大学物理 第十五章课件

⼤学物理上册（第五版）重点总结归纳及试题详解第⼗五

章狭义相对论基础

第⼗五章狭义相对论基础

⼀、基本要求1. 理解爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设。

2. 了解洛仑兹变换及其与伽利略变换的关系；掌握狭义相对论中同时的相对性，以及长度收缩和时间膨胀的概念，并能正确进⾏计算。3. 了解相对论时空观与绝对时空观的根本区别。

4. 理解狭义相对论中质量和速度的关系，质量和动量、动能和能量的关系，并能分析计算⼀些简单问题。

⼆、基本内容1.⽜顿时空观

⽜顿⼒学的时空观认为，物体运动虽然在时间和空间中进⾏，但时间的流逝和空间的性质与物体的运动彼此没有任何联系。按⽜顿的说法是“绝对空间，就其本性⽽⾔，与外界任何事物⽆关，⽽永远是相同的和不动的。”，“绝对的，真正的和数学的时间⾃⼰流逝着，并由于它的本性⽽均匀地与任何外界对象⽆关地流逝着。”以上就构成了⽜顿的绝对时空观，即长度和时间的测量与参照系⽆关。2．⼒学相对性原理

所有惯性系中⼒学规律都相同，这就是⼒学相对性原理（也称伽利略相对性原理）。⼒学相对性原理也可表述为：在⼀惯性系中不可能通过⼒学实验来确定该惯性系相对于其他惯性系的运动。3. 狭义相对论的两条基本原理

（1）爱因斯坦相对性原理：物理规律对所有惯性系都是⼀样的，不存在任何⼀个特殊的（例如“绝对静⽌”的）惯性系。

爱因斯坦相对论原理是伽利略相对性原理（或⼒学相对性原理）的推⼴，它使相对性原理不仅适⽤于⼒学现象，⽽且适⽤于所有物理现象。

（2）光速不变原理：在任何惯性系中，光在真空中的速度都相等。

光速不变原理是当时的重⼤发现，它直接否定了伽利略变换。按伽利略变换，光速是与观察者和光源之间的相对运动有关的。这⼀原理是⾮常重要的。没有光速不变原理，则爱因斯坦相对性原理也就不成⽴了。

这两条基本原理表⽰了狭义相对论的时空观。 4. 洛仑兹变换()

--=

'='='--='2222

2

11c u x

c u t t z z y y c u ut x x （K 系->'K 系）

第十三章 光的干涉

13–1 在双缝干涉实验中，两缝分别被折射率为n1和n2的透明薄膜遮盖，二者的厚度均为e，波长为λ的平行单色光垂直照射到双缝上，在屏中央处，两束相干光的位相差

。

解：加入透明薄膜后，两束相干光的光程差为n1e–n2e，则位相差为 ennenen)(2)(22121

13–2 如图13-1所示，波长为λ的平行单色光垂直照射到两个劈尖上，两劈尖角分别为21和，折射率分别为n1和n2，若二者分别形成的干涉条纹的明条纹间距相等，则21,，n1和n2之间的关系是 。

解：劈尖薄膜干涉明条纹间距为

nnL2sin2 （ 很小）

两劈尖干涉明条纹间距相等221122nn，所以

2211nn或1221nn

13–3 用一定波长的单色光进行双缝干涉实验时，欲使屏上的干涉条纹间距变大，可采用的方法是： ； 。

解：因为干涉条纹的间距与两缝间距成反比，与屏与双缝之间的距离成正比。故填“使两缝间距变小；使屏与双缝之间的距离变大。”

13–4 用波长为λ的单色光垂直照射如图13-2示的劈尖膜（n1＞n2＞n3），观察反射光干涉，从劈尖顶开始算起，第2条明条纹中心所对应的膜厚度e = 。

解：劈尖干涉（n1＞n2＞n3）从n1射向n2时无半波损失，产生明条纹的条件为

2n2e = k，k = 0,1,2,3…

在e = 0时，两相干光相差为0，形成明纹。

第2条明条纹中心所对应的膜厚度为k = 1，即2n2e = ，则22ne。

13–5 若在迈克耳孙干涉仪的可动反射镜移动0.620mm的过程中，观察到干涉条纹移动了2300条，则所用光波的波长为 。

解：设迈克耳孙干涉仪空气膜厚度变化为e，对应于可动反射镜的移动，干涉条纹每移动一条，厚度变化2，现移动2300条，厚度变化mm620.022300e，则 = 。

教学日历

周次 阅读主教材 《大学物理》 点播课件 作业：《大学物理习题册》 要求程度

综合练习 交批日期

1 第一章 质点运动学1-2节 大学物理课件 质点运动学 01 质点运动学 第8周 A

2 第一章 质点运动学3-4节 01 02 03

04 A

3 第二章 质点动力学1-2节

质点动力学 02 质点动力学 A

4 第二章 质点动力学 3节 A

5 第三章 守恒定律 1-2节 03 守恒定律 A

6 第三章 守恒定律 3-6节 A

7 第四章 刚体 1-2节 刚体力学基础 04 刚体的定轴转动 A

8 第四章 刚体 3-4节 A

9 第六章 振动学基础 1-3节 振动学基础 06 振动学基础 第12周

06 07 A

10 第六章 振动学基础 4-5节 B

11 第七章 波动学基础 1-2节 波动学基础 07 波动学基础 A

12 第七章 波动学基础 3-5节 B

13 第八章 动理论 1-4节 气体分子 动理论 08 气体分子 动理论 第16周

08 09 B

14 第八章 动理论 6节 B

15 第九章 热力学 1-3节 热力学基础 09 热力学基础 A

16 第九章 热力学 4-7节 B

1 第十章 静电场 1-3节 大学物理课件（本科） 10 第4周 A

2 第十章 静电场 4-6节 静电场（一） 真空中的静电场 10 A

3 第十一章 导体和电介质

1-3节 静电场（二） 11 11 A

4 第十一章 导体和电介质

4-5节 静电场（三） 静电场中的导体和电介质 B

5 第十二章 恒磁场 1-4节 磁场（一） 12 第9周

B 磁场（二） 稳恒电流的磁场 12

6 第十二章 恒磁场 5-9节 磁场（三） 13 A

7 第十三章 电磁感应 1-2节 电磁场（一） 13 A

(完整word)大学物理教案 光的干涉、衍射与偏振

1 教学目标 掌握惠更斯-菲涅耳原理；波的干涉、衍射和偏振的特性,了解光弹性效应、电光效应和磁光效应。

掌握相位差、光程差的计算,会使用半波带法、矢量法等方法计算薄膜干涉、双缝干涉、圆孔干涉、光栅衍射。

掌握光的偏振特性、马吕斯定律和布儒斯特定律，知道起偏、检偏和各种偏振光。

教学难点 各种干涉和衍射的物理量的计算。

第十三章 光的干涉

一、光线、光波、光子

在历史上，光学先后被看成“光线"、“光波”和“光子”，它们各自满足一定的规律或方程，比如光线的传输满足费马原理，传统光学仪器都是根据光线光学的理论设计的。当光学系统所包含的所有元件尺寸远大于光波长时(pk)，光的波动性就难以显现，在这种情况下,光可以看成“光线”，称为光线光学,。光线传输的定律可以用几何学的语言表述，故光线光学又称为几何光学。光波的传输满足麦克斯韦方程组，光子则满足量子力学的有关原理。让电磁波的波长趋于零,波动光学就转化为光线光学，把电磁波量子化，波动光学就转化为量子光学。

二、费马原理

光线将沿着两点之间的光程为极值的路线传播，即

(,,)0QPnxyzds

三、光的干涉

光矢量（电场强度矢量E)满足干涉条件的，称为干涉光。类似于机械波的干涉，光的干涉满足:

222010201020212cos()rrEEEEE

1020212cos()rrEE称为干涉项,光强与光矢量振幅的平方成正比，所以上式可改写为:

1212212cos()rrIIIII (1—1）

与机械波一样，只有相干电磁波的叠加才有简单、稳定的结果，对非干涉光有：

1221,cos()0rrIII

四、 相干光的研究方法

（一)、光程差法

两列或多列相干波相遇，在干涉处叠加波的强度由在此相遇的各个相干波的相位和场强决定。