文科大物复习课件1

第三章第三章 从静电现象到电磁波从静电现象到电磁波一、电荷的基本性质一、电荷的基本性质电荷有两种：电荷有两种：正电荷正电荷与与负电荷负电荷。同号相斥，异号相吸。同号相斥，异号相吸。电荷守恒定律电荷守恒定律：存在于孤立系统内部的正电荷与负电：存在于孤立系统内部的正电荷与负电荷的代数和恒定不变。荷的代数和恒定不变。二、库仑定律二、库仑定律真空中，两个真空中，两个静止的点电荷静止的点电荷之间相互作用力的大小，之间相互作用力的大小，与它们的电量的乘积成正比，与它们之间距离的平方与它们的电量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。成反比。作用力的方向作用力的方向沿着它们的连线。同号电荷相沿着它们的连线。同号电荷相斥，异号电荷相吸。斥，异号电荷相吸。xyz+q1+q2O令令真空介电常数真空介电常数 真空电容率真空电容率 SI中库仑定律的常用形式中库仑定律的常用形式电量电量q的单位：库的单位：库仑仑符号：符号：C三、奥斯特发现电流磁效应三、奥斯特发现电流磁效应 四、安培提出著名的四、安培提出著名的“磁性起源假说磁性起源假说”一切物质的磁性皆起源于内部的电流，构成磁一切物质的磁性皆起源于内部的电流，构成磁性物质的每个微粒都存在着永不停息的环形电流，性物质的每个微粒都存在着永不停息的环形电流，此环形电流使微粒显示出磁性，此环形电流使微粒显示出磁性，N极和极和S极分布在环极分布在环形电流的两侧。形电流的两侧。安培通过理论研究，提出了计算两载流回路之安培通过理论研究，提出了计算两载流回路之间的相互作用力的方法。对于作用在两载流直导线间的相互作用力的方法。对于作用在两载流直导线的长度为的长度为l的一段上的力为的一段上的力为 其中其中I1和和I2 是两导线中的电流大小，在国际单位制是两导线中的电流大小，在国际单位制中取安培（中取安培（A）为单位。）为单位。d为两平行导线间的距离，为两平行导线间的距离，常量常量 为真空磁导率，为真空磁导率，两平行的无限长载流直导线间的相互作用力两平行的无限长载流直导线间的相互作用力负号表示负号表示I1和和I2同向时为吸力（同向时为吸力（F0）。）。五、创造性的科学思维五、创造性的科学思维磁感线与场概念的引入磁感线与场概念的引入 法拉第法拉第认为：磁感线显示了在磁体周围空间是认为：磁感线显示了在磁体周围空间是物理空间，其中存在物理空间，其中存在“磁场磁场”。利用磁感线在空间。利用磁感线在空间分布的分布的疏密程度疏密程度可以直观地描述可以直观地描述磁场的强弱磁场的强弱。“密密”表示表示“强强”，“稀稀”表示表示“弱弱”。圆电流圆电流螺线管螺线管在磁感线上某点的在磁感线上某点的切线切线方向为该点磁场的方向方向为该点磁场的方向。人们。人们又规定磁场的方向是将小磁针又规定磁场的方向是将小磁针放在该点时，北极所指方向。放在该点时，北极所指方向。长直电流长直电流长直电流周围小磁针的取向长直电流周围小磁针的取向右手定则右手定则 类似地，可用电场线在空间分布的疏密程度来类似地，可用电场线在空间分布的疏密程度来描述电场强弱。某点处的电场方向即为电场线的切描述电场强弱。某点处的电场方向即为电场线的切线方向，且规定为正电荷在该点的受力方向。线方向，且规定为正电荷在该点的受力方向。几种电荷分布的电场线图几种电荷分布的电场线图 电场线的特点：电场线的特点：磁场线的特点：磁场线的特点：无头无尾的闭合曲线无头无尾的闭合曲线与电流套连与电流套连与电流成右手螺旋关系与电流成右手螺旋关系电场线起始于正电荷电场线起始于正电荷(或无穷远处或无穷远处)，终止于负，终止于负电荷电荷(或无穷远处或无穷远处)，不会在没有电荷处中断；，不会在没有电荷处中断；电场线不会形成闭合曲线；电场线不会形成闭合曲线；没有电荷处，任意两条电场线不会相交。没有电荷处，任意两条电场线不会相交。1电荷所受的电场力电荷所受的电场力利用库仑定律，可知利用库仑定律，可知点电荷点电荷在其在其周围某处的周围某处的P点所产生的电场强度点所产生的电场强度 六、带电粒子在电场和磁场中所受的力和场强六、带电粒子在电场和磁场中所受的力和场强 的定义的定义qPq0r电场强度电场强度定义定义:电场中任一点的电场强度，在数值和电场中任一点的电场强度，在数值和方向上等于静止于该点的单位正电荷所受的力。方向上等于静止于该点的单位正电荷所受的力。国际单位制单位：国际单位制单位：N/C 2运动电荷所受的磁场力运动电荷所受的磁场力 在国际单位制中，在国际单位制中，B的单位是特斯拉（的单位是特斯拉（Tesla），用），用符号符号T表示表示 洛仑兹力洛仑兹力方向：右手螺旋法则方向：右手螺旋法则大小：大小：式中式中 为为磁感应强度磁感应强度，由上，由上式可定义磁感应强度大小式可定义磁感应强度大小洛伦兹力洛伦兹力（1）质谱仪质谱仪实际应用：实际应用：质质谱谱仪仪的的原原理理图图测量粒子质量的重要装置测量粒子质量的重要装置回旋周期：回旋周期：回旋频率：回旋频率：回回旋旋半半径径与与粒粒子子速速度度成成正正比比，但回旋周期与粒子速度无关。但回旋周期与粒子速度无关。+qr注意注意在原子核物理和高能物理实验中，用来加速带电粒子在原子核物理和高能物理实验中，用来加速带电粒子（2）回旋加速器回旋加速器习题习题3-2 两个带电粒子运动在均匀磁场中，粒子两个带电粒子运动在均匀磁场中，粒子1所带所带电荷量为电荷量为q1=3.60C，速率为，速率为v1=862m/s，速度方向与，速度方向与磁场方向成磁场方向成90，所受磁场力，所受磁场力F1为为4.2510-3N。粒子。粒子2所所带电荷量带电荷量q2=53.0C，速度，速度v2=1.3103m/s，速度方向，速度方向与磁场方向夹角为与磁场方向夹角为55 ，试求，试求：(a)均匀磁场的磁感应均匀磁场的磁感应强度；强度；(b)作用在带电粒子作用在带电粒子2上的磁场力的大小。上的磁场力的大小。解：解：(a)运动电荷在磁场中所受的力：运动电荷在磁场中所受的力：力的大小：力的大小：则磁感应强度的大小：则磁感应强度的大小：(2)粒子粒子2在磁场中所受的力的大小：在磁场中所受的力的大小：为了定量描述通过导线回路所围面积的磁感线数为了定量描述通过导线回路所围面积的磁感线数目的变化，引入目的变化，引入磁通量磁通量 引入磁通量后，导线回路中感应电流的产生条引入磁通量后，导线回路中感应电流的产生条件归结为：通过导线回路的件归结为：通过导线回路的磁通量发生了变化磁通量发生了变化。七、磁通量七、磁通量 单位：韦伯单位：韦伯(Wb)1 Wb=1 Tm2楞次定律楞次定律是判断感应电流方向的法则：闭合回是判断感应电流方向的法则：闭合回路中产生的感应电流方向，总是使感应电流所产路中产生的感应电流方向，总是使感应电流所产生的磁场生的磁场阻碍阻碍引起感应电流的磁通量的变化。引起感应电流的磁通量的变化。八、楞次定律八、楞次定律 Iab例：流过电阻例：流过电阻R的电流方向如何？的电流方向如何？R解：由左侧电路中的电流在右侧解：由左侧电路中的电流在右侧线圈中产生垂直线圈平面向里的线圈中产生垂直线圈平面向里的磁通量。当滑线变阻器的电阻减磁通量。当滑线变阻器的电阻减小时，电流增大，向里的磁通量小时，电流增大，向里的磁通量增大。根据楞次定律，感应电流增大。根据楞次定律，感应电流产生的磁场阻碍向里的磁通量增大，因此产生向外的产生的磁场阻碍向里的磁通量增大，因此产生向外的磁通量。由右手定则，向外的磁通量由逆时针方向的磁通量。由右手定则，向外的磁通量由逆时针方向的感应电流产生，所以流过电阻感应电流产生，所以流过电阻R的电流方向为的电流方向为a b。引入感应电动势引入感应电动势 比感应电流更能反映电磁感比感应电流更能反映电磁感应现象的本质，应现象的本质，电磁感应定律电磁感应定律为：为：九、法拉第电磁感应定律及其应用九、法拉第电磁感应定律及其应用 当穿过回路所包围面积的磁通量发生变化时，回路当穿过回路所包围面积的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势的大小与穿过回路的中产生的感应电动势的大小与穿过回路的磁通量对磁通量对时间的变化率时间的变化率成正比。成正比。负号负号意味着意味着 总是与磁通量变化的符号相反，总是与磁通量变化的符号相反，说明说明感应电动势的方向总是阻止磁通量变化感应电动势的方向总是阻止磁通量变化。为通过导体回路的磁通量为通过导体回路的磁通量表示间隔表示间隔t时间时间的改变量的改变量=后后前前N为回路线圈的圈数为回路线圈的圈数 的单位：的单位：伏特伏特，用符号，用符号V表示。表示。1V=1 Wb/s一般地一般地例：通一个线圈的磁通量按例：通一个线圈的磁通量按 =(t2-4t)10-1的关系变的关系变化，式中磁通量的单位为韦伯，时间单位为秒，求：化，式中磁通量的单位为韦伯，时间单位为秒，求：t=0和和t=2s时，穿过回路的磁通量和回路中的感应电动时，穿过回路的磁通量和回路中的感应电动势分别是多少？势分别是多少？解：解：t=0 时，时，=(02-4 0)10-1=0(Wb)t=2 s 时，时，=(22-4 2)10-1=0.4(Wb)第四章第四章 光的本性是什么光的本性是什么?一、牛顿的微粒说一、牛顿的微粒说 牛顿认为：牛顿认为：光是发光体所射出的一群微小粒子光是发光体所射出的一群微小粒子，它们一个接着一个地迅速发射出来，以直线行进，它们一个接着一个地迅速发射出来，以直线行进，人们感觉不到相继两个之间的时间间隔。人们感觉不到相继两个之间的时间间隔。牛顿的微粒说能够解释光的牛顿的微粒说能够解释光的直线传播、反射、折直线传播、反射、折射射等现象。等现象。二、惠更斯的波动说二、惠更斯的波动说每一时刻的波前上各点都可看成是新的子波每一时刻的波前上各点都可看成是新的子波源，从它们发出的各个球形子波在下一时刻的共同包源，从它们发出的各个球形子波在下一时刻的共同包络面就是下一时刻的新波前。络面就是下一时刻的新波前。惠更斯原理惠更斯原理 惠更斯在笛卡儿、胡克等人的基础上提出了惠更斯在笛卡儿、胡克等人的基础上提出了光是振动光是振动传播传播的假说。的假说。三、光疏介质与光密介质三、光疏介质与光密介质 光从介质光从介质a以入射角以入射角a进入介质进入介质b，折射角为，折射角为b，则，则斯涅耳定律斯涅耳定律 通常对两种介质而言，通常对两种介质而言，光密介质光密介质：折射率较大的介质，光速较小。：折射率较大的介质，光速较小。光疏介质光疏介质：折射率较小的介质，光速较大。：折射率较小的介质，光速较大。真空中，折射率真空中，折射率n=1，在真空中的光速，在真空中的光速c最大。最大。四、光的全反射四、光的全反射 全反射全反射：一束光：一束光从光密介质进从光密介质进入光疏介质入光疏介质，当入射角大于某临，当入射角大于某临界角时，光将全部反射回来。界角时，光将全部反射回来。应用举例：光纤应用举例：光纤 习题习题4-4 当光从水中出射时（外面是空气），发生全当光从水中出射时（外面是空气），发生全反射的临界角为多大？反射的临界角为多大？解：由斯涅耳定律：解：由斯涅耳定律：当光从水中射入空气中，入射角当光从水中射入空气中，入射角 a cri时，折射角时，折射角b=/2。当。当 a cri时，入射光在水和空气界面上将发时，入射光在水和空气界面上将发生全发射。生全发射。相干条件相干条件相同的频率相同的频率 有稳定的相位差有稳定的相位差 相同的振动方向相同的振动方向 双缝干涉双缝干涉五、双缝干涉五、双缝干涉双双缝缝干干涉涉条条纹纹在原点在原点O 处产生亮条处产生亮条纹纹，其两侧依次产生，其两侧依次产生暗、明相间的条纹，暗、明相间的条纹，两条相邻的亮条纹两条相邻的亮条纹（或暗条纹）的间隔（或暗条纹）的间隔等于等于 六、单缝衍射和单孔衍射六、单缝衍射和单孔衍射 仪器分辨率仪器分辨率1单缝衍射单缝衍射 不同于双缝干涉，不同于双缝干涉，单缝衍射单缝衍射中央亮条纹中央亮条纹特别宽特别宽，集中了约，集中了约90%的光强，近似为的光强，近似为原来单缝的像。原来单缝的像。当波遇到障碍物时，它将当波遇到障碍物时，它将偏离直线传播偏离直线传播，这种现，这种现象叫象叫波的衍射波的衍射。单缝衍射图样单缝衍射图样 当当缝宽比波长小得缝宽比波长小得多多时，衍射图样明显，时，衍射图样明显，而当缝宽比波长大得多而当缝宽比波长大得多时则观察不到衍射图样。时则观察不到衍射图样。2圆孔衍射圆孔衍射菲涅耳圆孔衍射图样菲涅耳圆孔衍射图样衍射图样中第一暗环对小孔中心衍射图样中第一暗环对小孔中心的张角为的张角为波长波长一定时，一定时，d 越小，越小，越大，越大，即光转弯越厉害。即光转弯越厉害。3仪器分辨率仪器分辨率习题习题4-2 设一辆汽车两个头灯之间的距离为设一辆汽车两个头灯之间的距离为1.1m，光，光波长为波长为460nm，人目瞳孔直径为，人目瞳孔直径为5mm，眼球的平均折，眼球的平均折射率为射率为n=1.36，试用公式，试用公式 min=1.22(/nD)，证明人，证明人目刚能分辨远处汽车头灯仍为分开的两个光点时汽车目刚能分辨远处汽车头灯仍为分开的两个光点时汽车的最远距离约的最远距离约L=13000m。证明：人目的最小分辨角为证明：人目的最小分辨角为dL则最远距离：则最远距离：光电效应实验光电效应实验七、光电效应和爱因斯坦的七、光电效应和爱因斯坦的“光子光子”假设假设光电效应光电效应：光照到金属表面时，：光照到金属表面时，电子从金属表面逸出的现象。电子从金属表面逸出的现象。光电效应的本质光电效应的本质：金属内的自：金属内的自由电子，在光的辐射下，吸收光由电子，在光的辐射下，吸收光的能量而逸出金属表面。的能量而逸出金属表面。光电子光电子光电流光电流 光电效应的实验装置光电效应的实验装置经典波动理论解释经典波动理论解释1实验事实实验事实入射光的光强越大，则从金入射光的光强越大，则从金属逸出的光电子的最大初动属逸出的光电子的最大初动能也就越大；能也就越大；光电子的最大初动能光电子的最大初动能随入射光的频率线性随入射光的频率线性增加，而与入射光的增加，而与入射光的强度无关。强度无关。2金属中的电子可连续不断地金属中的电子可连续不断地吸收光的能量，只要光照时吸收光的能量，只要光照时间足够长，其频率再小也总间足够长，其频率再小也总是能够获得足够能量而逸出，是能够获得足够能量而逸出，不应存在截止频率；不应存在截止频率；当当 min，光，光电子会立即从金属表电子会立即从金属表面逸出。面逸出。矛盾矛盾 光的波动说解释不了光电效应的实验规律光的波动说解释不了光电效应的实验规律 爱因斯坦假定光的爱因斯坦假定光的能量是量子化的能量是量子化的，这里的能量子后，这里的能量子后来被称为光量子或来被称为光量子或光子光子。假设其它情况都相同，则。假设其它情况都相同，则逸出逸出金属表面的光电子的数目将正比于入射光的强度金属表面的光电子的数目将正比于入射光的强度。每个光子的能量是与频率每个光子的能量是与频率 成正比成正比 爱因斯坦光电方程：爱因斯坦光电方程：W：逸出功逸出功临界频率（阈频率）临界频率（阈频率）min 使光电流为零的遏止电压使光电流为零的遏止电压U0 普朗克常数：普朗克常数：h=6.626 10-34 J/s 光在传播时显示了波动性，在与物质相互作用而光在传播时显示了波动性，在与物质相互作用而转移能量时显示出了粒子性，转移能量时显示出了粒子性，两者不会同时显示出来两者不会同时显示出来。八、光的波粒二象性八、光的波粒二象性1909年，爱因斯坦明确地提出了年，爱因斯坦明确地提出了光的波粒二象性光的波粒二象性，并，并说这说这“可以被理解为波动理论和微粒说的一种统一可以被理解为波动理论和微粒说的一种统一”。他提出两个著名的关系式：他提出两个著名的关系式：光的波动性用光波的波长和频率描述，光的粒子性用光的波动性用光波的波长和频率描述，光的粒子性用光子的质量、能量和动量描述，光子的质量、能量和动量描述，二者通过普朗克常数二者通过普朗克常数h相联系相联系。第二章第二章 经典力学的建立和发展经典力学的建立和发展一、参考系与坐标系一、参考系与坐标系 运动的描述具有相对性，被选运动的描述具有相对性，被选做参考的物体叫参考系。例如，做参考的物体叫参考系。例如，地面参考系、太阳参考系。地面参考系、太阳参考系。在参考系中可以固定一个坐标系。在参考系中可以固定一个坐标系。xyzOyxzP(x,y,z)二、质点二、质点 忽略物体大小形状，而保留物体总质量和运动特忽略物体大小形状，而保留物体总质量和运动特征，则物体抽象为质点。征，则物体抽象为质点。条件：涉及的距离比物体尺寸大得多，或只有平动。条件：涉及的距离比物体尺寸大得多，或只有平动。三、位矢和运动函数三、位矢和运动函数xyzOP质点位置质点位置P 用位置矢量用位置矢量(位矢位矢)表示表示大小：大小：当当P 点运动时，得运动函数点运动时，得运动函数或或四、速度和速率四、速度和速率速度速度(瞬时速度瞬时速度)：描写质点运动快慢和方向的物理量。：描写质点运动快慢和方向的物理量。速率：速度的大小速率：速度的大小五、加速度五、加速度加速度：表示质点速度变化快慢和方向的物理量加速度：表示质点速度变化快慢和方向的物理量 矢量矢量速度速度 (大小、方向大小、方向)变化变化 加速度加速度如果是一维匀加速运动如果是一维匀加速运动 例例:已知质点的运动函数已知质点的运动函数求求 t在在3s 到到4s 内质点的位移。内质点的位移。解：这是一维运动解：这是一维运动质点的位移：质点的位移：例例:已知质点的运动函数已知质点的运动函数求求 t=3s 时的速度和加速度。时的速度和加速度。解：利用运动函数可以求出任意时刻的速度和加速度解：利用运动函数可以求出任意时刻的速度和加速度t=3s 时的速度和加速度为时的速度和加速度为匀加速运动匀加速运动六、圆周运动六、圆周运动R1.匀速圆周运动匀速圆周运动质点速度：沿切线方向质点速度：沿切线方向加速度只改变速度方向，不改变速度大加速度只改变速度方向，不改变速度大小，方向指向圆心，称为小，方向指向圆心，称为向心加速度向心加速度。大小大小2.变速圆周运动变速圆周运动加速度：加速度：法向加速度法向加速度(向心加速度向心加速度)切向加速度切向加速度合加速度合加速度R七、牛顿运动三定律七、牛顿运动三定律牛顿第二定律牛顿第二定律即运动定律：物体的加速度与它所受的即运动定律：物体的加速度与它所受的外力成正比，与它的质量成反比，方向与所受外力的外力成正比，与它的质量成反比，方向与所受外力的方向相同。方向相同。牛顿第一定律牛顿第一定律即惯性定律：一个不受外力作用的物体，即惯性定律：一个不受外力作用的物体，将保持它的静止或者匀速直线运动状态。将保持它的静止或者匀速直线运动状态。牛顿第三定律牛顿第三定律又称作用和反作用定律：一物体对另又称作用和反作用定律：一物体对另一物体的作用力同时引起另一物体对该物体的反作一物体的作用力同时引起另一物体对该物体的反作用力，作用力和反作用力大小相等、方向相反，并用力，作用力和反作用力大小相等、方向相反，并在同一条直线上。在同一条直线上。八、万有引力定律八、万有引力定律结合结合则则九、动量守恒定律九、动量守恒定律动量守恒定律动量守恒定律：在一个封闭（即不受外力或外力的：在一个封闭（即不受外力或外力的矢量和为零）的力学系统内，在内力作用下总动量矢量和为零）的力学系统内，在内力作用下总动量保持守恒。保持守恒。在系统在系统外力比内力小得多外力比内力小得多的情况下，可以近似地应用的情况下，可以近似地应用动量守恒定律。例如：碰撞、爆炸。动量守恒定律。例如：碰撞、爆炸。例例:质量分别为质量分别为5kg和和10kg的小车由一个被压缩的弹的小车由一个被压缩的弹簧连接，并静止放置于一个无摩擦的桌面上。当弹簧连接，并静止放置于一个无摩擦的桌面上。当弹簧被释放后，质量小的小车获得向左的速度，大小簧被释放后，质量小的小车获得向左的速度，大小为为 8m/s。问质量大的小车的速度是多少？。问质量大的小车的速度是多少？解：以水平向右为正。两解：以水平向右为正。两小车在水平方向不受外力，小车在水平方向不受外力，合外力为零，动量守恒。合外力为零，动量守恒。压缩弹簧使两车分开压缩弹簧使两车分开动量守恒动量守恒质量大的小车速度方向向右，大小为质量大的小车速度方向向右，大小为4m/s。十、功十、功 物体移动了物体移动了 s距离，在此距离，在此过程受力过程受力 的作用，该力做功的作用，该力做功W=F s cos 功是标量，功是标量，90 时功为负，时功为负，=90 时功为零，即力时功为零，即力 不做功。不做功。s用矢量的用矢量的标积标积表示表示单位是焦耳单位是焦耳(J)十一、动能十一、动能重力的功：重力的功：h1h2Oy十二、势能十二、势能1.保守力保守力：如果一个力做的功与物体所经历的路径无关，：如果一个力做的功与物体所经历的路径无关，只与物体的始末位置有关，那么这个力叫保守力。只与物体的始末位置有关，那么这个力叫保守力。保守力做功的这一特点还可表示为：质点运动经一闭保守力做功的这一特点还可表示为：质点运动经一闭合路径，保守力对质点做的功为零。合路径，保守力对质点做的功为零。2.势能势能：对保守力才能够定义势能。对保守力才能够定义势能。h=0(地面地面)为势能零点为势能零点重力势能重力势能万有引力势能万有引力势能r=为势能零点为势能零点x=0(原长原长)为势能零点为势能零点弹簧弹性势能弹簧弹性势能3.保守力的功保守力的功=系统势能增量的负值：系统势能增量的负值：W保守力保守力=Ep即保守力做正功时，系统的势能减少。即保守力做正功时，系统的势能减少。十三、十三、机械能守恒定律机械能守恒定律在保守力场中，机械能（动能和势能之和）保持不变。在保守力场中，机械能（动能和势能之和）保持不变。即在系统内部，动能和势能可以相互转化。即在系统内部，动能和势能可以相互转化。例：重力场中冲击摆的运动；例：重力场中冲击摆的运动；万有引力场中卫星围绕地球的轨道运动；万有引力场中卫星围绕地球的轨道运动；弹簧振子的运动。弹簧振子的运动。一般地，一般地，角动量角动量定义为定义为角动量方向：角动量方向：右手螺旋法则右手螺旋法则角动量大小：角动量大小：十四、角动量十四、角动量十五、角动量守恒十五、角动量守恒 如果物体在运动过程中，受到外力相对于固如果物体在运动过程中，受到外力相对于固定点（或固定轴）的力矩为零，则物体相对该固定点（或固定轴）的力矩为零，则物体相对该固定点（或固定轴）的角动量守恒。定点（或固定轴）的角动量守恒。例：行星绕太阳运动；例：行星绕太阳运动；航天器围绕地球作椭圆轨道运动。航天器围绕地球作椭圆轨道运动。