第13章 波动学基础

第7章气体动理论1.7 对气体状态的描述7.2 气体的压强和温度7.3 能量均分定理7.4 麦克斯韦速率分布律7.5 麦克斯韦 玻耳兹曼分布律7.6 麦克斯韦速率分布律的实验验证7.7 实际气体的状态方程7.8 碰撞及输运过程提要思考题习题第8章热力学基础8.1 热力学第一定律8.2 几个典型过程的分析8.3 循环过程8.4 热力学第二定律8.5 熵、熵增加原理提要思考题习题第9章振动与波动9.1 简谐振动9.2 两个简谐振动的合成9.3 阻尼振动受迫振动共振9.4 简谐波9.5 惠更斯原理9.6 波的叠加干涉驻波9.7 多普勒效应9.8 波动方程和波速提要思考题习题第10章波动光学10.1 光源发光机理和获得相干光的方法10.2 光的干涉10.3 双缝干涉10.4 半波损失的实验验证10.5 厚度均匀薄膜干涉——等倾干涉10.6 劈尖干涉——等厚干涉10.7 光的衍射10.8 夫琅禾费单缝衍射10.9 夫琅禾费圆孔衍射10.10 光栅和光栅衍射10.11 光的偏振10.12 偏振光的干涉提要思考题习题第11章狭义相对论基础11.1 狭义相对论的基本假设11.2 洛伦兹变换11.3 时间延缓和长度收缩11.4 相对论速度变换11.5 相对论动力学基础提要思考题习题第12章量子物理基础12.1 能量子假设12.2 光的粒子性12.3 粒子的波动性和波函数12.4 薛定谔方程粒子的波动性和波函数12.5氢原子理论。

V V(体应变)
P
(4)柔软的绳和弦上横波波速：
ut
T
式中: 为质量线密度； T为绳或弦线中张力。
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§5-2、3 平面简谐行波的波动方程
1. 平面简谐波的运动学方程——波方程 波源和介质中的质点都作简谐振动, 这种波称之为简谐
波，波面为平面的简谐波即为平面简谐波。
设一平面简谐行波在均匀无耗媒质中沿x轴正方向传播, 波速u。用x表示各质点的平衡位置；y表示各质点对平衡位 置的位移。
的传播方向一致。
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2.平面简谐波运动学方程的物理意义
yAcos(t[u x)0]
运动学方程中含有两个变量x和t，它即反映了媒质中各质点 的振动规律，又反映了振动状态的传播规律。
(1)当x=xo(确定值)时，位移y只是时间t的余弦函数:
y A c o t s x u o o A c o t s0 x u 0
线
波面
平面波
球面波
在各向同性均匀介质中，波线与波阵面垂直。
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三.描述波动的解析参量
1.周期T：一个完整波形通过介质中的一点所需的时间=该 点处质元完成一次全振动的时间。
波的周期就是它所传播的振动的周期即波源的振动周期
2.波长: 波线上相位差为2π的两个点之间的距离。
波(振动状态)在一个周期内前进的距离就是一个波长 3. 波速u : 单位时间波(振动状态)所传播的距离。
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注意！ •质元并未“随波逐流” •各质元均在自己的平衡位置附近振动 •传播的是波源的振动状态或者说相位 •沿波传播的方向，各质元相位依次落后
总之, 波动(或行波)是振动状态的传播，是能量的传播， 而不是质点的传播。
2 . 纵波和横波 横波——振动方向与传播方向垂直，如绳中传播的波等。 横波只能在固体中传播，横波的特征是有凸凹的波峰、波谷。

对人的眼睛或感光仪器起作用的是电场强度 E 所以
光波中的振动矢量通常指的是电场强度矢量。
在电磁波中能被人眼所感受的光的波长约在400nm760nm的范围内，对应的频率范围为7.51014～ 4.11014Hz, 这个波段内的的电磁波叫做可见光。
在可见光的范围内不同的频率引起不同的颜色 感觉，大致可分为红 橙 黄 绿 青 蓝 紫七种颜色, 颜 色随波长是连续改变的。
I A2
在波动光学中,主要讨论光波所到之处的相对光照 度. 常把振幅的平方所表征的光照度叫光强度。
I A2
I 应理解为相对强度，其值与所处介质的折射率
有关。
由电磁理论，电磁波的能流密度矢量（坡印廷矢量）为
S EH
电磁波中， E H
0r E 0r H,
因此能流密度的瞬时值为
S E H 0r E 2. 0r
11波动的独立性叠加性和相干性12由单色波叠加所形成的干涉图样13分波面双光束干涉14干涉条纹的可见度光波的时间相干性和空间相干性15菲涅耳公式16分振幅薄膜干涉一等倾干涉17分振幅薄膜干涉二等厚干涉18迈克耳孙干涉仪19法布里珀罗干涉仪多光束干涉110光的干涉应用举例牛顿环在19世纪70年代麦克斯韦发展了电磁场理论从而导致电磁波的发现
检测其在响应时间内的平均值．
可见光振动周期T~10-14秒，人眼响应时间~10-1秒， 灵敏的光检测器响应时间~10-9秒．
1.1.3 机械波的独立性和叠加性
波传播的独立性：两列波在某区域相遇后再分 开，传播情况与未相遇时相同，互不干扰.
波的叠加性：在相遇区，任一质点的振动为二 波单独在该点引起的振动的合成.
1.1.4 干涉现象是波动的特性
波的传播不是介质质元的传播，是振动状态的传播. 结论：干涉图样是波动本性的实验证据。

《大学物理学(A1-A2)》教学大纲学时：144 总学分：8学分理论教学：144（两学期）实验学时：54学时（另开）面向专业：电子信息科学与技术课程代码：BB-2大纲执笔人：姜黎霞大纲审稿人：鲍钢飞一、大纲说明1、教学目的和基本要求：本课程是专业基础课，同时还具有自然科学素质教育的意义，因此，要求学生熟练掌握物理学的基本概念和基本规律，正确认识各种物理现象的本质；还应掌握物理学研究问题的思想方法，能对实际问题建立简化的物理模型，并对其进行正确的数学分析。

通过对本课程的学习，学生应养成科学的思维习惯，并为理解专业知识打下良好的基础。

2、内容提要：本课程分在两个学期内讲授。

前一学期内容分为四部分：第一部分是“力学的物理基础”，包括质点运动的描述方法，质点动力学和刚体定轴转动的基本规律和概念，以及量纲和非惯性系问题的一般处理方法等；第二部分是“分子物理学和热力学”，介绍热平衡态、热量和内能等基本概念，以及气体状态方程、分子的速率分布、热力学基本定律、卡诺定理等；第三部分是“静电场与稳恒电流”，介绍静电场的基本概和基本原理，并讨论导体和电介质在静电场中的基本性质，进而引出电路理论的基本关系式。

后一学期内容分为三部分：第一部分是“磁场与电磁感应、电磁场”，介绍磁场的基本性质，讨论磁场与电流间的联系以及电磁感应现象的物理内涵，进而建立起电磁场的基本概念；第二部分是“波动光学”，从波动的角度认识光的干涉和衍射现象，讨论光的偏振和双折射，由此深化对电磁波基本性质的理解；第三部分是“近代物理学基础”，包括狭义相对论的基本假设和主要结论，量子物理学基础知识，以及激光原理和固体的能带等。

根据实际情况，教学内容的次序可作适当调整。

二、大纲内容第一章质点运动学§1.1 参照系和坐标系质点质点的概念，参考系坐标系，时间和空间，运动方程§1.2 位置矢量位移位矢，位移，速度，加速度，匀速直线运动§1.3 圆周运动圆周运动的切向加速度和法向加速度，圆周运动的角量描述，角量和线量的关系§1.4 曲线运动的矢量形式运动阶家原理，圆周运动的矢量形式，抛体运动的方程的矢量形式§1.5 相对位移和相对速度伽利略变换式，速度变换公式，加速度变换公式本章重点：参照系的概念，位置矢量、位移矢量、速度矢量、加速度矢量及其在不同坐标系中的分量表达式，质点的运动方程，相对运动的概念。