大學(xué)物理下冊(cè)課件演講人：日期:目錄CONTENTS01電磁學(xué)基礎(chǔ)02光學(xué)基本原理03熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理04波動(dòng)與聲學(xué)05近代物理基礎(chǔ)06實(shí)驗(yàn)與物理應(yīng)用01電磁學(xué)基礎(chǔ)靜電場(chǎng)與高斯定理靜電場(chǎng)電荷產(chǎn)生電場(chǎng)，電場(chǎng)線始于正電荷，終止于負(fù)電荷，電場(chǎng)具有大小和方向。02040301高斯定理描述電場(chǎng)線與閉合曲面的關(guān)系，電場(chǎng)線穿出閉合曲面的數(shù)量與曲面內(nèi)電荷的代數(shù)和成正比。電場(chǎng)強(qiáng)度描述電場(chǎng)對(duì)電荷的作用力，與電荷大小無關(guān)，與電場(chǎng)本身性質(zhì)有關(guān)。靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)為零，電荷分布在導(dǎo)體表面，且電場(chǎng)方向與導(dǎo)體表面垂直。恒定磁場(chǎng)與安培環(huán)路定理磁場(chǎng)磁體或電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)線為閉合曲線，磁場(chǎng)具有大小和方向。磁感應(yīng)強(qiáng)度描述磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力，與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直。安培環(huán)路定理描述磁場(chǎng)線與電流的關(guān)系，磁場(chǎng)線圍繞電流形成的環(huán)路，環(huán)路內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度與電流成正比。磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到安培力的作用，力的方向與磁場(chǎng)方向和電流方向垂直。電磁感應(yīng)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，相互激發(fā)形成電磁波。麥克斯韋方程組描述電場(chǎng)和磁場(chǎng)的基本規(guī)律，包括高斯定理、安培環(huán)路定理、法拉第電磁感應(yīng)定律以及電場(chǎng)和磁場(chǎng)的產(chǎn)生關(guān)系。電磁波的傳播特性電磁波在真空中以光速傳播，具有波粒二象性，能夠傳遞能量和信息。法拉第電磁感應(yīng)定律感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通量的變化率成正比，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)總是阻礙原磁通量的變化。電磁感應(yīng)與麥克斯韋方程組0102030402光學(xué)基本原理幾何光學(xué)成像規(guī)律光的直線傳播定律光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播，這是幾何光學(xué)的基礎(chǔ)。反射定律折射定律光線在平滑界面上發(fā)生反射時(shí)，反射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)，且反射光線和入射光線分居法線兩側(cè)，反射角等于入射角。光線從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，會(huì)發(fā)生折射現(xiàn)象，折射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)，且折射光線和入射光線分居法線兩側(cè)，折射角與入射角之間存在一定的關(guān)系。123相干光源只有相干光源才能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，相干光源的頻率相同，振動(dòng)方向相同，相位差恒定。波動(dòng)光學(xué)干涉現(xiàn)象雙縫干涉光通過兩個(gè)相距很近的縫時(shí)，會(huì)在屏幕上形成明暗相間的干涉條紋，這是雙縫干涉現(xiàn)象，干涉條紋的間距與光的波長(zhǎng)、雙縫間距和屏幕到雙縫的距離有關(guān)。薄膜干涉光在薄膜的前后表面反射后相互疊加產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象，常見的薄膜干涉有等傾干涉和等厚干涉兩種。光的衍射與偏振特性光的衍射光在通過小孔、狹縫或遇到障礙物時(shí)，會(huì)偏離直線傳播方向而繞到障礙物后面繼續(xù)傳播的現(xiàn)象稱為光的衍射。衍射的分類按衍射孔徑的大小可分為菲涅耳衍射和夫瑯禾費(fèi)衍射兩種，菲涅耳衍射是孔徑較大時(shí)的衍射現(xiàn)象，夫瑯禾費(fèi)衍射是孔徑較小時(shí)的衍射現(xiàn)象。光的偏振光波在傳播過程中，光矢量的方向和大小有規(guī)則變化的現(xiàn)象稱為光的偏振，按偏振方向可分為自然光和偏振光，偏振光又可分為線偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光。03熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理熱力學(xué)第一定律及應(yīng)用熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱力學(xué)中的應(yīng)用，它表明在一個(gè)熱力學(xué)過程中，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，或從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體。能量守恒定律內(nèi)能是物體內(nèi)部微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)和相互作用所具有的能量，功是能量轉(zhuǎn)化的量度，熱量是熱傳遞過程中內(nèi)能轉(zhuǎn)移的量度。內(nèi)能、功和熱量熱力學(xué)第一定律可以應(yīng)用于各種熱力學(xué)過程，如等溫過程、等壓過程、絕熱過程等，它為我們提供了計(jì)算這些過程中能量轉(zhuǎn)換和傳遞的方法。熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用熵是描述系統(tǒng)無序程度的物理量，它反映了系統(tǒng)內(nèi)部微觀粒子的混亂程度。在孤立系統(tǒng)中，熵總是趨于增加，即系統(tǒng)總是從有序向無序發(fā)展。熵增原理與熱力學(xué)第二定律熵的定義與性質(zhì)熱力學(xué)第二定律有多種表述方式，其中一種是克勞修斯表述，即熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體。另一種表述是開爾文表述，即不可能從單一熱源吸取熱量并全部轉(zhuǎn)化為有用功，而不產(chǎn)生其他影響。熱力學(xué)第二定律的表述熵增原理是自然界中許多過程的方向性原因，如熱傳導(dǎo)、擴(kuò)散、化學(xué)反應(yīng)等。它也為我們提供了一種判斷過程是否可逆的方法，即觀察系統(tǒng)的熵是否增加。熵增原理的應(yīng)用理想氣體的定義與性質(zhì)理想氣體是一種假設(shè)的氣體模型，它具有分子間無相互作用、分子體積可忽略不計(jì)等特性。這種模型在理論上具有重要意義，因?yàn)樗梢院?jiǎn)化問題并方便計(jì)算。麥克斯韋分布律麥克斯韋分布律描述了理想氣體分子速度分布的規(guī)律，即在不同速度區(qū)間內(nèi)分子數(shù)量的比例。它表明，在大量分子中，速度較高的分子和速度較低的分子所占的比例都較小，而速度適中的分子所占的比例最大。壓強(qiáng)與溫度的關(guān)系根據(jù)理想氣體分子動(dòng)理論，氣體的壓強(qiáng)與溫度密切相關(guān)。當(dāng)溫度升高時(shí)，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，碰撞容器壁的頻率和力度增加，從而導(dǎo)致壓強(qiáng)增加。這一關(guān)系由查理定律描述。理想氣體分子動(dòng)理論04波動(dòng)與聲學(xué)機(jī)械波在介質(zhì)中傳播時(shí)，波前會(huì)沿著介質(zhì)不斷向前推進(jìn)，傳播方向與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直。介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)在波傳播過程中會(huì)在其平衡位置附近做振動(dòng)，這種振動(dòng)會(huì)隨波的傳播而傳遞。當(dāng)兩列或多列波在同一介質(zhì)中傳播時(shí)，它們會(huì)相互疊加形成新的波形，遵循波的疊加原理。機(jī)械波在傳播過程中，由于介質(zhì)吸收、散射和反射等因素，能量會(huì)逐漸減弱，波幅逐漸減小。機(jī)械波的傳播特性波前傳播質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)波的疊加波的衰減簡(jiǎn)諧波方程簡(jiǎn)諧波是指質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波傳播方向在同一直線上的波，其振動(dòng)方程可用簡(jiǎn)諧波方程來描述。相位差與波速在簡(jiǎn)諧波中，相位差表示不同質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的先后程度，而波速則表示波在介質(zhì)中傳播的速度，兩者都與波的頻率和介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)。能量傳遞簡(jiǎn)諧波在傳播過程中，能量隨著波的傳遞而傳播，波的能量與波幅的平方成正比。波形與周期簡(jiǎn)諧波的波形呈正弦函數(shù)形狀，其周期表示質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動(dòng)所需的時(shí)間，與波的頻率互為倒數(shù)。簡(jiǎn)諧波方程與能量傳遞01020304聲波的多普勒效應(yīng)公式觀察者接收到的頻率與聲源頻率之差稱為多普勒頻移，它與聲源速度、觀察者速度以及聲速有關(guān)，可用多普勒效應(yīng)公式來描述。多普勒效應(yīng)定義當(dāng)聲源與觀察者之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者聽到的聲音頻率會(huì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。聲波的多普勒效應(yīng)當(dāng)聲源或觀察者相對(duì)于介質(zhì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)使聲波傳播速度發(fā)生變化，從而導(dǎo)致觀察者接收到的聲波頻率發(fā)生變化。聲波的多普勒效應(yīng)應(yīng)用多普勒效應(yīng)在聲學(xué)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，如測(cè)速儀、醫(yī)用超聲波診斷儀等。這些設(shè)備都利用多普勒效應(yīng)來測(cè)量物體的速度或位移。聲波的多普勒效應(yīng)05近代物理基礎(chǔ)狹義相對(duì)論時(shí)空觀相對(duì)論的基本原理狹義相對(duì)論基于兩個(gè)基本假設(shè)，即物理規(guī)律在所有慣性參考系中都是相同的，以及在真空中的光速對(duì)于所有慣性參考系都是不變的。時(shí)間和空間的相對(duì)性質(zhì)能關(guān)系根據(jù)狹義相對(duì)論，時(shí)間和空間不再是獨(dú)立和絕對(duì)的，它們會(huì)受到觀察者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響。這導(dǎo)致了時(shí)間膨脹和長(zhǎng)度收縮等現(xiàn)象。狹義相對(duì)論揭示了質(zhì)量和能量之間的關(guān)系，即著名的E=mc2公式，表示能量（E）等于質(zhì)量（m）乘以光速（c）的平方。123波粒二象性量子力學(xué)中的粒子具有波動(dòng)性和粒子性，即它們?cè)谀承┣闆r下表現(xiàn)為波，在其他情況下表現(xiàn)為粒子。這一假設(shè)由德布羅意提出，并由電子的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。量子力學(xué)基本假設(shè)離散能量量子力學(xué)認(rèn)為，微觀粒子的能量是離散的，不是連續(xù)的。這意味著它們只能處于某些特定的能量狀態(tài)，而不能處于這些狀態(tài)之間的任何狀態(tài)。不確定性原理由海森堡提出的不確定性原理指出，我們無法同時(shí)精確地測(cè)量微觀粒子的位置和動(dòng)量。這意味著微觀粒子的運(yùn)動(dòng)是不確定的，我們無法預(yù)測(cè)它們將在哪里出現(xiàn)。原子結(jié)構(gòu)原子中的電子可以從一個(gè)能級(jí)躍遷到另一個(gè)能級(jí)，這個(gè)過程伴隨著能量的吸收或釋放。當(dāng)電子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)時(shí)，原子會(huì)釋放出光子；反之，當(dāng)電子從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)時(shí)，原子會(huì)吸收光子。這個(gè)過程是光譜分析的基礎(chǔ)。能級(jí)躍遷量子態(tài)與原子光譜每個(gè)原子都有其獨(dú)特的量子態(tài)和能級(jí)結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)決定了原子的光譜特性。通過光譜分析，我們可以了解原子的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。原子由位于中心的原子核和圍繞它運(yùn)動(dòng)的電子組成。原子核帶正電，而電子帶負(fù)電。電子在特定的軌道上運(yùn)動(dòng)，這些軌道被稱為電子殼或能級(jí)。原子結(jié)構(gòu)與能級(jí)躍遷06實(shí)驗(yàn)與物理應(yīng)用電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)利用法拉第電磁感應(yīng)定律，設(shè)計(jì)并驗(yàn)證電磁感應(yīng)現(xiàn)象，包括動(dòng)生和感生電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生條件、方向及大小。電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)通過霍爾效應(yīng)、磁阻效應(yīng)等原理，測(cè)量并研究磁場(chǎng)分布特性，包括磁場(chǎng)強(qiáng)度、方向等。磁場(chǎng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)研究LC振蕩電路、天線輻射等電磁振蕩與輻射現(xiàn)象，掌握電磁波的基本性質(zhì)。電磁振蕩與輻射實(shí)驗(yàn)光學(xué)儀器原理分析顯微鏡原理詳細(xì)分析光學(xué)顯微鏡的成像原理，包括物鏡、目鏡的放大作用及光路圖。分光儀原理介紹分光儀的構(gòu)造和工作原理，重點(diǎn)闡述光柵分光、色散現(xiàn)象及光譜分析方法。干涉與衍射實(shí)驗(yàn)研究光的干