2024年天津大學高等物理課件

天津大學高等物理課件12024/3/1CATALOGUE目錄課程介紹與教學目標經(jīng)典力學熱學基礎電磁學基礎光學基礎近代物理初步課程總結與拓展延伸22024/3/1課程介紹與教學目標CATALOGUE0132024/3/1天津大學高等物理課程是物理學專業(yè)的重要課程之一，旨在培養(yǎng)學生掌握物理學的基本理論和實驗技能，為后續(xù)的科研和教學工作打下基礎。課程性質(zhì)本課程主要包括經(jīng)典力學、電磁學、熱力學與統(tǒng)計物理、量子力學等核心內(nèi)容，通過系統(tǒng)的理論學習和實驗訓練，使學生掌握物理學的基本概念和原理。課程內(nèi)容天津大學高等物理課程注重理論與實踐的結合，強調(diào)物理思想和方法的培養(yǎng)，鼓勵學生獨立思考和創(chuàng)新實踐。課程特色天津大學高等物理課程概述42024/3/1123通過本課程的學習，學生應掌握物理學的基本理論和實驗技能，了解物理學的前沿領域和發(fā)展動態(tài)。知識目標培養(yǎng)學生運用物理學原理和方法分析解決問題的能力，提高學生的實驗技能和科研能力。能力目標通過本課程的學習，培養(yǎng)學生的科學精神、創(chuàng)新意識和團隊協(xié)作精神，提高學生的綜合素質(zhì)。素質(zhì)目標教學目標與要求52024/3/1教材《高等物理學》（上、下冊），天津大學出版社。參考書目《力學》、《電磁學》、《熱力學與統(tǒng)計物理》、《量子力學》等相關教材及參考書目。同時，鼓勵學生閱讀物理學領域的經(jīng)典文獻和最新研究成果，以拓寬視野和深化理解。教材及參考書目62024/3/1經(jīng)典力學CATALOGUE0272024/3/1質(zhì)點運動學基本概念位置矢量、位移、速度、加速度等質(zhì)點運動的基本方程運動學方程、軌跡方程、速度方程和加速度方程剛體運動學基本概念剛體的平動、轉動和定點轉動等剛體運動的描述方法基點法、瞬心法、角速度和角加速度等質(zhì)點與剛體運動學82024/3/103萬有引力定律描述天體運動的規(guī)律，如行星繞太陽的運動等01牛頓運動定律慣性定律、動量定律和作用與反作用定律02牛頓運動定律的應用求解質(zhì)點和剛體的運動問題，如拋體運動、圓周運動等牛頓運動定律及應用92024/3/1動量守恒定律系統(tǒng)不受外力或所受外力之和為零時，系統(tǒng)總動量保持不變角動量守恒定律系統(tǒng)不受外力矩或所受外力矩之和為零時，系統(tǒng)總角動量保持不變能量守恒定律系統(tǒng)只有保守內(nèi)力做功時，系統(tǒng)總機械能保持不變，即動能和勢能之和保持不變動量、角動量及能量守恒定律102024/3/1熱學基礎CATALOGUE03112024/3/1溫度定義溫度是表示物體冷熱程度的物理量，微觀上來講是物體分子熱運動的劇烈程度。熱量概念熱量是指當系統(tǒng)狀態(tài)的改變來源于熱學平衡條件的破壞，也即來源于系統(tǒng)與外界間存在溫度差時，我們就稱系統(tǒng)與外界間存在熱學相互作用。作用的結果有能量從高溫物體傳遞給低溫物體，這時所傳遞的能量稱為熱量。溫標介紹為了保證溫度量值的統(tǒng)一和準確，需要建立一個衡量溫度的標尺，這個標尺稱為溫標。溫度與熱量概念122024/3/1熱力學第一定律數(shù)學表達式ΔU=W+Q，其中ΔU為內(nèi)能的變化量，W為外界對系統(tǒng)的做功量，Q為系統(tǒng)從外界吸收的熱量。應用舉例熱力學第一定律在熱力學、熱機等領域有廣泛應用，如計算熱機效率、分析熱力學過程等。熱力學第一定律表述熱量可以從一個物體傳遞到另一個物體，也可以與機械能或其他能量互相轉換，但是在轉換過程中，能量的總值保持不變。熱力學第一定律及應用132024/3/1熱力學第二定律表述不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響，或不可能從單一熱源取熱使之完全轉換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響，或不可逆熱力過程中熵的微增量總是大于零。在一個孤立系統(tǒng)中，熵總是趨向于增加，即系統(tǒng)的無序程度總是趨向于增加。熱力學第二定律和熵增原理在熱力學、統(tǒng)計物理等領域有廣泛應用，如分析熱力學過程的方向性、解釋自然現(xiàn)象等。熵增原理表述應用舉例熱力學第二定律與熵增原理142024/3/1電磁學基礎CATALOGUE04152024/3/1描述點電荷間相互作用力的定律，是靜電場的基礎。庫侖定律電場強度電勢與電勢差等勢面與電場線表示電場中某點電場的強弱和方向的物理量，是矢量。電勢是標量，表示電場中某點的電勢能的大小；電勢差則是兩點間電勢的差值，與路徑無關。等勢面是電勢相等的點構成的曲面，電場線則是描述電場分布的曲線。靜電場與電勢概念162024/3/1ABCD穩(wěn)恒電流與電路分析電流與電流密度電流是電荷的定向移動形成的，電流密度則描述單位時間內(nèi)通過單位面積的電荷量?；鶢柣舴蚨砂ɑ鶢柣舴螂娏鞫珊突鶢柣舴螂妷憾桑请娐贩治龅幕A。電阻與歐姆定律電阻表示導體對電流的阻礙作用，歐姆定律則描述電流、電壓和電阻之間的關系。戴維南定理與諾頓定理用于簡化復雜電路的分析方法，可將復雜電路等效為簡單的電源和電阻組合。172024/3/1磁場與電磁感應現(xiàn)象磁場與磁感應強度自感與互感安培環(huán)路定律法拉第電磁感應定律磁場是由磁體或電流產(chǎn)生的特殊物質(zhì)，磁感應強度表示磁場的強弱和方向。描述磁場與電流之間關系的定律，是計算磁感應強度的基本方法。描述磁場變化時產(chǎn)生感應電動勢的定律，是電磁感應現(xiàn)象的基礎。自感是線圈自身電流變化時產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象，互感則是兩個線圈之間相互作用產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象。182024/3/1光學基礎CATALOGUE05192024/3/1光的直線傳播光的反射光的折射透鏡成像幾何光學原理及應用光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播，形成影子、日食、月食等現(xiàn)象。光從一種透明介質(zhì)斜射入另一種透明介質(zhì)時，傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象，遵循折射定律。光在兩種物質(zhì)分界面上改變傳播方向又返回原來物質(zhì)中的現(xiàn)象，遵循反射定律。通過凸透鏡和凹透鏡的成像規(guī)律，了解其在生活中的應用，如放大鏡、望遠鏡等。202024/3/1兩列或幾列光波在空間某些區(qū)域相互加強或相互削弱的現(xiàn)象，揭示了光的波動性。光的干涉光繞過障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象，表明光具有波動性。光的衍射橫波能夠發(fā)生偏振現(xiàn)象，揭示了光是橫波的事實。光的偏振了解各種波動光學器件的原理和應用，如干涉儀、衍射光柵等。波動光學器件波動光學原理及應用212024/3/1量子態(tài)與量子測量介紹量子態(tài)的概念、性質(zhì)以及量子測量的基本原理和方法。量子計算與量子模擬簡要介紹量子計算的基本原理和算法，以及量子模擬在物理學、化學等領域的應用。量子糾纏與量子通信闡述量子糾纏現(xiàn)象及其在量子通信等領域的應用前景。光的量子性愛因斯坦提出的光量子假說解釋了光電效應等現(xiàn)象，揭示了光的量子性。量子光學簡介222024/3/1近代物理初步CATALOGUE06232024/3/1闡述了時間、空間、質(zhì)量和能量之間的相對性，以及光速不變原理。狹義相對論將引力描述為時空的幾何屬性，提出了著名的愛因斯坦場方程。廣義相對論包括邁克爾遜-莫雷實驗、光速不變實驗、質(zhì)能方程驗證等。相對論的實驗驗證相對論簡介242024/3/1量子態(tài)與測量量子態(tài)的疊加原理、測量導致的波函數(shù)坍縮等。量子力學中的基本原理不確定性原理、泡利不相容原理等。波函數(shù)與薛定諤方程描述微觀粒子狀態(tài)的波函數(shù)及其滿足的薛定諤方程。量子力學基本概念252024/3/1

原子核與粒子物理簡介原子核結構質(zhì)子、中子等核子的組成，以及核力的性質(zhì)。放射性衰變α衰變、β衰變和γ衰變的原理及其實例。粒子物理基礎基本粒子分類、相互作用力（電磁力、弱力、強力和引力）及其傳遞粒子。262024/3/1課程總結與拓展延伸CATALOGUE07272024/3/1原子物理與量子力學原子結構、量子力學基本原理、波函數(shù)與薛定諤方程等。光學幾何光學、波動光學、量子光學等光的基本性質(zhì)和行為。電磁學靜電場、穩(wěn)恒電流、磁場、電磁感應等電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律和性質(zhì)。經(jīng)典力學基礎包括牛頓運動定律、動量定理、角動量定理等基本概念和原理。熱力學與統(tǒng)計物理熱力學基本定律、熱力學函數(shù)、相變理論、統(tǒng)計物理基礎等。課程重點內(nèi)容回顧282024/3/1相關領域前沿動態(tài)介紹拓撲物態(tài)與拓撲相變拓撲物態(tài)是近年來凝聚態(tài)物理領域的研究熱點，拓撲相變則是拓撲物態(tài)研究的核心問題之一。高溫超導與非常規(guī)超導高溫超導材料具有廣泛的應用前景，而非常規(guī)超導則是超導領域的研究難點之一。量子計算與量子通信量子計算與量子通信是量子力學與信息科學交叉領域的研究熱點，具有革命性的應用前景。宇宙學與暗物質(zhì)暗能量宇宙學是研究宇宙起源、演化和結構的學科，而暗物質(zhì)和暗能量則是宇宙學研究的重要課題。292024/3/1請討論熱力學第二定律的微觀解