向加速度質(zhì)點作勻變速曲線運動時，其角量的變化規(guī)律與勻變速直線運動中線量的規(guī)律相似，表示如下：角量的單位為rad,rad/s,rad/s2。例1.1

半徑r=0.2m的飛輪，繞o軸轉(zhuǎn)動。M點的運動方程，求M點1秒末的速度和加速度。vRx0M例1.2

質(zhì)點沿x軸作勻變速直線運動，加速度為a，t=0時坐標(biāo)為,速度為，求運動方程及速度voxv由速度的定義例1.3

已知:質(zhì)點的運動方程(SI)求:(1)質(zhì)點在第二秒末(2)質(zhì)點作什么運動。（3）第二秒內(nèi)位移及平均速度（4）第一秒內(nèi)位移及第一秒內(nèi)路程解:（1）瞬時速率：加速度：(2)令勻減速t=0.5sXxt=0st=0.5s勻加速（3）（4）xt=0.5sXt=1s5.5m5mt=0.5s5m5.5mt=0s2、沖量、動量定理時間的積累效果動量的變化沖量二、動量守恒定理元沖量1、動量質(zhì)點動量定理質(zhì)點系注意：1、矢量關(guān)系2、分量形式3、對應(yīng)一個過程的始末狀態(tài)動量是狀態(tài)量，而沖量與過程有關(guān)4、系統(tǒng)的總動量的改變只與外力的沖量有關(guān)，與內(nèi)力無關(guān)?？蛇x擇適當(dāng)系統(tǒng)簡化問題微分式積分式t1t2FI0Ft平均沖力例1.4籃球m=1kg，相對以v=6m/s,=60o撞在籃板上，撞后=60o。設(shè)碰撞時間t=0.01s求：籃板受到的平均作用力。解：球受力

XYv1v2

=600N=0籃板受平均作用力

1.合外力為零，或外力與內(nèi)力相比小很多；如碰撞問題、爆炸問題等2.合外力沿某一方向為零；3.只適用于慣性系；4.比牛頓定律更普遍的最基本的定律。注意：3、質(zhì)點系動量守恒定律1、質(zhì)點的角動量矢量m方向大小r(方向用右手螺旋法確定)O1.垂直于構(gòu)成的平面。2.

必須指明對那一固定點.注意：單位：J?s(kg?m2/s)平面圓周運動對圓心直線運動三、角動量守恒定律v

oa2、力矩(方向用右手螺旋法規(guī)定)矢量方向大小1.垂直于構(gòu)成的平面。2.必須指明對那一固定點.單位：N·m3.3、角動量定理角動量守恒定律0角動量定理1.必須對同一點注意：2.—合外力矩3.慣性系成立角動量守恒定律rv1例1.5

已知光滑的桌面上質(zhì)量m的球以v1

的速度作半徑為r1的勻速圓周運動，問：當(dāng)穿過小孔的繩子將桌面上的繩子拉成

r2

時v2=？解：力通過轉(zhuǎn)軸

力矩為0角動量守恒角動量守恒定律注意內(nèi)力矩不改變質(zhì)點系的總角動量，但可以改變各質(zhì)點的角動量。2.必須對同一點。3.但不一定為零

但可以為零1.功(1)恒力的功定義：矢量式作用在沿直線運動質(zhì)點上的恒力F，在力作用點位移上作的功，等于力和位移的標(biāo)積。單位：J焦耳abS四、機械能守恒定律

ab0

</2

dA>0/2<

dA<0功是標(biāo)量，但有正負之分

若=常矢量，物體作直線運動abS(2)變力的功例1.6

質(zhì)點在力F的作用下沿坐標(biāo)軸ox運動，F(xiàn)=6x,試求質(zhì)點從

到處的過程中，力F作的功。解：F在位移元dx上的元功在全路程上的功為所有單位均取國際單位制注意：1.Ek為狀態(tài)量2.功是動能增量的量度3.在慣性系成立2.動能動能定理質(zhì)點系的動能定理內(nèi)力雖然成對出現(xiàn)，但相互作用的兩質(zhì)點位移并不相同，所以A內(nèi)0合外力對質(zhì)點所做的功=質(zhì)點動能的增量動能:質(zhì)點的動能定理動能定理的應(yīng)用應(yīng)用動能定理解題時步驟如下：（1）確定研究對象。（2）分析研究對象受力情況及各力的做功情況。（3）明確過程的初狀態(tài)和末狀態(tài)及兩狀態(tài)的動能（4）列方程。（5）解方程，求出結(jié)果。作功與路徑無關(guān)，只與始末位置有關(guān)3.勢能機械能守恒A（B）保守力沿任意閉合路徑所做的功為零。

重力、彈性力、萬有引力.靜電力保守力場:m1m2保守力引入勢能系統(tǒng)受力外力內(nèi)力保守內(nèi)力非保守內(nèi)力A外+A非保內(nèi)+A保內(nèi)=Ek-EPA外+A非保內(nèi)=Ek+EP=

（Ek+EP）機械能功能原理當(dāng)A外+A非保內(nèi)=0Ek+EP=常量機械能守恒定律條件1-2流體靜力學(xué)一、靜止流體內(nèi)的壓強1.靜止流體內(nèi)一點的壓強應(yīng)力：壓強：靜止流體內(nèi)部應(yīng)力的大小流體靜壓力垂直器壁靜止流體內(nèi)一點的壓強等于該點任意假想面元上正壓力大小與面元面積之比當(dāng)面元面積趣于零時的極限。單位：SI“帕”“Pa”2.靜止流體內(nèi)壓強分布(1)等高的地方壓強ABPAPBBCPBPC靜止流體中所有等高的地方壓強相都等(2)高度相差h的兩點間壓強差為相等二、帕斯卡原理1.原理的表速及推證A點：B點:對活塞加力f:A點：B點:A點、B點都增加流體各處和器壁上的壓強都增加了作用在密閉容器中流體上的壓強等值地傳到流體各處和器壁上

-------帕斯卡原理2.夜壓機p三、阿基米得原理1.原理的表述及推證物體在流體中所受的浮力等于該物體排開同體積流體的重量。面元ds受力鉛直方向分力即浮力ds2.原理應(yīng)用舉例比重計1-3液體的表面性質(zhì)一、液體的表面現(xiàn)象由液體與其它物質(zhì)存在接觸界面而產(chǎn)生的有關(guān)現(xiàn)象二、表面張力及表面張力系數(shù)1.表面張力:兩種不相容液體或液體與氣體分界面上存在的應(yīng)力2.表面張力系數(shù)標(biāo)志著通過單位長度分界線兩邊液面之間的相互作用力W外力作功表面張力系數(shù)的意義表面能增量三、球形液滴內(nèi)外的壓強差半球的平衡條件液體內(nèi)外壓強差（附加壓強）凹形液面凸形液面四、毛細現(xiàn)象一.潤濕與不潤濕現(xiàn)象接觸角：接觸液處面與固體表面切線之間的夾角與固體、液體的性質(zhì)有關(guān)取固體表面的切線指向液體的內(nèi)部液體潤濕固體液體不潤濕固體完全潤濕完全不潤濕2.毛細現(xiàn)象毛細管:管徑很細的管子毛細現(xiàn)象:液體在毛細管中上升(或下降)高度3.氣體栓塞現(xiàn)象

當(dāng)液體在毛細管中流動時，如果管中出現(xiàn)了氣泡，液體的流動就要受到阻礙，氣泡產(chǎn)生多了，就能堵住毛細管，使液體不能流動，這種現(xiàn)象稱為氣體栓塞現(xiàn)象1-4流體的流動一、理想流體的概念完全不可壓縮的無粘滯性流體稱為理想流體二、定常流動、流線和流管1.定常流動流速場穩(wěn)定流動2.流線和流管AB三、連續(xù)性方程如果流體不可壓縮常量質(zhì)量流量連續(xù)性方程在物理實質(zhì)上它體現(xiàn)了流體在流動中質(zhì)量守恒

伯努利方程是流體動力學(xué)的基本定律，它說明了理想流體在管道中作穩(wěn)定流動時，流體中某點的壓強p、流速v和高度h三個量之間的關(guān)系為式中

是流體的密度，g是重力加速度。試用功能原理導(dǎo)出伯努利方程。我們研究管道中一段流體的運動。設(shè)在某一時刻，這段流體在a1a2位置，經(jīng)過極短時間t后，這段流體達到b1b2位置v1v2p2S2p2S2h1h2a1b1a2b21-5伯努力方程及應(yīng)用一、方程的推導(dǎo)現(xiàn)在計算在流動過程中，外力對這段流體所作的功。假設(shè)流體沒有粘性，管壁對它沒有摩擦力，那么，管壁對這段流體的作用力垂直于它的流動方向，因而不作功。所以流動過程中，除了重力之外，只有在它前后的流體對它作功。在它后面的流體推它前進，這個作用力作正功；在它前面的流體阻礙它前進，這個作用力作負功。

因為時間t極短，所以a1b1和a2b2是兩段極短的位移，在每段極短的位移中，壓強p、截面積S和流速v都可看作不變。設(shè)p1、S1、v1和p2、S2、v2分別是a1b1與a2b2處流體的壓強、截面積和流速，則后面流體的作用力是p1S1，位移是v1t，所作的正功是p1S1v1t

，而前面流體作用力作的負功是-p2S2v2

t

，由此，外力的總功是其次，計算這段流體在流動中能量的變化對于穩(wěn)定流動來說，在b1a2間的流體的動能和勢能是不改變的。由此，就能量的變化來說，可以看成是原先在a1b1處的流體，在時間t內(nèi)移到了a2b2處，由此而引起的能量增量是因為流體被認為不可壓縮。所以a1b1和a2b2兩小段流體的體積S1v1t和S2v2t必然相等，用V表示，則上式可寫成外力的總功是從功能原理得整理后得它表明在同一管道中任何一點處，流體每單位體積的動能和勢能以及該處壓強之和是個常量。在工程上，上式常寫成伯努利方程三項都相當(dāng)于長度，分別叫做壓力頭、速度頭、水頭。所以伯努利方程表明在同一管道的任一處，壓力頭、速度頭、水頭之和是一常量，對作穩(wěn)定流動的理想流體，用這個方程對確定流體內(nèi)部壓力和流速有很大的實際意義，在水利、造船、航空等工程部門有廣泛的應(yīng)用。二、方程的應(yīng)用舉例1.小孔流速由伯努力方程得小孔流速流量S為小孔的截面積AB虹吸現(xiàn)象從虹吸管管口吸出的液體速度為：2.皮托(pitot)管原理是一種用來測量流體速度的裝置hABhAB測液體液體流速為測氣體氣體流速為為液體密度為氣體密度12P1S1P2S23.文丘里流量計原理ABABC4.空吸作用1-6粘滯流體的流動一、實際流體的粘滯性1.粘滯力yv1v2層流:粘滯力:2.粘滯定律速度梯度粘滯定律粘滯系數(shù)與流體本身性質(zhì)有關(guān)溫度液體氣體單位:SI制:帕.秒CGS制:泊p滿足的流體叫牛頓流體vsrp1p2液流粘滯力二、泊肅葉公式壓力差：粘滯阻力定常流動測量粘滯系數(shù)由可得若測出流量Qv、管徑R用得達西定理三、斯脫克斯公式1.公式的表達2.終極速度小球所受粘滯阻力與浮力之和與重力平衡,小球開始作勻速直線下落時的速度稱終極速度vT液體密度小球密度生產(chǎn)工作者常稱vT為沉積速度AoBC粒子03.離心分離離心分離用代替引進沉降系數(shù)SSI制:秒(s),常以秒為沉降系數(shù)單位稱為斯威得伯記作S*波動光學(xué)光源及光的顏色生物效應(yīng)光的干涉光的衍射光的偏振光和視覺光學(xué)儀器*§8-1光源及光的顏色生物效應(yīng)光強平面波平均值電場強度的平方對觀測時間取平均則*一、光源光源冷光源：利用熱能激發(fā)的光源熱光源：利用化學(xué)能、電能或光能激發(fā)的光源發(fā)光電致發(fā)光熒光磷光化學(xué)發(fā)光生物發(fā)光二、單色光與復(fù)色光400——430——450——500——577——600——630——760nm

紫藍綠青黃橙紅單色光：具有單一頻率的光復(fù)色光：由各種頻率復(fù)合的光實際波列有限長——復(fù)色光間斷振動單色光的波列無頭無尾無始無終。*三、光環(huán)境的生態(tài)影響四、人工光源及其生物效應(yīng)*我開了兩盞燈,為什么沒看見干條紋？

干涉是有條件的！一、相干光源S2S18-2光的干涉1.相干光源2獲得相干光的主要方法分波陣面法分振幅干涉法*相干條件:頻率相同,振動方向相同,相差恒定*光在介質(zhì)中傳播的距離折算成真空中的長度。1.光程二、光程和光程差在介質(zhì)中傳播的波長，折算成真空中波長的關(guān)系。*2.光程差兩光程之差叫做光程差。3.相位差：*

真空中波長為

的單色光，在折射率n的透明介質(zhì)中從A傳播到B，兩處相位差為3

，則沿此路徑AB間的光程差為（A）1.5（B）1.5n

（C）3（D）1.5/n相位差為3的兩點幾何距離為1.5介，光程差為1.5介n=1.5（A）1.5

介A

B

n分析：例題三、楊氏雙縫干涉*SdD1、現(xiàn)象2.條紋間距*dL明條紋中心：暗條紋中心：相鄰兩明紋暗紋間的距離：*條紋移動N=4例題

楊氏雙縫實驗，=500nm，在一光路中插入玻璃片（n=1.5）后O點變?yōu)?級明紋中心。求：玻璃片厚度。解：光程差改變*四、薄膜干涉（分振幅干涉）

半波損失光線從光疏媒質(zhì)到光密媒質(zhì)界面上反射時產(chǎn)生半波損失：當(dāng)光線垂直入射到薄膜上時光程差為:=（暗）增透膜:反射光相消=增透如果存在半波損失,需要考慮附加光程差問題:附加光程差為半個波長.*例、在玻璃表面鍍一層均勻薄膜，為使可見光中對人眼最敏感的光反射相消，求膜的最小厚度。玻璃空氣暗紋減反膜增透膜思考：若n2>n3

會得到什么結(jié)果？為什么望遠鏡的鏡片有的發(fā)紅，有的發(fā)藍？

效果最好——*例題*白光照射空氣中的平行薄膜，已知h=0.34m，n=1.33問：當(dāng)視線與膜法線成600和300時觀察點各呈什么顏色？解*第k條暗紋對應(yīng)膜厚ek相鄰兩條紋中心間距厚度差1、

劈尖的干涉（1）測長度微小變化（2）檢查光學(xué)平面的缺陷*受熱膨脹干涉條紋移動玻璃板向上平移條紋整體移

l改變

h條紋偏向膜（空氣）厚部表示平面上有凸起。平面上有凹坑。*2.牛頓環(huán)光程差明暗幾何暗環(huán)oRRre明環(huán)*(1)測凸透鏡的曲率半徑第m級暗環(huán)對應(yīng)半徑rm牛頓環(huán)膜厚特點

級次—內(nèi)低外高間距—內(nèi)疏外密明暗*壓環(huán)外擴：要打磨中央部分壓環(huán)內(nèi)縮：要打磨邊緣部分（2）牛頓環(huán)在光學(xué)冷加工中的應(yīng)用*用波長為

的單色光垂直照射牛頓環(huán)裝置，若使透鏡慢慢上移到原接觸點間距離為d，視場中固定點可觀察到移過的條紋數(shù)目為多少根？d分析：光程差改變

，條紋移過1條；平移d，L=2d；移過

N=2d/例題8.3光的衍射*一、光的衍射現(xiàn)象當(dāng)障礙物的線度接近光的波長，衍射現(xiàn)象尤其顯著。

a

<0.1mm1.波在傳播過程中遇到障礙物,能夠繞過障礙物的邊緣前進,這種偏離直線傳播的現(xiàn)象稱為衍射現(xiàn)象。*光源障礙物接收屏光源障礙物接收屏2.

衍射的分類菲涅耳衍射夫瑯和費衍射光源—障礙物—接收屏距離為有限遠。光源—障礙物—接收屏距離為無限遠。*3.惠更斯—菲涅耳原理菲涅耳補充：從同一波陣面上各點發(fā)出的子波是相干波。

——1818年惠更斯：光波陣面上每一點都可以看作新的子波源，以后任意時刻，這些子波的包跡就是該時刻的波陣面。

——1690年解釋不了光強分布！

*P點的光強取決于狹縫上各子波源到此的光程差。光強分布？I二、單縫夫瑯和費衍射為縫邊緣兩條光線在p點的光程差為衍射角*1.(菲涅耳)半波帶法設(shè)考慮屏上的P點(它是

衍射角平行光的會聚點)：當(dāng)

=0時,

P在O點,為中央亮紋的中心；這些平行光到達O點是沒有相位差的。當(dāng)

時,相應(yīng)P點上升，各條光線之間產(chǎn)生了相位差，所以光強減小；到什么時候光強減小為零呢?或者說,第一暗紋的

是多大呢?S*

f

f

a

透鏡L

透鏡L·pAB縫平面觀察屏0δ*當(dāng)光程差

=a

sin

=2×

/2

時,如圖所示，可將縫分成了兩個“半波帶”：兩個“半波帶”上相應(yīng)的光線1與1’在P點的相位差為

，

-----衍射角.aθ1′2BA半波帶半波帶12′λ/2半波帶半波帶121′2′所以兩個“半波帶”上發(fā)的光，在P點處干涉相消，就形成第一條暗紋。兩個“半波帶”上相應(yīng)的光線2與2’在P點的相位差為

，*當(dāng)

=2

時，可將縫分成四個“半波帶”，它們發(fā)的光在P處兩兩相消，又形成暗紋……當(dāng)

再

，

=3

/2時，可將縫分成三個“半波帶”，aλ/2BAθθaBAλ/2其中兩個相鄰的半波帶發(fā)的光在P

點處干涉相消，剩一個“半波帶”發(fā)的光在

P點處合成，P點處即為中央亮紋旁邊的那條亮紋的中心。*菲涅耳半波帶的數(shù)目決定于對應(yīng)沿

方向衍射的平行光狹縫，波陣面可分半波帶數(shù)1、N由

a、

、

確定。2、N不一定是整數(shù)。*

2.單縫衍射明暗條紋條件——暗紋——明紋(中心)上述暗紋和中央明紋(中心)的位置是準(zhǔn)確的，其余明紋中心的實際位置較上稍有偏離。由半波帶法可得明暗紋條件為：——中央明紋中心*3.衍射圖樣衍射圖樣中各級條紋的相對光強如圖所示.

/a-(

/a)2(

/a)-2(

/a)0.0470.0171I/I00相對光強曲線0.0470.017sin

中央極大值對應(yīng)的明條紋稱中央明紋。中央極大值兩側(cè)的其他明條紋稱次極大。*明紋寬度中央明紋中央明紋：兩個一級暗紋間的距離，為1級暗紋對應(yīng)的衍射角上式為中央明紋角寬度*中央明紋xO中央明紋線寬度其他明紋寬度*總結(jié)：中央亮紋的邊緣對應(yīng)的衍射角

1，稱為中央亮紋的半角寬

——中央明紋(中心)

——其它明紋(中心)

而

——暗紋(中心)

（注意k0）（注意k0）中央明紋線寬度其它暗紋位置其它明紋線寬度*例題：單縫夫瑯禾費衍射，若將縫寬縮小一半，焦平面上原來3級暗紋處，現(xiàn)在明暗情況如何？1級明紋*條紋散開了狹縫寬窄對衍射條紋的影響光通量減少，清晰度變差。*？！光柵狹縫平移*光柵—大量等寬等間距的平行狹縫(或反射面)

構(gòu)成的光學(xué)元件。d反射光柵d透射光柵

a是透光（或反光）部分的寬度d=a+b

光柵常數(shù)b是不透光(或不反光)部分的寬度

光柵常數(shù)

種類：1、基本概念三、光柵衍射10-3-10-2mm10cm寬的光柵總刻痕數(shù)N=104~105*oP焦距

f縫平面G觀察屏透鏡L

dsin

d

（k=0,1,2,3…）---光柵方程P點為主極大時NEpEp1.明紋條件：滿足光柵方程的明條紋稱主極大條紋，又稱光譜線。設(shè)每個縫發(fā)的光在對應(yīng)衍射角

方向的P點的光振動的振幅為Ep譜線級數(shù)：*衍射暗紋位置：出現(xiàn)缺級。時,,

q

q

=

=k’kad干涉明紋缺級級次干涉明紋位置：3.缺級*sin

0I單I0單-2-112(

/a)單縫衍射光強曲線IN2I0單048-4-8sin

(

/d)單縫衍射輪廓線光柵衍射光強曲線sin

N204-8-48(

/d)多光束干涉光強曲線這里主極大缺±4,±8…級。*譜線54321012345中央包絡(luò)線內(nèi)有條主極大取整數(shù)部分中央包絡(luò)線內(nèi)有條主極大*判斷缺級條件思考*=0.5m的單色光垂直入射到光柵上，測得第三級主極大的衍射角為30o，且第四級為缺級。求：（1）光柵常數(shù)d；（2）透光縫最小寬度a；（3）對上述a、d

屏幕上可能出現(xiàn)的譜線數(shù)目。解：（1）d=3m

（2）缺四級

a=0.75m

（3）K=0，

1，

2，

3，

59條！例題（1）夫瑯禾費圓孔衍射*愛里斑84%能量愛里斑的角半徑對光學(xué)儀器夫瑯禾費圓孔衍射為主，而且只需考慮愛里斑。四、光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)（2）儀器的分辨本領(lǐng)*瑞利判據(jù)

定義分辨本領(lǐng)*人眼瞳孔：D2~6mm68”~23”望遠鏡：DM6m0.023”電子顯微鏡

R

例題：汽車二前燈相距1.2m，設(shè)=600nm人眼瞳孔直徑為5mm。問：對迎面而來的汽車，離多遠能分辨出兩盞亮燈？1.2m

解：人眼的最小可分辨角**8.4光的偏振偏振光自然光=部分偏振光1、線偏振光2、圓偏振光3、橢圓偏振光偏振光+自然光1、部分線偏振光2、部分圓偏振光3、部分橢圓偏振光一、光的偏振態(tài)*1、線偏振光振動面u右旋橢圓偏振光2、橢圓偏振光和圓偏振光（平面偏振光）*

3、自然光特點（1）在垂直光線的平面內(nèi)，光矢量沿各方向振動的概率均等.

（2）可以看成由兩個振動方向相互垂直，振幅相等，互不相干線偏振光的疊加。XYZ*4、部分偏振光Io—總光強IP—偏振光的光強In—自然光的光強IP=0P=0——自然光In=0P=1——偏振光偏振度*二、偏振光的獲得起偏器檢偏器一般情況下

I=？對o光和e

光的吸收有很大差異。電氣石Z1mm厚的電氣石可將o光吸收凈，e光卻有剩余——可制成偏振片。1、用二向色性晶體獲*

2、馬呂斯定律I0I=I0cos2

A=A0cos

I

=I0cos2

=IMcos2

考慮其他損耗

：損耗系；IM：旋轉(zhuǎn)P，觀察到的最大光強。PI*

馬呂斯定律*你能說明為什么嗎？？*光強為I0

的自然光相繼通過偏振片P1、P2、P3后光強為I0/8，已知P1

P3，問：P1、P2間夾角為何？解:分析P1P2P3I0I3=I0/8P3P1P2I1I2例題*布儒斯特角反射光——

垂直入射面振動的成分多。折射光——？部分偏振光偏振光布儒斯特定律3、反射和折射光的偏振*例題：畫出下列圖中的反射光、折射光以及它們的偏振狀態(tài)。*外腔式激光器諧振腔布儒斯特窗···········i0i0·激光輸出M1M2··i0i0.應(yīng)用舉例

激光器諧振腔*玻璃片堆：用以增大反射光的強度和折射光的偏振化程度。當(dāng)i=i0時，反射光強度I和反射光的強度I之比為自然光從空氣→玻璃············i0(接近線偏振光)··················玻璃片堆

玻璃片堆*

玻璃片堆檢偏若反射光光強不變則入射光是自然光若反射光光強變且有消光則入射光是線偏振光············i0··················若反射光光強變且無消光則入射光是部分偏振光

讓待檢光以布儒斯特角入射到界面上，以入射線為軸旋轉(zhuǎn)界面（保持不變）(接近線偏振光)*四、旋光現(xiàn)象左旋光右旋光使線偏振光的振動面在傳播過程中旋轉(zhuǎn)天然旋光物質(zhì)：石英、糖溶液1811年阿喇果發(fā)現(xiàn)迎光看應(yīng)用：測溶液濃度量糖計旋光物質(zhì)a—旋光率P1P2*旋光現(xiàn)象波粒二象性光是怎樣發(fā)射和吸收的？在研究黑體輻射實驗曲線時，根據(jù)波動理論所得到的公式與實驗結(jié)果有差異。暜朗克1900年提出了量子假設(shè)，解決了以上矛盾。1905年愛因斯坦假定電磁輻射的能量是由大小為的量子組成。物體吸收或發(fā)射光的能量只能是的正數(shù)倍。光子具有能量，還具有動量。光的波粒二象性。用統(tǒng)一的理論來描述，導(dǎo)致了量子電動力學(xué)的誕生。

固體或液體，在任何溫度下都在發(fā)射各種波長的電磁波，這種由于物體中的分子、原子受到激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射。所輻射電磁波的特征僅與溫度有關(guān)。固體在溫度升高時顏色的變化1400K800K1000K1200K1.熱輻射現(xiàn)象9.1黑體輻射物體可輻射能量也可吸收能量，當(dāng)輻射和吸收的能量恰相等時稱為熱平衡。此時物體溫度恒定不變。單色輻出度單位時間、單位表面積、上所輻射出的，單位波長間隔中的能量。輻射出射度單位時間、單位表面積、上所輻射出的各種波長電磁波的能量。能全部吸收各種波長的輻射能而不發(fā)生反射，折射和透射的物體稱為絕對黑體。簡稱黑體2.黑體輻射實驗規(guī)律

不透明的材料制成帶小孔的的空腔,可近似看作黑體。黑體模型

研究黑體輻射的規(guī)律是了解一般物體熱輻射性質(zhì)的基礎(chǔ)。o實驗值/μm維恩線瑞利--金斯線紫外災(zāi)難普朗克線12345678黑體輻射實驗是物理學(xué)晴朗天空中一朵令人不安的烏云。3.能量子假說：輻射黑體分子、原子的振動可看作諧振子，這些諧振子可以發(fā)射和吸收輻射能。但是這些諧振子只能處于某些分立的狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，諧振子的能量并不象經(jīng)典物理學(xué)所允許的可具有任意值。相應(yīng)的能量是某一最小能量ε（稱為能量子）的整數(shù)倍，即：ε,1ε,2ε,3ε,...nε.n為正整數(shù)，稱為量子數(shù)。

對于頻率為ν的諧振子最小能量為能量量子經(jīng)典普朗克后來又為這種與經(jīng)典物理格格不入的觀念深感不安，只是在經(jīng)過十多年的努力證明任何復(fù)歸于經(jīng)典物理的企圖都以失敗而告終之后，他才堅定地相信h的引入確實反映了新理論的本質(zhì)。

1918年他榮獲諾貝爾物理學(xué)獎。

他的墓碑上只刻著他的姓名和VGRKA+_9.2光電效應(yīng)一、實驗規(guī)律：1、用頻率一定的單色光實驗0V2、保持頻率一定、增加光強：a、I隨V的增大而增大,飽和電流b、I=0時所對應(yīng)的電勢差稱為遏止電勢差反映光電子逸出時的最大動能C、與光強無關(guān)3、與光的頻率有關(guān)K為直線的斜率，是普適恒量，對所有金屬都一樣為直線在軸上的截距，各金屬不同。實驗測定ek即為普朗克常數(shù)當(dāng)時，無論光強多大，都不會有光電子逸出。只要，無論光強如何，光電子幾乎立刻逸出。稱為金屬的紅限頻率二、波動理論的困難1、電子的逸出功應(yīng)決定于光強；2、任何頻率的光，只要有足夠的光強，都應(yīng)該產(chǎn)生光電效應(yīng)；3、電子積累能量需要時間，光電效應(yīng)不是瞬時的。9-3光子與光的二象性1.愛因斯坦的光子理論：光是以光速運動的粒子流，這些粒子稱為光量子或光子，光子的能量是2.光電效應(yīng)方程逸出功光強決定于單位時間內(nèi)通過單位面積的光子數(shù)N.

單色光的光強是光子只能作為一個整體被發(fā)射和吸收。由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電效應(yīng)的實驗規(guī)律,榮獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎。從光電效應(yīng)方程中，當(dāng)初動能為零時，可得到紅限頻率.從方程可以看出光電子初動能和照射光的頻率成線性關(guān)系。與實驗方程比較可得K值。3.光的波-粒二象性光不僅具有波動性，還具有粒子性。這種雙重性稱為波-粒二象性。波動性和粒子性之間的聯(lián)系如下：

分別為光子的能量、質(zhì)量和動量。例18-3波長

4.0×10-7m的單色光照射到金屬銫上，求銫所釋放的光電子最大初速度。利用關(guān)系代入已知數(shù)據(jù)解：銫原子紅限頻率=4.8×1014Hz，據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程，光電子最大初動能：1、電子的逸出與頻率有關(guān)，2、光強的大小說明光子數(shù)的多少，影響到飽和電流。3、光子是一個整體而被電子吸收，不需要時間積累。質(zhì)量能量動量愛因斯坦“因在數(shù)學(xué)物理方面的成就，尤其發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)的規(guī)律”，獲得了1921年諾貝爾物理獎。例：某金屬的逸出功為A，用頻率為的光照射該金屬能產(chǎn)生光電效應(yīng)，求金屬的紅限頻率，，問遏止電勢差是多少解：紅限頻率滿足遏止電勢差而所以§9-4光合作用光學(xué)作用：將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定化學(xué)能的過程。§9-5粒子的波動性一、微觀粒子的波粒二象性1.德布羅意假設(shè)那么實物粒子也應(yīng)具有波動性。L.V.deBroglie

（法，1892-1986）從自然界的對稱性出發(fā),認為:既然光(波)具有粒子性，二.實驗驗證——電子衍射實驗(1)戴維遜—革末實驗（1927年）

真空電子槍掠射角INi單晶U實驗裝置示意圖假如電子具有波動性，應(yīng)滿足布喇格公式電子經(jīng)加速電勢差為U的電場加速后，動量：速度：相應(yīng)的德布羅意波長：動能：(?)（2）G.P.湯姆遜（1927年）

電子通過金屬多晶薄膜的衍射實驗.1929年德布洛意獲諾貝爾物理獎。1937年戴維遜與G.P.湯姆遜獲諾貝爾物理獎。波的觀點：亮處，干涉加強，合振幅大，光強大；暗處，干涉消弱，合振幅小，光強小。在某處德布羅意波的振幅平方與該處粒子出現(xiàn)的幾率成正比例題1：m=0.01kg，v=300m/s的子彈難以測量;

“宏觀物體只表現(xiàn)出粒子性”極其微小;例題18-9試估算熱中子的得布羅意波長(中子的質(zhì)量

mn=1.67×10-27㎏)。解:熱中子是指在室溫下(T=300K)與周圍處于熱平衡的中子,它的平均動能：它的方均根速率：相應(yīng)的得布羅意波長：

對波粒二象性的理解(1)粒子性“原子性”或“整體性”不是經(jīng)典的粒子,拋棄了“軌道”概念(2)波動性“彌散性”“可疊加性”“干涉”“衍射”“偏振”具有頻率和波矢不是經(jīng)典的波不代表實在的物理量的波動德布羅意：法國理論物理學(xué)家，巴黎大學(xué)教授，31歲時（1923年）在他的博士論文中提出了物質(zhì)波的理論，兩年后薛定鄂在他的思想基礎(chǔ)上創(chuàng)立了波動力學(xué)，德布羅意的貢獻聞名于世，1927年，電子波動性為實驗所證實，他為此而獲得諾貝爾物理學(xué)獎。**

磁場與生物磁現(xiàn)象**自然界的各種基本力可以互相轉(zhuǎn)化。究竟電是否以隱蔽的方式對磁體有作用？17世紀(jì)，吉爾伯特、庫侖曾認為：電與磁無關(guān)！1731年英國商人

雷電后，刀叉帶磁性！1751年富蘭克林萊頓瓶放電后，縫衣針磁化了！1812年

奧斯忒6.1磁場及其描述1、磁力與磁現(xiàn)象一、磁場**

1820年4月哥本哈根大學(xué)電與磁奧斯忒接通電源時，放在邊上的磁針輕輕抖動了一下……II1820年7月21日，以拉丁文報導(dǎo)了60次實驗的結(jié)果。**

Q0靜止

Q0運動

靜止

運動

運動電荷除了在周圍產(chǎn)生電場外，還有另一種場——只對運動電荷起作用——磁場——穩(wěn)恒電流產(chǎn)生的磁場叫穩(wěn)恒磁場。Q0場源電荷受力**

靜止電荷靜止電荷靜止電荷之間的作用力——電場力運動電荷之間的作用力——電場力+磁場力

運動電荷運動電荷說明1、磁場由運動電荷(或電流)產(chǎn)生;3、磁場有能量、…2、磁場

電場

磁場傳遞磁相互作用2、磁場對運動電荷(或電流)有力的作用;**洛侖茲力運動電荷在電磁場中受力磁感應(yīng)強度q

沿此直線運動時設(shè)計實驗確定空間一點的磁感應(yīng)強度單位T或Gs

1Gs=10–4T磁場服從疊加原理二、磁感應(yīng)強度幾種不同形狀電流磁場的磁感應(yīng)線

磁感應(yīng)線的性質(zhì)電流磁感應(yīng)線與電流套連閉合曲線(磁單極子不存在)互不相交方向與電流成右手螺旋關(guān)系三、磁感應(yīng)線

規(guī)定：通過磁場中某點處垂直于矢量的單位面積的磁感應(yīng)線數(shù)等于該點矢量的量值。磁感應(yīng)線越密，磁場越強；磁感應(yīng)線越稀，磁場就越弱，磁感線的分布能形象地反映磁場的方向和大小特征。**I畢奧-薩伐爾定律真空磁導(dǎo)率疊加原理I'6.2畢奧-薩伐爾定律

一、畢奧-薩伐爾定律**l

2

11.載流直導(dǎo)線的磁感應(yīng)強度I方向

0-lL

則

1=0

2=方向：右手定則

無限長半無限長二、畢奧-薩伐爾定律應(yīng)用舉例**2.載流圓線圈軸線上的磁感應(yīng)強度。xRxI(3)圓弧導(dǎo)線在圓心**求：一段圓弧圓電流在其曲率中心處的磁場。例題RIab方向

解：Idl**例題I寬度為a

的無限長金屬平板，均勻通電流I，Pdx0將板細分為許多無限長直導(dǎo)線每根導(dǎo)線寬度為dx通電流解：建立坐標(biāo)系x所有dB

的方向都一樣：

求：圖中P點的磁感應(yīng)強度。**一、磁場的高斯定理(2)與形成磁場的電流相套連.I1.磁感應(yīng)線特點(1)無頭無尾的閉合曲線.

磁場是無源場.單位韋伯（Wb）6.3磁場的高斯定理和安培環(huán)路定理3.磁場的高斯定理2.磁通量**I1I2I3L2L1正向穿過以L為邊界的任意曲面的電流的代數(shù)和。磁場B由所有的電流貢獻！

二、安培環(huán)路定理1、安培環(huán)路定理安培

電流I的正負規(guī)定：積分路徑的繞行方向與電流成右手螺旋關(guān)系時，電流I為正值；反之I為負值。

在磁場中，沿任一閉合曲線矢量的線積分（也稱矢量的環(huán)流），等于真空中的磁導(dǎo)率

0乘以穿過以這閉合曲線為邊界所張任意曲面的各恒定電流的代數(shù)和。安培環(huán)路定理I為負值I為正值繞行方向

在垂直于導(dǎo)線的平面內(nèi)任作的環(huán)路上取一點，到電流的距離為r，磁感應(yīng)強度的大?。河蓭缀侮P(guān)系得：(1)環(huán)路包圍電流2.安培環(huán)路定理的證明

如果閉合曲線不在垂直于導(dǎo)線的平面內(nèi)：結(jié)果一樣！

如果沿同一路徑但改變繞行方向積分：結(jié)果為負值！

表明：磁感應(yīng)強度矢量的環(huán)流與閉合曲線的形狀無關(guān)，它只和閉合曲線內(nèi)所包圍的電流有關(guān)。結(jié)果為零！

表明：閉合曲線不包圍電流時，磁感應(yīng)強度矢量的環(huán)流為零。(2)環(huán)路不包圍電流**空間所有電流共同產(chǎn)生的磁場在場中任取的一閉合線，任意規(guī)定一個繞行方向L上的任一線元空間中的電流環(huán)路所包圍的所有電流的代數(shù)和物理意義：**幾點注意：

環(huán)流雖然僅與所圍電流有關(guān)，但磁場卻是所有電流在空間產(chǎn)生磁場的疊加。任意形狀穩(wěn)恒電流，安培環(huán)路定理都成立。

安培環(huán)路定理僅僅適用于恒定電流產(chǎn)生的恒定磁場，恒定電流本身總是閉合的，因此安培環(huán)路定理僅僅適用于閉合的載流導(dǎo)線。

靜電場的高斯定理說明靜電場為有源場，環(huán)路定理又說明靜電場無旋；穩(wěn)恒磁場的環(huán)路定理反映穩(wěn)恒磁場有旋，高斯定理又反映穩(wěn)恒磁場無源。安培環(huán)路定理**3.安培環(huán)路定理的應(yīng)用——用來求解具有高度對稱的磁場例題求：無限長直線電流的磁場I解：對稱性分析——磁感應(yīng)線是躺在垂直平面上的同心圓，選環(huán)路BL0rB**例題求：無限長圓柱面電流的磁場ILRr解：對稱性分析——磁感應(yīng)線是躺在垂直平面上的同心圓，選環(huán)路**——與軸平行！例題求：均勻密繞無限長直螺線管的磁場（已知n、I）解：對稱性分析——管內(nèi)垂軸平面上任意一點垂直平面

有限長的螺線管當(dāng)L>>R，在中部也有此結(jié)果在端部**IR例題求：均勻密繞螺線環(huán)的磁場（已知中心半徑R，總匝數(shù)N，電流強度I）解：對稱性分析——管內(nèi)任意一個垂軸平面都是對稱面——磁感應(yīng)線是一組同心圓r

rLR1R20（其他）與環(huán)的橫截面形狀無關(guān)。**6.4電流與磁場的相互作用一、磁場對載流導(dǎo)線的作用I電流元一個電子受力N個電子受力12**

均勻磁場2、均勻磁場中的閉合線圈F=0I直導(dǎo)線任意導(dǎo)線I——

長度矢量說明：1、3、若處處（不一定均勻）

F=0**

均勻磁場中放置一半徑為R的半圓形導(dǎo)線，電流強度為I，導(dǎo)線兩端連線與磁感強度方向夾角

=30°，求此段圓弧電流受的磁力。例題2R長度矢量解：方向

**

均勻磁場二、磁場對載流線圈的作用l1l2abcdI作用在一直線上俯視

l1不作用在一直線上力矩方向：

（俯視圖上）磁矩M=ISBM=0=0穩(wěn)定平衡；=

不穩(wěn)定平衡。力矩總力圖使線圈正向磁通量達到最大。**一、在均勻磁場勻速直線運動磁力提供向心力。周期與速度無關(guān)R

勻速率圓周運動=常量軌跡？三、磁場對運動電荷的作用**=螺旋運動粒子束發(fā)散角不大、速度相近，v//

幾乎相等。

勻速率圓周運動+勻速直線運動h

螺距半徑周期h磁聚焦**磁聚焦磁聚焦**磁聚焦電子顯微鏡中的磁聚焦**（3）地磁場內(nèi)的范艾侖輻射帶二、非均勻磁場（1）磁鏡（2）磁瓶I60000km8OOkm4000km用于高溫等離子磁約束（也是螺旋運動，R、h

都在變化）**四、霍耳（E.C.Hall)效應(yīng)霍耳霍耳效應(yīng)**

霍耳（E.C.Hall)效應(yīng)

在一個通有電流的導(dǎo)體板上，垂直于板面施加一磁場，則平行磁場的兩面出現(xiàn)一個電勢差，這一現(xiàn)象是1879年美國物理學(xué)家霍耳發(fā)現(xiàn)的，稱為霍耳效應(yīng)。該電勢差稱為霍耳電勢差

。**

實驗指出，在磁場不太強時，霍耳電勢差

U與電流強度I和磁感應(yīng)強度B成正比，與板的寬d成反比。RH稱為霍耳系數(shù)，僅與材料有關(guān)?；舳?yīng)**

導(dǎo)體中運動的載流子在磁場中受到洛侖茲力發(fā)生偏轉(zhuǎn)，正負載流子受到的洛侖茲力剛好相反，在板的上下底面積累了正負電荷，建立了電場

EH，形成電勢差。

導(dǎo)體中載流子的平均定向速率為v，則受到洛侖茲力為qvB，上下兩板形成電勢差后，載流子還受到一個與洛侖茲力方向相反的電場力qEH，二力平衡時有：++++----EH

B霍耳效應(yīng)**

設(shè)載流子濃度為n，則電流強度與載流子定向速率的關(guān)系為：++++----EH

B霍耳效應(yīng)**Ihb------

V垂直于的方向出現(xiàn)電勢差——霍耳效應(yīng)

霍耳電壓UHIBUH正效應(yīng)——載流子是空穴P型半導(dǎo)體

UH負效應(yīng)——載流子是電子n型半導(dǎo)體四、霍耳效應(yīng)**I-----=b霍耳系數(shù)**理論曲線霍耳電阻

量子霍耳效應(yīng)B崔琦、施特默：更強磁場下克里青：半導(dǎo)體在低溫強磁場m=1、2、3、…1985年諾貝爾物理獎1998年諾貝爾物理獎實驗曲線**

例題質(zhì)譜儀測粒子的荷質(zhì)比DU實驗：加速電壓U，均勻磁場B，粒子垂直入射，進口到膠片記錄位置間距為D，計算粒子的Q/m值。解：粒子進質(zhì)譜儀時動能進磁場后做勻速率圓周運動，R**定義在介質(zhì)均勻充滿磁場的情況下(錳、鉻、鉑、氧、氮等)(銅、鉍、硫、氫、銀等)(鐵、鈷、鎳等)一、磁介質(zhì)的分類6-5物質(zhì)的磁性磁介質(zhì)：在磁場中影響原磁場的物質(zhì)稱為磁介質(zhì)。令：為相對磁導(dǎo)率為磁介子的磁導(dǎo)率，**

分子電流：把分子或原子看作一個整體，分子或原子中各個電子對外界所產(chǎn)生磁效應(yīng)的總和，可用一個等效的圓電流表示，統(tǒng)稱為分子電流。

分子磁矩：把分子所具有的磁矩統(tǒng)稱為分子磁矩，用符號表示。

電子的進動：在外磁場的作用下，分子或原子中和每個電子相聯(lián)系的磁矩都受到磁力矩的作用，由于分子或原子中的電子以一定的角動量作高速轉(zhuǎn)動，這時，每個電子除了保持環(huán)繞原子核的運動和電子本身的自旋以外，還要附加電子磁矩以外磁場方向為軸線的轉(zhuǎn)動，稱為電子的進動。二、磁介質(zhì)的磁化磁化：磁場對磁場中的物質(zhì)的作用稱為磁化。1.分子電流和分子磁矩**進動進動進動

附加磁矩：因進動而產(chǎn)生的等效磁矩稱為附加磁矩，用符號表示。

可以證明：不論電子原來的磁矩與磁場方向之間的夾角是何值，在外磁場中，電子角動量進動的轉(zhuǎn)向總是和磁力矩的方向構(gòu)成右手螺旋關(guān)系。這種等效圓電流的磁矩的方向永遠與的方向相反。**2.抗磁質(zhì)的磁化

抗磁材料在外磁場的作用下，磁體內(nèi)任意體積元中大量分子或原子的附加磁矩的矢量和有一定的量值，結(jié)果在磁體內(nèi)激發(fā)一個和外磁場方向相反的附加磁場，這就是抗磁性的起源。它是一切磁介質(zhì)所共有的性質(zhì)。3.順磁質(zhì)的磁化

在順磁體內(nèi)任意取一體積元，其中各分子磁矩的矢量和將有一定的量值，因而在宏觀上呈現(xiàn)出一個與外磁場同向的附加磁場，這就是順磁性的起源。它是一切磁介質(zhì)所共有的性質(zhì)。**(1)與弱磁質(zhì)相比，鐵磁質(zhì)具有以下特點：(1)在外磁場的作用下能產(chǎn)生很強的附加磁場。(2)外磁場停止作用后，仍能保持其磁化狀態(tài)。(4)具有臨界溫度Tc。在Tc以上，鐵磁性完全消失而成為順磁質(zhì)，Tc稱為居里溫度或居里點。不同的鐵磁質(zhì)有不同的居里溫度Tc。純鐵：770oC，純鎳：358oC。居里4.鐵磁質(zhì)(3)相對磁導(dǎo)率和磁化率不是常數(shù)，而是隨外磁場的變化而變化；具有磁滯現(xiàn)象，之間不具有簡單的線性關(guān)系。**(2)磁滯回線

當(dāng)鐵磁質(zhì)達到飽和狀態(tài)后，緩慢地減小H，鐵磁質(zhì)中的B并不按原來的曲線減小，并且H=0時，B不等于0，具有一定值，這種現(xiàn)象稱為剩磁。-HcdHc-BrefBrcbBHaO

要完全消除剩磁Br，必須加反向磁場，當(dāng)B=0時磁場的值Hc為鐵磁質(zhì)的矯頑力。

當(dāng)反向磁場繼續(xù)增加，鐵磁質(zhì)的磁化達到反向飽和。反向磁場減小到零，同樣出現(xiàn)剩磁現(xiàn)象。不斷地正向或反向緩慢改變磁場，磁化曲線為一閉合曲線—磁滯回線。**

B的變化總落后于H的變化，稱磁滯現(xiàn)象。

在反復(fù)磁化過程中能量的損失叫做磁滯損耗。緩慢磁化過程，經(jīng)歷一次磁化過程損耗的能量與磁滯回線包圍的面積成正比。-HcdHc-BrefBrcbBHaO

鐵磁體在交變磁化磁場的作用下，它的形狀隨之改變，叫做磁致伸縮效應(yīng)。**(3)磁疇單晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖多晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖

在鐵磁質(zhì)中，相鄰鐵原子中的電子間存在著非常強的交換耦合作用，這個相互作用促使相鄰原子中電子的自旋磁矩平行排列起來，形成一個自發(fā)磁化達到飽和狀態(tài)的微小區(qū)域，這些自發(fā)磁化的微小區(qū)域稱為磁疇。**單晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖多晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖

在沒有外磁場作用時，磁體體內(nèi)磁矩排列雜亂，任意物理無限小體積內(nèi)的平均磁矩為零。**BHOBHO

矯頑力很小(Hc<102A?m-1)，磁滯回線窄，所圍的面積小，磁滯損耗小。

軟磁材料如純鐵、硅鋼、坡莫合金、鐵氧體等材料，適用于交變磁場中，常用作變壓器、繼電器、電動機、電磁鐵和發(fā)動機的鐵芯。

矯頑力大，剩磁大、磁滯回線寬，所圍的面積大，磁滯損耗大。(4)軟磁材料(5)硬磁材料**

硬磁材料如碳鋼、鎢鋼、鋁鎳鈷合金等材料。磁化后能保持很強的磁性，適用于制成各種類型的永久磁鐵。

矩磁材料的磁滯回線接近于矩形，特點是剩磁Br接近飽和值BS。BHO

壓磁材料具有較強的磁致伸縮效應(yīng)，常用于制造超聲波發(fā)生器。

當(dāng)矩磁材料在不同方向的外磁場磁化后，總是處于和兩種剩磁狀態(tài)，可作電子計算機的“記憶”元件。00.51.01.5

電荷與電場

質(zhì)子+00.51.01.5中子+-宏觀物體帶電量:q=+ne(n=1,2….)

夸克—(1)電荷的量子性電子電量一、電荷及其相互作用1、電荷(2)電荷守恒定律——電絕緣系統(tǒng)中，電荷的代數(shù)和保持常量。+-電子對湮滅+-電子對產(chǎn)生電荷為Q重原子核(3)電荷相對不變性+++電荷為Q電荷1受電荷2的力真空中的介電常數(shù)兩個點電荷之間的作用力，不會因為第三個電荷的存在而改變3.電力的疊加原理2、庫侖定律1785年，法國庫侖（C.A.Coulomb通過扭稱實驗得到。f21(2)庫侖定律(1)點電荷:線度?距離時，帶電體可視為帶電的“點”線度足夠地小——場點確定；電量充分地小——不至于使源電荷重新分布。(1).試驗電荷方向：正電荷受力說明(2).q0只是使場顯露出來，即使無q0

，

也存在。1、電場2、電場強度（1）定義電場強度

大小：單位電荷受力單位：N/C、V/m靜電場：相對于觀察者為靜止的帶電體周圍所存在的場。二、電場及電場強度電荷電場電荷點電荷試驗電荷方向試驗電荷受力r02.點電荷的電場強度由定義點電荷試驗電荷試驗電荷受力場強疊加原理由定義3、場強疊加原理0r點電荷的場強（1）點電荷系的場強（2）電荷連續(xù)分布的帶電體的場強分量式Q例題求：電偶極子中垂面上任意點的場強解定義：偶極矩r>>lr+=r-

r+-例題均勻帶電細棒，長

L

，電荷線密度

，求：中垂面上的場強。解：0yx0當(dāng)L

1-

22

2一般yx0？已知：總電量Q；半徑R

。求：均勻帶電圓環(huán)軸線上的場強。x（2）R<<x（1）例題

Rnext第一節(jié)內(nèi)容結(jié)束一、電場線(電力線）1.畫法要求:電場中假想的曲線疏密——表征場強的大?。ù┻^單位垂直截面的電場線數(shù)=附近的場強大?。┣芯€方向——場強的方向++

+

3.靜電場的電場線性質(zhì):(1)不形成閉合回線,也不中斷,起自正電荷,止于負電荷.(包括自由電荷和束縛電荷)(2)任何兩條電場線不會在無電荷處相交.(3)場強大的地方，電場線密；場強小的地方電場線疏。

5.2電通量高斯定理2.幾種電場的電場線:

二.電場強度通量

eSS(1)均勻電場(2)均勻電場

=

S(3)非均勻電場、任意曲面dS單位：Vm

=0>0<0規(guī)定外法線為正向K.F.Gauss——德國物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家

定理：真空中的靜電場內(nèi)，通過任意封閉曲面的電通量等于曲面內(nèi)所包圍的電荷電量的代數(shù)和除以真空介電常數(shù)。三、高斯定理說明:對有貢獻的僅是面內(nèi)電荷面上各點的卻是在場的全部電荷的貢獻高斯證明：可用庫侖定律和疊加原理證明。1證明包圍點電荷的同心球面的電通量等于球面上各點的場強方向與其徑向相同。球面上各點的場強大小由庫侖定律給出。此結(jié)果與球面的半徑無關(guān)。換句話說，通過各球面的電力線總條數(shù)相等。從發(fā)出的電力線連續(xù)的延伸到無窮遠。2證明包圍點電荷的任一閉合曲面的電通量等于立體角solidangle實際上因為電力線不會中斷（連續(xù)性），所以通過閉合曲面和的電力線數(shù)目是相等的?？梢宰C明，略。2證明包圍點電荷的任一閉合曲面的電通量等于立體角solidangle由于電力線的連續(xù)性可知，穿入與穿出任一閉合曲面的電通量應(yīng)該相等。