大学物理 西交大版36页PPT

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。

2
匀速圆周运动的实例分析
3
2024/1/29
13
圆周运动
2024/1/29
01
变速圆周运动
02
变速圆周运动的特点和性质
03
变速圆周运动的实例分析
14
相对运动
2024/1/29
01 02 03
参考系与坐标系 参考系的选择和建立 坐标系的种类和应用
15
相对运动
2024/1/29
相对速度与牵连速度 相对速度的定义和计算
2024/1/29
简谐振动的动力学特征
分析简谐振动的动力学特征，包括回复力、加速度 、速度、位移等物理量的变化规律。
简谐振动的能量特征
讨论简谐振动的能量特征，包括动能、势能 、总能量等的变化规律，以及能量转换的过 程。
32
振动的合成与分解
2024/1/29
同方向同频率简谐振动的合成
分析两个同方向同频率简谐振动的合成规律，介绍合振动振幅、合 振动相位等概念。
5
大学物理的研究方法
03
观察和实验
建立理想模型
数学方法
物理学是一门以实验为基础的自然科学， 观察和实验是物理学的基本研究方法，通 过实验可以验证物理假说和理论，发现新 的物理现象和规律。
理想模型是物理学中经常采用的一种研究 方法，它忽略了次要因素，突出了主要因 素，使物理问题得到简化。
数学是物理学的重要工具，通过数学方法 可以精确地描述物理现象和规律，推导物 理公式和定理。
2024/1/29
适用范围
适用于一切自然现象，包括力学、热学、电磁学 、光学等各个领域。
应用举例
热力学第一定律、机械能守恒定律、爱因斯坦的 质能方程等。

电磁感应和电磁波
电磁感应定律
阐述法拉第电磁感应定律和楞 次定律的内容，分析感应电动
势的产生条件和计算方计算方法，分析它们在电路 中的作用。
电磁波的产生和传播
阐述电磁波的产生原理和传播 特点，探讨电磁波在真空和介 质中的传播规律。
电磁波的发射和接收
介绍电磁波的发射和接收过程 ，分析天线的工作原理和性能
牛顿第二定律
物体的加速度与作用力成 正比，与物体质量成反比 ，即F=ma。
牛顿第三定律
作用力和反作用力大小相 等、方向相反，且作用在 同一直线上。
动量定理与动量守恒
动量定理
物体所受合外力的冲量等于物体动量 的变化，即Ft=mv2-mv1。
动量守恒
在不受外力或所受合外力为零的系统 中，系统总动量保持不变。
恒定电流和恒定磁场
电流与电源
欧姆定律
介绍电流的定义、方向和单位，电源的电 动势和内阻等概念。
阐述欧姆定律的表达式及其适用条件，分 析电阻的串联和并联问题。
磁场与磁感应强度
安培环路定律与磁场中的物质
定义磁场和磁感应强度的概念，探讨磁场 线的分布特点，以及磁感应强度的计算方 法。
介绍安培环路定律的表达式及其意义，分析 磁场对电流的作用力，以及磁场中的磁介质 问题。
03
电磁学
静电场
电荷与电场
介绍电荷的基本性质，电场的定义和性 质，以及电场线与等势面的概念。
电场强度与电势
定义电场强度和电势的概念，分析它 们的物理意义和计算方法，探讨电场
强度与电势的关系。
库仑定律
阐述库仑定律的表达式及其适用条件 ，通过实例分析点电荷之间的作用力 。
静电场中的导体和电介质
介绍导体在静电场中的平衡条件，电 介质的极化现象，以及静电场中的能 量问题。

2 m v b
Img
2 m v 2 v2 tg Img π Rg

IT
§4.2 质点系动量定理
P 表示质点系在时刻 t 的动量
i d( m v ) ( F f ) d t 1 1 1 12 f f 0一对内力 12 21 d( m v ) ( F f ) d t f12 2 2 2 21 F1
d E P F i d x
EP C
E
E k F
EP
x1
x2
F F
x
B
3
F
x4
做往复振动
X
质点运动范围：
E E E 0 ( x x )( x ) x )( k p 2 3 4 1 B点： 稳定平衡位置 A、C点：非稳定平衡位置 F 0
四. 功能原理和机械能守恒定律
F ( m m ) g 1 2
( F m g ) k ( x x ) 2 0 1
应用功能原理或机械能守恒定律解题步骤 (1) 选取研究对象。 (2) 分析受力和守恒条件。
判断是否满足机械能守恒条件，如不满足，则应用功能 原理求解。
(3) 明确过程的始、末状态。
需要选定势能的零势能位置。
s1
s2 Βιβλιοθήκη v 和 为下滑过程中 m1和 v 1 2
m2相对于地面的速度 水平方向系统动量守恒
y
v1
m2 v2x
0 m v m ( v ) 2 2 x 1 1
O
v2 m1
R
m v m v 2 2 x 1 1 设t = 0时m2在圆弧顶点,t 时刻滑到最低点,对上式积分,有

Fdt mdv (v u)dm vr u v
Fdt mdv vrdm
dm 与 m 合并前 相对于m 的速度
F
vr
dm dt

m dv (变质量动力学基本方程) dt
• 变质量动力学的应用 —— 火箭的运动方程
t 时刻，火箭质量为 m，速度为 v
v
dt 内火箭喷出速度为u,质量为 – dm 的高温气体
参 考
方
向
速度与角速度的矢量关系式
v

dr

ω
r
dt
加速度与角加速度的矢量关系式
z ω,v
a

dv

d(ω
r)

dt dω

r
dt ω
dr
dt
dt

β

r
ω
v
r' P
Oθ
刚体 r
参
×基点O
考 方
向
瞬时轴
定轴
aτ




r
i1
m

rdm m
xO
r1m1
y
讨论：• 质心矢量与参照系的选取有关，但质心相对于系统内各质
点的相对位置与参照系选取无关
一般形状对称的匀质物体，其质心位于它的几何对称中心
例 已知一半圆环半径为 R，质量为M
求 它的质心位置
解 建坐标系如图 取 dl
dl Rd dm M Rd
πR
x Rcos y Rsin
解
设 t 时刻（地面上有
l 长的绳子）
ml
l m l
L
h
此时绳的速度为

r (t ) x (t )i y (t ) j
r x 2 (t ) y 2 (t ) R
质点做平面 圆周运动
该质点的运动轨迹为一半径为R 的圆周
例三 2014年诺贝尔物理学奖
三位获奖者在发现新型高 效、环境友好型光源，即蓝色 发光二极管（LED）方面做出 巨大贡献。使用LED灯，我们 可以拥有更加持久和更加高效 的灯光代替原来的光源。
特点：体积小（非常轻）；
耗电量低，相同照明效果比 传统光源节能近80%；使用
寿命长，可达6万到10万小
时，比传统光源寿命长10倍 以上；高亮度、低热量；环
二十世纪以来，物理学被公认为全球技术与经济发展的主要驱动力 Quantum Mechanics
能带理论
Computer
信息科学与技术
VLSI、ASIC
Transistor
生物信息与生命科学
例一 2000年诺贝尔物理学奖
授予美国德州仪器公司的J ·S ·基尔比 等三位科学家，表彰他们在移动电话及半
导体研究中获得突破性进展，他们的工作
研究物体的高速运动效应以及动力 学规律
●
Quantum mechanics（近代）
研究微观物质运动现象以及基本运动规律
三. 物理学——研究自然科学的重要基础
●
派生的物理学分支：
等 离 子 体 物 理 学 原 子 核 物 理 学 原 子 分 子 物 理 学 固 体 物 理 学 凝 聚 态 物 理 学 激 光 物 理 学 地 球 物 理 学 生 物 物 理 学 天 体 物 理 学 电 子 物 理 学
二. 物理学理论（五大基本理论）
●
Newtonian mechanics（经典）

三、物理学构成所有自然科学的理论基础
●
物理学是一切自然科学的基础
物理学构成了化学、生物学、材料科学、地球物理学 等学科的基础，物理学的基本概念和技术被应用到所有的 自然科学之中。
●
物理学派生的分支：
等 离 子 体 物 理 学 原 子 核 物 理 学 原 子 分 子 物 理 学
固 体 物 理 学
凝 聚 态 物 理 学
方向：
x y cos , cos r r z cos r
o x
直角坐标系
y
University physics AP Fang
三、运动学方程 ( Equations of motion ) 时刻 1： r r (t )
z
P(t)
时刻 2： r ' r (t t )
mi
Fit r i fit r i ( mi ri 2 )
合内力矩 = 0 刚体的转动惯量 J
合外力矩 M
M J
University physics AP Fang
●
学习的关键：
勤于思考
悟物穷理
经典理论解释氢原子的线状光谱遇到困难
电子绕原子核做圆周运动
辐射电磁波
原子系统的能量逐渐减小
University physics AP Fang
●
学习的方法：从整体上逻辑地、协调地学习物理学，了解 物理学中各个分支之间的相互联系。
刚体绕定轴转动定律
取一质量元 切线方向
Fi fi mi ai

O
Fit fit mi ait
ri
fi
Fi
对固定轴的力矩 Fit ri fit ri mi ait ri mi ri 2 对所有质元

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。

5. 正晶体、负晶体
o 光: no
o光沿不同方 v o t 向的传播速 率相同，其 波面是球面
·
o光
·
o 光的 主平面
光轴
e光
e 光的 主平面
(e 光振动在 e 光主平面内)
c ( o 光主折射率) vo
光轴


e
e光沿不同方向 的传播速率不 相同，其波面 是以光轴为轴 的旋转椭球面
c 光: ne ( e 光主折射率) ve
光轴 v o t
v e t
12
正晶体
vo ve
no ne
光轴
负晶体
光轴
vo ve
no ne
v o t

v e t

( 平行光轴截面 )
( 平行光轴截面 )
ve
vo
( 垂直光轴截面 )
ve
vo
( 垂直光轴截面 )
13
二. 单轴晶体中的波面 ( 惠更斯作图法[ve>vo] )

ib ib



线偏振光


3
§14.13 晶体的双折射现象
一. 双折射现象
1. 双折射 双折射现象 一束光入射到 各向异性的介质后出现两束 线偏振折射光线的现象。 2. 寻常光和非寻常光 两折射光线中有一条始终在入 射面内，并遵从折射定律，称 为寻常光，简称 o 光
n1
n2
方解石
R2 R1
s
i
o
e
e
o光 e光
o光
e光
另一条光一般不遵从折射定律，称非常光，简称 e 光
4
双折射会映射出双像：

例 两个静质量都为 m0 的粒子，其中一个静止，另一个以 v0 = 0.8 c 的速度运动，它们对心碰撞以后粘在一起。
求 碰撞后合成粒子的静止质量。 解 取两粒子作为一个系统，碰撞前后动量、能量均守恒，设碰 撞后合成粒子的静止质量为 M0 ，运动质量为 M ，运动速度 为 V ，则 2 2 2
mc m c Mc m v 0 MV 0 0
火箭质量可近视为不变。
解题思路 实际问题中当物体作趋近于光速的高速运动时，一定要用相 对论动力学的公式，求解相对论动力学问题的关键在于理解 和掌握下列几个最重要的结论： m0 m 相对论质量 v2 1 2 c
相对论动量
mv p v2 1 2 c
2 Emc
相对论能量 相对论动能
故
v v 1 1 2 u c
2
2u v vA u2 1 2 c 2 v v u 或 2 20 u cv
取正号代入
m (v )
m0 v2 1 2 c
m m 0u m (v) 0 v u v 1 u
—— 相对论的质速关系
m(v): 相对论质量;
m0 : 静止质量
v x u vx u 1 2 v x c
质量应与物体运动有关
m m v
相对论质量 m m v 经典力学中：物体质量恒定.
恒力下：v∝t
没有上限.
v c
实验证明,电子在恒力作用下被 加速到接近光速时,速度不再线 性增加,且不能超越光速. 狭义相对论从理论上可以证明
t v
相对论的质速关系
2 2 m m / 1 v / c 0
讨论 (1) 当v << c 时， 0, m = m0 —— 退化到牛顿力学 (2) 质速曲线 当v =0.1 c 当v =0.866 c m 增加 0.5%