大學(xué)物理課程核心知識(shí)體系演講人：日期:目錄CONTENTS01經(jīng)典力學(xué)基礎(chǔ)02電磁學(xué)核心理論03熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)04波動(dòng)光學(xué)原理05近代物理導(dǎo)論06實(shí)驗(yàn)研究方法01經(jīng)典力學(xué)基礎(chǔ)牛頓運(yùn)動(dòng)定律體系牛頓第一定律（慣性定律）任何物體都要保持勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到外力迫使它改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為止。牛頓第二定律（動(dòng)力定律）牛頓第三定律（作用與反作用定律）物體的加速度與作用在其上的合外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比，且加速度的方向與合外力的方向相同。對(duì)于任意兩個(gè)相互作用的物體，它們之間的作用力和反作用力大小相等、方向相反，并且作用在同一直線上。123動(dòng)量與能量守恒定律動(dòng)量守恒定律在沒有外力作用或外力作用可以忽略的情況下，一個(gè)封閉系統(tǒng)中物體動(dòng)量的總和保持不變。01能量守恒定律在一個(gè)封閉系統(tǒng)中，能量不能被創(chuàng)造或消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式，且總能量保持不變。02機(jī)械能守恒定律在只有重力或彈力做功的情況下，物體的動(dòng)能和勢(shì)能之和保持不變。03剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)分析剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)分析剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的基本概念角動(dòng)量守恒定律轉(zhuǎn)動(dòng)定律剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能定理剛體繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，各質(zhì)點(diǎn)都作圓周運(yùn)動(dòng)，且圓周上任意點(diǎn)的角速度相等。剛體繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角加速度與作用在剛體上的合外力矩成正比，與剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量成反比。在沒有外力矩作用或外力矩作用可以忽略的情況下，剛體的角動(dòng)量保持不變。剛體繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，外力對(duì)剛體所做的功等于剛體轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能的增量。02電磁學(xué)核心理論靜電場(chǎng)與高斯定理電荷守恒定律；庫侖定律；電勢(shì)能與電勢(shì)；電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)梯度。靜電場(chǎng)高斯定理的表述和數(shù)學(xué)表達(dá)式；高斯面的選取和計(jì)算方法；高斯定理的應(yīng)用，如計(jì)算均勻帶電球體、無限長直導(dǎo)線等電場(chǎng)分布。高斯定理靜電平衡狀態(tài)；導(dǎo)體的靜電感應(yīng)和極化現(xiàn)象；介質(zhì)中的高斯定理及電場(chǎng)分布；電容和電容器。靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體和介質(zhì)穩(wěn)恒磁場(chǎng)基本規(guī)律磁場(chǎng)的基本性質(zhì)01磁感應(yīng)強(qiáng)度；磁感線；磁通量；磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力（洛倫茲力）。畢奧-薩伐爾定律02電流元產(chǎn)生的磁場(chǎng)；畢奧-薩伐爾定律的表述和數(shù)學(xué)表達(dá)式；應(yīng)用畢奧-薩伐爾定律計(jì)算簡(jiǎn)單電流分布產(chǎn)生的磁場(chǎng)。磁場(chǎng)的高斯定理（安培環(huán)路定理）03磁場(chǎng)的環(huán)路積分；安培環(huán)路定理的表述和數(shù)學(xué)表達(dá)式；應(yīng)用安培環(huán)路定理計(jì)算磁場(chǎng)分布。磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用04安培力；安培力的計(jì)算和應(yīng)用；磁矩和磁力的關(guān)系。動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生和計(jì)算；感生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生和計(jì)算；動(dòng)生和感生電動(dòng)勢(shì)的區(qū)分。電磁感應(yīng)的應(yīng)用電磁感應(yīng)在電力技術(shù)中的應(yīng)用（如變壓器、發(fā)電機(jī)等）；電磁感應(yīng)在測(cè)量和傳感器中的應(yīng)用（如磁流量計(jì)、磁強(qiáng)計(jì)等）。自感和互感現(xiàn)象自感和自感系數(shù)；互感現(xiàn)象和互感系數(shù)；自感和互感的應(yīng)用。法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律的表述和數(shù)學(xué)表達(dá)式；感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算；楞次定律。電磁感應(yīng)現(xiàn)象應(yīng)用03熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)熱力學(xué)三大定律第一定律（能量守恒）第三定律（絕對(duì)零度）第二定律（熵增原理）能量不能憑空產(chǎn)生或消失，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體；在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中，能量的總量保持不變。在一個(gè)孤立系統(tǒng)中，自發(fā)過程總是朝著熵增的方向進(jìn)行，即系統(tǒng)總熵不會(huì)減少；或者說，不可能把熱量從低溫物體傳導(dǎo)到高溫物體而不引起其他變化。絕對(duì)零度是一個(gè)不可能達(dá)到的溫度，此時(shí)系統(tǒng)的熵達(dá)到最小值；所有純凈的物質(zhì)在絕對(duì)零度下都具有相同的熵值，且為零。氣體由大量不斷運(yùn)動(dòng)、相互碰撞的分子組成；分子間的碰撞是氣體壓強(qiáng)和溫度等宏觀量的微觀解釋。在溫度不變的情況下，氣體的壓強(qiáng)與體積成反比。在體積不變的情況下，氣體的壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度成正比。在相同溫度和壓強(qiáng)下，相同體積的任何氣體都含有相同數(shù)目的分子。氣體動(dòng)理論框架基本假設(shè)玻意耳定律查理定律阿伏伽德羅定律熱機(jī)效率計(jì)算模型卡諾循環(huán)一種理想化的熱機(jī)工作循環(huán)，由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)絕熱過程組成；其效率僅與熱源和冷源的溫度有關(guān)，而與工作物質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。熱機(jī)效率公式熱機(jī)效率限制熱機(jī)效率等于工作物質(zhì)從熱源吸收的熱量與向冷源放出的熱量之差與工作物質(zhì)從熱源吸收的熱量之比；或者等于1減去冷源溫度與熱源溫度之比（絕對(duì)溫度）。由于熱機(jī)在工作過程中不可避免地要損失一部分能量（如摩擦、熱輻射等），因此其效率不可能達(dá)到100%；即使采用最先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)計(jì)，熱機(jī)的效率也只能接近卡諾循環(huán)的效率。12304波動(dòng)光學(xué)原理雙縫干涉當(dāng)光通過兩個(gè)相鄰的小孔或縫隙時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相互干涉，形成明暗相間的干涉條紋。薄膜干涉光在薄膜上下表面反射后，會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，如牛頓環(huán)、半波損失等。邁克爾遜干涉儀利用分振幅法產(chǎn)生雙光束干涉，可精確測(cè)量光波長及微小位移等。干涉現(xiàn)象應(yīng)用干涉現(xiàn)象在光學(xué)測(cè)量、光柵制造、光學(xué)薄膜等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。光的干涉現(xiàn)象解析衍射基本規(guī)律驗(yàn)證惠更斯原理菲涅耳衍射夫瑯禾費(fèi)衍射衍射光柵波前上的每一點(diǎn)都可以看作是一個(gè)新的波源，這些波源的包絡(luò)面就是新的波前。當(dāng)光波通過無限大的光闌時(shí)，在屏上形成的衍射圖樣為夫瑯禾費(fèi)衍射圖樣，特點(diǎn)為中央為亮斑，周圍環(huán)繞著明暗相間的同心圓環(huán)。當(dāng)光波通過有限大小的光闌時(shí)，在屏上形成的衍射圖樣為菲涅耳衍射圖樣，特點(diǎn)為中央亮斑較大，周圍環(huán)繞著明暗相間的復(fù)雜圖樣。利用光的衍射原理，將光波按照一定方向、強(qiáng)度進(jìn)行分割和調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)光的控制和測(cè)量。偏振光產(chǎn)生與檢測(cè)光在振動(dòng)和傳播過程中，光矢量的振動(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚?duì)稱性，稱為偏振?？梢酝ㄟ^反射、折射、散射等方式產(chǎn)生偏振光。偏振光產(chǎn)生偏振片是一種能夠選擇性地吸收或透過某一方向振動(dòng)的光波的器件，可以用來檢測(cè)光的偏振狀態(tài)。偏振片檢測(cè)當(dāng)偏振光通過檢偏器時(shí)，透過的光強(qiáng)與入射光強(qiáng)和檢偏器透振方向之間的夾角的余弦平方成正比。馬呂斯定律偏振光在光學(xué)儀器、光信息處理、光通信等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，如偏振顯微鏡、光隔離器、光調(diào)制器等。偏振光應(yīng)用05近代物理導(dǎo)論時(shí)間膨脹效應(yīng)根據(jù)相對(duì)論，當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速度接近光速時(shí)，其時(shí)間進(jìn)程會(huì)變慢，即運(yùn)動(dòng)物體的時(shí)間相對(duì)于靜止觀察者來說會(huì)延長。質(zhì)能關(guān)系狹義相對(duì)論揭示了質(zhì)量與能量之間的關(guān)系，物體的質(zhì)量隨著其速度的增加而增加，同時(shí)能量也與質(zhì)量相關(guān)聯(lián)，即E=mc2。長度收縮效應(yīng)在相對(duì)論中，物體的長度在運(yùn)動(dòng)方向上會(huì)發(fā)生變化，運(yùn)動(dòng)速度越快，長度越短，這是相對(duì)于靜止觀察者而言的。相對(duì)論時(shí)空觀的基本假設(shè)光速不變?cè)砗拖鄬?duì)性原理，顛覆了經(jīng)典物理學(xué)中的絕對(duì)時(shí)空觀念。狹義相對(duì)論時(shí)空觀量子態(tài)與觀測(cè)量子力學(xué)中的量子態(tài)是指微觀粒子所處的狀態(tài)，觀測(cè)會(huì)導(dǎo)致量子態(tài)的坍縮，即觀測(cè)結(jié)果只能是某個(gè)確定的值，而不是連續(xù)變化的。波粒二象性量子力學(xué)認(rèn)為，微觀粒子既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，這兩種性質(zhì)在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。不確定性原理量子力學(xué)中的不確定性原理表明，微觀粒子的位置和動(dòng)量不能同時(shí)被精確測(cè)量，即測(cè)量一個(gè)量必然會(huì)對(duì)另一個(gè)量產(chǎn)生干擾。薛定諤方程薛定諤方程是量子力學(xué)的基本方程，描述了微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其解即為粒子的波函數(shù)，包含了粒子的所有信息。量子力學(xué)基礎(chǔ)概念原子結(jié)構(gòu)模型演進(jìn)盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型電子云模型玻爾的原子模型原子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代理解盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，認(rèn)為原子由位于中心的原子核和繞核運(yùn)動(dòng)的電子組成。玻爾在盧瑟福模型的基礎(chǔ)上引入了量子化的概念，提出了電子在特定軌道上運(yùn)動(dòng)的原子模型，成功解釋了氫原子光譜。電子云模型是現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)的描述方式，認(rèn)為電子在原子核外以云狀分布，沒有確定的軌道，只是在一定區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的概率較大。隨著量子力學(xué)的發(fā)展，人們對(duì)原子結(jié)構(gòu)有了更深入的理解，包括原子核內(nèi)部的質(zhì)子、中子以及它們之間的相互作用等。06實(shí)驗(yàn)研究方法物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需遵循科學(xué)原理，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果可靠?？茖W(xué)性原則安全性原則實(shí)用性原則創(chuàng)新性原則實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)充分考慮安全因素，采取措施保障實(shí)驗(yàn)人員和設(shè)備的安全。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新思維，嘗試新的實(shí)驗(yàn)方法和手段。典型實(shí)驗(yàn)案例解析力學(xué)實(shí)驗(yàn)如自由落體實(shí)驗(yàn)，通過測(cè)量不同高度下落物體的速度，驗(yàn)證重力加速度的恒定。01熱學(xué)實(shí)驗(yàn)如測(cè)量冰的熔化熱，通過測(cè)量冰熔化成水所吸收的熱量，了解物質(zhì)的熱性質(zhì)。02電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)如測(cè)量電阻率，通過探究電流、電壓與電阻之間的關(guān)系，了解電磁學(xué)的基本規(guī)律。03光學(xué)實(shí)驗(yàn)如雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，通過觀