大學(xué)物理下課件——總復(fù)習(xí)量子結(jié)構(gòu)熱力學(xué)第一第二定律

1、 我的目的不是教你們?nèi)绾螒?yīng)付考試，甚至不是讓你們掌握這些知識(shí)，以便更好地為今后你們面臨的工業(yè)或軍事工作服務(wù)。我最希望的是，你們能夠像真正的物理學(xué)家一樣，欣賞到這個(gè)世界的美妙。物理學(xué)家們看待這個(gè)世界的方式，我相信，是這個(gè)現(xiàn)代化時(shí)代真正文化內(nèi)涵的主要部分。也許你們學(xué)會(huì)的不僅僅是如何欣賞這種文化，甚至也愿意參加到這個(gè)人類思想誕生以來最偉大的探索中來。 理查德理查德. .費(fèi)曼費(fèi)曼?復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)第四篇第四篇 振動(dòng)與波動(dòng)振動(dòng)與波動(dòng)一一. . 簡諧振動(dòng)簡諧振動(dòng))sin(0 tAv在在 t = 0 時(shí)刻時(shí)刻0000sincos AvAx 初始條件初始條件1. 1. 運(yùn)動(dòng)方程和振動(dòng)曲線運(yùn)動(dòng)方程和振動(dòng)曲線0dd222

2、 xtx )t(Ax coskxF 2. 2. 特征量特征量 2 Tmk由系統(tǒng)本身決定由系統(tǒng)本身決定1)222max oovx|x|A 2)由初始條件決定由初始條件決定3)Axo cosAvo sin或或 2 Tto由初始條件決定由初始條件決定3 . 3 . 能量能量機(jī)械能守恒機(jī)械能守恒222pk212121kAkxmvEEE 4. 同一直線上同頻率的諧振動(dòng)合成同一直線上同頻率的諧振動(dòng)合成)cos(212212221 AAAAA22112211coscossinsin AAAA arctgA1A2A 1 2 xo解題注意：解題注意：1.1.以振動(dòng)系統(tǒng)的平衡位置為以振動(dòng)系統(tǒng)的平衡位置為坐標(biāo)原點(diǎn)和

3、勢(shì)能零點(diǎn)坐標(biāo)原點(diǎn)和勢(shì)能零點(diǎn)2.2.正確寫出特征量和初始條件正確寫出特征量和初始條件3.3. 盡可能使用旋轉(zhuǎn)矢量法盡可能使用旋轉(zhuǎn)矢量法使求解簡便使求解簡便二二. . 平面簡諧行波平面簡諧行波波波振動(dòng)在空間的傳播，介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的集體效應(yīng)振動(dòng)在空間的傳播，介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的集體效應(yīng)空間、時(shí)間上的周期性空間、時(shí)間上的周期性沿波傳播方向的滯后效應(yīng)沿波傳播方向的滯后效應(yīng)注意注意1.1.特征量特征量 1 T周期：周期：描述波的時(shí)間周期性，由波源決定描述波的時(shí)間周期性，由波源決定波速波速 u由介質(zhì)決定，由介質(zhì)決定， 傳播的是相位和能量傳播的是相位和能量uT 波長：波長：描述波的空間周期性，與波源、介質(zhì)均有關(guān)描

4、述波的空間周期性，與波源、介質(zhì)均有關(guān)2. 2. 波函數(shù)（波動(dòng)方程的積分形式）波函數(shù)（波動(dòng)方程的積分形式）參考點(diǎn)振動(dòng)方程參考點(diǎn)振動(dòng)方程)t(Ayo cos波動(dòng)方程波動(dòng)方程（以原點(diǎn)為參考點(diǎn)）（以原點(diǎn)為參考點(diǎn)）cos )uxt (Ay)xt(A 2cos 注意注意(1) x: 離參考點(diǎn)的距離離參考點(diǎn)的距離cos )uxt (Ay)xt(A 2cos (3)t ,x(yy 跑動(dòng)的波形跑動(dòng)的波形x一定一定)t (yy 振動(dòng)曲線方程振動(dòng)曲線方程t 一定一定)x(yy 波形曲線方程波形曲線方程: 由傳播方向決定由傳播方向決定比參考點(diǎn)相位滯后比參考點(diǎn)相位滯后“-”比參考點(diǎn)相位超前比參考點(diǎn)相位超前“+”(2)3

5、. 波的能量波的能量能流密度能流密度uAI2221 媒質(zhì)元媒質(zhì)元非孤立系統(tǒng)，非孤立系統(tǒng)，E不守恒不守恒同同步步調(diào)調(diào)變變化化kpE,E4. 波的干涉波的干涉相干條件相干條件振動(dòng)方向相同振動(dòng)方向相同頻率相同頻率相同相位差恒定相位差恒定強(qiáng)度分布強(qiáng)度分布 cos22121IIIII干涉項(xiàng)干涉項(xiàng) )rr(12122 強(qiáng)弱條件強(qiáng)弱條件 相相長長k 2 相相消消 )k(12 210,k 5. 5. 駐波駐波形成駐波的條件；形成駐波的條件； 駐波特點(diǎn)；駐波特點(diǎn)；半波損失；半波損失；求駐波方程；求駐波方程； 波腹波腹 、波節(jié)位置、波節(jié)位置三三. 光的干涉、衍射和偏振光的干涉、衍射和偏振1. 干涉和衍射干涉和衍射

6、1) 共同本質(zhì)共同本質(zhì)滿足相干條件的波的疊加滿足相干條件的波的疊加有限個(gè)分立的相干波的疊加有限個(gè)分立的相干波的疊加 干涉干涉無限個(gè)子波相干疊加無限個(gè)子波相干疊加 衍射衍射2) 共同現(xiàn)象共同現(xiàn)象光強(qiáng)在空間非均勻、穩(wěn)定分布光強(qiáng)在空間非均勻、穩(wěn)定分布 cos22121IIIII2sin)(IIo sina a 2a 2 a a I0I0 0 sin雙光束雙光束干涉干涉單縫衍射單縫衍射光柵衍射光柵衍射 sin22sinsinsin)N()(IIo sind ,a sin 212明明 k2暗暗 )k(12 210 ,k21 若若 明明 k暗暗212 )k( 210 ,k3) 3) 明暗紋條件明暗紋條件折

7、折射射率率幾幾何何路路程程光光程程（等等效效真真空空程程） 4 4）典型裝置）典型裝置用于具體問題得出不同計(jì)算式，弄清道理、掌握特點(diǎn)用于具體問題得出不同計(jì)算式，弄清道理、掌握特點(diǎn)楊氏雙縫干涉楊氏雙縫干涉, 2 , 1 , 0 k x dkD 2)12( dDk明明暗暗, 2 , 1 kk k 取值與條取值與條紋級(jí)次一致紋級(jí)次一致Dxd 明明暗暗屏屏21 d DPxx 1r2r1S2S條紋間距：條紋間距：注意條紋的變化和演變注意條紋的變化和演變dDx 費(fèi)涅耳雙鏡、洛埃鏡費(fèi)涅耳雙鏡、洛埃鏡.2sin222122 inne反反:項(xiàng)項(xiàng)2 是否存在由具體情況決定是否存在由具體情況決定pp es ABCD

8、1n2n1nbdhfiac 薄膜等厚干涉薄膜等厚干涉inne22122sin2 透透反射光和透射光明暗互補(bǔ)。反射光和透射光明暗互補(bǔ)。條紋形狀和薄膜等厚線形狀相同。條紋形狀和薄膜等厚線形狀相同。劈尖劈尖單色、平行光垂直入射單色、平行光垂直入射22 ne k2) 12( k明明21、 k暗暗210 、 k= =楞邊處楞邊處 e = 0為為暗暗紋紋,2 ne2 平行于棱邊，明、暗相間條紋平行于棱邊，明、暗相間條紋條紋寬度條紋寬度 nneL2sin2sin 相鄰明（暗）紋對(duì)應(yīng)薄膜厚度差：相鄰明（暗）紋對(duì)應(yīng)薄膜厚度差：L Le ek ke ek+k+1 1 e e 牛頓環(huán)牛頓環(huán)單色平行光垂直入射單色平行

9、光垂直入射22 ne k2)12( k明明321 、 k暗暗210 、 k= = Rre22 條紋為以接觸點(diǎn)為中心的明暗相間的同心圓環(huán)，條條紋為以接觸點(diǎn)為中心的明暗相間的同心圓環(huán)，條紋內(nèi)疏外密紋內(nèi)疏外密r nRk212 nkR 明明321 、 k暗暗210 、 k邁克爾孫干涉儀邁克爾孫干涉儀2 Nd21MM 垂直于垂直于21M/M 等傾干涉等傾干涉12MM 不不嚴(yán)嚴(yán)格格垂垂直直于于21MM 不不平平行行于于等厚干涉等厚干涉單縫夫朗和費(fèi)衍射單縫夫朗和費(fèi)衍射 （半波帶概念）（半波帶概念） sina0 中央明紋中央明紋 明明2)12( k暗暗 k21 ,k平行光垂直入射平行光垂直入射中央明紋中央明紋

10、a 2 其余明紋其余明紋a 衍射條紋角寬度衍射條紋角寬度I屏幕屏幕中央明紋集中大部分能量，明條紋級(jí)次越高亮度越弱中央明紋集中大部分能量，明條紋級(jí)次越高亮度越弱.衍射條紋線寬度衍射條紋線寬度中央明紋中央明紋fax 2其余明紋其余明紋fax fox 2L平行光非垂直入射平行光非垂直入射 sinsinaa sinsinaa a a光柵夫朗和費(fèi)衍射光柵夫朗和費(fèi)衍射 最高級(jí)次最高級(jí)次 dkm 光柵衍射是光柵衍射是N縫干涉和縫干涉和N個(gè)單縫衍射的總效果個(gè)單縫衍射的總效果光柵常數(shù)光柵常數(shù) d),k(kd210sin 光柵公式光柵公式缺級(jí)缺級(jí) kd sin ka sin)2, 1( kkadk 單縫中央明紋區(qū)

11、主明紋條數(shù)：單縫中央明紋區(qū)主明紋條數(shù)：1)(2 ad進(jìn)整進(jìn)整細(xì)窄明亮的主明紋細(xì)窄明亮的主明紋 相鄰主明紋間較寬暗區(qū)相鄰主明紋間較寬暗區(qū)（N-1條暗紋，條暗紋，N-2條次極大）條次極大）白光入射中央零級(jí)主明紋為白色，其余各級(jí)為彩色白光入射中央零級(jí)主明紋為白色，其余各級(jí)為彩色光譜，高級(jí)次重疊光譜，高級(jí)次重疊5） 光學(xué)儀器分辨率光學(xué)儀器分辨率D. 221 D.22111 比比較較空間相干性空間相干性時(shí)間相干性時(shí)間相干性波源線寬度對(duì)干涉條紋的波源線寬度對(duì)干涉條紋的影響，反映擴(kuò)展光源不同影響，反映擴(kuò)展光源不同部分發(fā)光的獨(dú)立性部分發(fā)光的獨(dú)立性xI bBd 波列長度對(duì)干涉條紋波列長度對(duì)干涉條紋的影響，反映原

12、子發(fā)的影響，反映原子發(fā)光的斷續(xù)性光的斷續(xù)性a a 2L2. 2. 光的偏振光的偏振1 1） 光的五種偏振態(tài)光的五種偏振態(tài)2 2） 起偏方法和規(guī)律起偏方法和規(guī)律馬呂斯定律馬呂斯定律 I2oI 20cosI布儒斯特定律布儒斯特定律2arctg12 innio入射光為自然光入射光為自然光入射光為線入射光為線偏振偏振光光每旋轉(zhuǎn)檢偏器一周，出射光每旋轉(zhuǎn)檢偏器一周，出射光兩次最強(qiáng)、兩次最弱，無消光兩次最強(qiáng)、兩次最弱，無消光部分偏振光部分偏振光（或橢圓偏振光）（或橢圓偏振光）光強(qiáng)不變光強(qiáng)不變?nèi)肷涔鉃樽匀还猓ɑ驁A偏振光）入射光為自然光（或圓偏振光）兩次最強(qiáng)、兩次消光兩次最強(qiáng)、兩次消光線偏振光線偏振光3 3）

13、檢偏方法和規(guī)律檢偏方法和規(guī)律第五篇第五篇 量子現(xiàn)象和量子規(guī)律量子現(xiàn)象和量子規(guī)律一一. . 愛因斯坦光子論基本思想愛因斯坦光子論基本思想 hchE NhI hmcp 二二. .關(guān)于光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)的計(jì)算關(guān)于光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)的計(jì)算Amvh 2m21 ohA 2m21mveUa 2sin22 c ocA.0240 守守恒恒、pE三三. . 氫原子光譜及有關(guān)計(jì)算氫原子光譜及有關(guān)計(jì)算里德伯公式：里德伯公式：)11(122nkR , 3, 2, 1 k, 2, 1 kkn17m10097. 1 R玻爾能級(jí)及躍遷公式：玻爾能級(jí)及躍遷公式：, 2, 1eV6 .13121 nEnEE hchEEEkn

14、 四四. . 激光激光愛因斯坦輻射理論愛因斯坦輻射理論自發(fā)輻射自發(fā)輻射受激輻射受激輻射受激吸收受激吸收激光工作原理，激光特點(diǎn)激光工作原理，激光特點(diǎn)激光器組成，各部分功能激光器組成，各部分功能五五. .物質(zhì)波概念，德布羅意公式，不確定關(guān)系物質(zhì)波概念，德布羅意公式，不確定關(guān)系 hmvp hmcE 2 xpx ypy zpz tE六六. .物質(zhì)波波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋物質(zhì)波波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋, ,歸一化條件和標(biāo)準(zhǔn)條件歸一化條件和標(biāo)準(zhǔn)條件1.1.波函數(shù)波函數(shù): :概率幅概率幅2.2.波函數(shù)強(qiáng)度波函數(shù)強(qiáng)度: :*| 2粒子在空間分布的概率密度粒子在空間分布的概率密度3.3.歸一化條件歸一化條件: :1d2 V|

15、標(biāo)準(zhǔn)條件標(biāo)準(zhǔn)條件: :單值、有限、連續(xù)單值、有限、連續(xù)七七. .薛定諤方程薛定諤方程, , 一維無限深勢(shì)阱一維無限深勢(shì)阱 一維定態(tài)薛定諤方程一維定態(tài)薛定諤方程: :02dd222 )UE(mx 一維無限深勢(shì)阱一維無限深勢(shì)阱: :駐駐波波形形式式)axo(axna sin2）32112,n(EnE 22212maE 九九. . 固體能帶結(jié)構(gòu)固體能帶結(jié)構(gòu)導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體能帶特點(diǎn)導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體能帶特點(diǎn)晶體能帶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，每個(gè)角量子數(shù)晶體能帶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，每個(gè)角量子數(shù) 一定的能帶中一定的能帶中 最多容納最多容納l個(gè)電子個(gè)電子Nl)12(2 八八. .原子殼層結(jié)構(gòu)原子殼層結(jié)構(gòu) 描述電子狀態(tài)的四個(gè)量子

16、數(shù)及其物理意義描述電子狀態(tài)的四個(gè)量子數(shù)及其物理意義 泡利不相容原理和能量最小原理泡利不相容原理和能量最小原理 每殼層、支殼層最多容納的電子數(shù)每殼層、支殼層最多容納的電子數(shù)22n)l(122 十十. .重要實(shí)驗(yàn)重要實(shí)驗(yàn)黑體輻射實(shí)驗(yàn)：黑體輻射實(shí)驗(yàn)： 普朗克能量子假說普朗克能量子假說光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)：光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)： 愛因斯坦光子論愛因斯坦光子論康普頓效應(yīng)：康普頓效應(yīng)： 光子論檢驗(yàn)光子論檢驗(yàn)夫蘭克夫蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)：赫茲實(shí)驗(yàn)： 證明能級(jí)存在證明能級(jí)存在戴維孫戴維孫革末實(shí)驗(yàn)：革末實(shí)驗(yàn)： 證明電子的波動(dòng)性證明電子的波動(dòng)性斯特恩斯特恩蓋拉赫實(shí)驗(yàn)：蓋拉赫實(shí)驗(yàn)：證明電子自旋證明電子自旋第六篇第六篇 多粒子體系的熱運(yùn)動(dòng)多

17、粒子體系的熱運(yùn)動(dòng)一一. M-B 統(tǒng)計(jì)在理想氣體中的應(yīng)用統(tǒng)計(jì)在理想氣體中的應(yīng)用1. 兩個(gè)基本概念兩個(gè)基本概念壓強(qiáng)：壓強(qiáng)：tnp 32 溫度：溫度：kTt23 2. 理想氣體狀態(tài)方程：理想氣體狀態(tài)方程：RTMpV nkTp 3. 3. 麥克斯韋分子速率分布麥克斯韋分子速率分布vNN)v(fdd 曲曲線線的的意意義義v)v(f 三種統(tǒng)計(jì)平均速率三種統(tǒng)計(jì)平均速率 RT.mkTvp4112 RT.mkTv6018 RT.mkTv73132 4. 能均分定律能均分定律平衡態(tài)下，物質(zhì)分子在每個(gè)自由度上有相同的平衡態(tài)下，物質(zhì)分子在每個(gè)自由度上有相同的平均動(dòng)能平均動(dòng)能kT21理想氣體內(nèi)能理想氣體內(nèi)能RTiME2

18、 i3 單原子分子單原子分子5 剛性雙原子分子剛性雙原子分子6 剛性多原子分子剛性多原子分子kT)srt (kTi 212k 平均總動(dòng)能平均總動(dòng)能5. 5. 分子平均碰撞頻率和平均自由程分子平均碰撞頻率和平均自由程nvdz22 pdkTndzv22221 二二. . 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律第一類永動(dòng)機(jī)第一類永動(dòng)機(jī)不不能能制制成成)1( 系統(tǒng)與外界相互作用過程遵守能量轉(zhuǎn)換和守恒定律系統(tǒng)與外界相互作用過程遵守能量轉(zhuǎn)換和守恒定律準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程 VpAd理想氣體理想氣體TRiME 2 引入系統(tǒng)狀態(tài)函數(shù)：內(nèi)能引入系統(tǒng)狀態(tài)函數(shù)：內(nèi)能 E EAEQ 定量表示定量表示應(yīng)用應(yīng)用: :卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)

19、121TT 212TTTw 絕熱過程絕熱過程 2121111221112211,TpTpVTVTVpVp 絕熱方程絕熱方程循環(huán)過程循環(huán)過程吸吸凈凈QAQQ 121 2122QQQAQw 0 E凈凈凈凈AQ 等值過程等值過程 （等體、等壓、等溫）（等體、等壓、等溫）RiRCCRiCVpV22;2 iiCCVp2 三三. 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律1. 兩種標(biāo)準(zhǔn)表述兩種標(biāo)準(zhǔn)表述熱機(jī)角度：開爾文表述熱機(jī)角度：開爾文表述制冷機(jī)角度：克勞修斯表述制冷機(jī)角度：克勞修斯表述)w,( 1 第二類永動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī) 是不可能制成的。是不可能制成的。2. 一切實(shí)際發(fā)生的宏觀熱力學(xué)過程都是不可逆的，其一切實(shí)際發(fā)生的宏觀熱力學(xué)過程都是不可逆的，其自發(fā)進(jìn)行總是向著使系統(tǒng)的無序性增加的方向進(jìn)行。自發(fā)進(jìn)行總是向著使系統(tǒng)的無序性增加的方向進(jìn)行。熱力學(xué)概率熱力學(xué)概率引入系統(tǒng)狀態(tài)函數(shù)：熵引入系統(tǒng)狀態(tài)函數(shù)：熵3 .3 .熵熵玻爾茲曼熵公式玻爾茲曼熵公式 lnkS克勞修斯熵公式克勞修斯熵公式 TQSd4.4.熵增加原理熵增加原理孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng)自發(fā)過程自發(fā)過程0 S