2024年天津大學(xué)高等物理課件

天津大學(xué)高等物理課件12024/3/1CATALOGUE目錄課程介紹與教學(xué)目標(biāo)經(jīng)典力學(xué)熱學(xué)基礎(chǔ)電磁學(xué)基礎(chǔ)光學(xué)基礎(chǔ)近代物理初步課程總結(jié)與拓展延伸22024/3/1課程介紹與教學(xué)目標(biāo)CATALOGUE0132024/3/1天津大學(xué)高等物理課程是物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的重要課程之一，旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握物理學(xué)的基本理論和實(shí)驗(yàn)技能，為后續(xù)的科研和教學(xué)工作打下基礎(chǔ)。課程性質(zhì)本課程主要包括經(jīng)典力學(xué)、電磁學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理、量子力學(xué)等核心內(nèi)容，通過(guò)系統(tǒng)的理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，使學(xué)生掌握物理學(xué)的基本概念和原理。課程內(nèi)容天津大學(xué)高等物理課程注重理論與實(shí)踐的結(jié)合，強(qiáng)調(diào)物理思想和方法的培養(yǎng)，鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考和創(chuàng)新實(shí)踐。課程特色天津大學(xué)高等物理課程概述42024/3/1123通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握物理學(xué)的基本理論和實(shí)驗(yàn)技能，了解物理學(xué)的前沿領(lǐng)域和發(fā)展動(dòng)態(tài)。知識(shí)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理學(xué)原理和方法分析解決問(wèn)題的能力，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和科研能力。能力目標(biāo)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。素質(zhì)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)與要求52024/3/1教材《高等物理學(xué)》（上、下冊(cè)），天津大學(xué)出版社。參考書(shū)目《力學(xué)》、《電磁學(xué)》、《熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理》、《量子力學(xué)》等相關(guān)教材及參考書(shū)目。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生閱讀物理學(xué)領(lǐng)域的經(jīng)典文獻(xiàn)和最新研究成果，以拓寬視野和深化理解。教材及參考書(shū)目62024/3/1經(jīng)典力學(xué)CATALOGUE0272024/3/1質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)基本概念位置矢量、位移、速度、加速度等質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的基本方程運(yùn)動(dòng)學(xué)方程、軌跡方程、速度方程和加速度方程剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)基本概念剛體的平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)等剛體運(yùn)動(dòng)的描述方法基點(diǎn)法、瞬心法、角速度和角加速度等質(zhì)點(diǎn)與剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)82024/3/103萬(wàn)有引力定律描述天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，如行星繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)等01牛頓運(yùn)動(dòng)定律慣性定律、動(dòng)量定律和作用與反作用定律02牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用求解質(zhì)點(diǎn)和剛體的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，如拋體運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)等牛頓運(yùn)動(dòng)定律及應(yīng)用92024/3/1動(dòng)量守恒定律系統(tǒng)不受外力或所受外力之和為零時(shí)，系統(tǒng)總動(dòng)量保持不變角動(dòng)量守恒定律系統(tǒng)不受外力矩或所受外力矩之和為零時(shí)，系統(tǒng)總角動(dòng)量保持不變能量守恒定律系統(tǒng)只有保守內(nèi)力做功時(shí)，系統(tǒng)總機(jī)械能保持不變，即動(dòng)能和勢(shì)能之和保持不變動(dòng)量、角動(dòng)量及能量守恒定律102024/3/1熱學(xué)基礎(chǔ)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(lái)講是物體分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。熱量概念熱量是指當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)的改變來(lái)源于熱學(xué)平衡條件的破壞，也即來(lái)源于系統(tǒng)與外界間存在溫度差時(shí)，我們就稱(chēng)系統(tǒng)與外界間存在熱學(xué)相互作用。作用的結(jié)果有能量從高溫物體傳遞給低溫物體，這時(shí)所傳遞的能量稱(chēng)為熱量。溫標(biāo)介紹為了保證溫度量值的統(tǒng)一和準(zhǔn)確，需要建立一個(gè)衡量溫度的標(biāo)尺，這個(gè)標(biāo)尺稱(chēng)為溫標(biāo)。溫度與熱量概念122024/3/1熱力學(xué)第一定律數(shù)學(xué)表達(dá)式ΔU=W+Q，其中ΔU為內(nèi)能的變化量，W為外界對(duì)系統(tǒng)的做功量，Q為系統(tǒng)從外界吸收的熱量。應(yīng)用舉例熱力學(xué)第一定律在熱力學(xué)、熱機(jī)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，如計(jì)算熱機(jī)效率、分析熱力學(xué)過(guò)程等。熱力學(xué)第一定律表述熱量可以從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體，也可以與機(jī)械能或其他能量互相轉(zhuǎn)換，但是在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，能量的總值保持不變。熱力學(xué)第一定律及應(yīng)用132024/3/1熱力學(xué)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(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響，或不可逆熱力過(guò)程中熵的微增量總是大于零。在一個(gè)孤立系統(tǒng)中，熵總是趨向于增加，即系統(tǒng)的無(wú)序程度總是趨向于增加。熱力學(xué)第二定律和熵增原理在熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，如分析熱力學(xué)過(guò)程的方向性、解釋自然現(xiàn)象等。熵增原理表述應(yīng)用舉例熱力學(xué)第二定律與熵增原理142024/3/1電磁學(xué)基礎(chǔ)CATALOGUE04152024/3/1描述點(diǎn)電荷間相互作用力的定律，是靜電場(chǎng)的基礎(chǔ)。庫(kù)侖定律電場(chǎng)強(qiáng)度電勢(shì)與電勢(shì)差等勢(shì)面與電場(chǎng)線表示電場(chǎng)中某點(diǎn)電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向的物理量，是矢量。電勢(shì)是標(biāo)量，表示電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能的大?。浑妱?shì)差則是兩點(diǎn)間電勢(shì)的差值，與路徑無(wú)關(guān)。等勢(shì)面是電勢(shì)相等的點(diǎn)構(gòu)成的曲面，電場(chǎng)線則是描述電場(chǎng)分布的曲線。靜電場(chǎng)與電勢(shì)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(dòng)形成的，電流密度則描述單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)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(chǔ)。電阻與歐姆定律電阻表示導(dǎo)體對(duì)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(guān)系。戴維南定理與諾頓定理用于簡(jiǎn)化復(fù)雜電路的分析方法，可將復(fù)雜電路等效為簡(jiǎn)單的電源和電阻組合。172024/3/1磁場(chǎng)與電磁感應(yīng)現(xiàn)象磁場(chǎng)與磁感應(yīng)強(qiáng)度自感與互感安培環(huán)路定律法拉第電磁感應(yīng)定律磁場(chǎng)是由磁體或電流產(chǎn)生的特殊物質(zhì)，磁感應(yīng)強(qiáng)度表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向。描述磁場(chǎng)與電流之間關(guān)系的定律，是計(jì)算磁感應(yīng)強(qiáng)度的基本方法。描述磁場(chǎng)變化時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的定律，是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的基礎(chǔ)。自感是線圈自身電流變化時(shí)產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，互感則是兩個(gè)線圈之間相互作用產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。182024/3/1光學(xué)基礎(chǔ)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(xué)原理及應(yīng)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(shí)，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(lái)物質(zhì)中的現(xiàn)象，遵循反射定律。通過(guò)凸透鏡和凹透鏡的成像規(guī)律，了解其在生活中的應(yīng)用，如放大鏡、望遠(yuǎn)鏡等。202024/3/1兩列或幾列光波在空間某些區(qū)域相互加強(qiáng)或相互削弱的現(xiàn)象，揭示了光的波動(dòng)性。光的干涉光繞過(guò)障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象，表明光具有波動(dòng)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(shí)。光的偏振了解各種波動(dòng)光學(xué)器件的原理和應(yīng)用，如干涉儀、衍射光柵等。波動(dòng)光學(xué)器件波動(dòng)光學(xué)原理及應(yīng)用212024/3/1量子態(tài)與量子測(cè)量介紹量子態(tài)的概念、性質(zhì)以及量子測(cè)量的基本原理和方法。量子計(jì)算與量子模擬簡(jiǎn)要介紹量子計(jì)算的基本原理和算法，以及量子模擬在物理學(xué)、化學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)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(lǐng)域的應(yīng)用前景。光的量子性愛(ài)因斯坦提出的光量子假說(shuō)解釋了光電效應(yīng)等現(xiàn)象，揭示了光的量子性。量子光學(xué)簡(jiǎn)介222024/3/1近代物理初步CATALOGUE06232024/3/1闡述了時(shí)間、空間、質(zhì)量和能量之間的相對(duì)性，以及光速不變?cè)?。狹義相對(duì)論將引力描述為時(shí)空的幾何屬性，提出了著名的愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程。廣義相對(duì)論包括邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)、光速不變實(shí)驗(yàn)、質(zhì)能方程驗(yàn)證等。相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相對(duì)論簡(jiǎn)介242024/3/1量子態(tài)與測(cè)量量子態(tài)的疊加原理、測(cè)量導(dǎo)致的波函數(shù)坍縮等。量子力學(xué)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(mǎn)足的薛定諤方程。量子力學(xué)基本概念252024/3/1

原子核與粒子物理簡(jiǎn)介原子核結(jié)構(gòu)質(zhì)子、中子等核子的組成，以及核力的性質(zhì)。放射性衰變?chǔ)了プ?、β衰變和γ衰變的原理及其?shí)例。粒子物理基礎(chǔ)基本粒子分類(lèi)、相互作用力（電磁力、弱力、強(qiáng)力和引力）及其傳遞粒子。262024/3/1課程總結(jié)與拓展延伸CATALOGUE07272024/3/1原子物理與量子力學(xué)原子結(jié)構(gòu)、量子力學(xué)基本原理、波函數(shù)與薛定諤方程等。光學(xué)幾何光學(xué)、波動(dòng)光學(xué)、量子光學(xué)等光的基本性質(zhì)和行為。電磁學(xué)靜電場(chǎng)、穩(wěn)恒電流、磁場(chǎng)、電磁感應(yīng)等電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律和性質(zhì)。經(jīng)典力學(xué)基礎(chǔ)包括牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)量定理、角動(dòng)量定理等基本概念和原理。熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理熱力學(xué)基本定律、熱力學(xué)函數(shù)、相變理論、統(tǒng)計(jì)物理基礎(chǔ)等。課程重點(diǎn)內(nèi)容回顧282024/3/1相關(guān)領(lǐng)域前沿動(dòng)態(tài)介紹拓?fù)湮飸B(tài)與拓?fù)湎嘧兺負(fù)湮飸B(tài)是近年來(lái)凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，拓?fù)湎嘧儎t是拓?fù)湮飸B(tài)研究的核心問(wèn)題之一。高溫超導(dǎo)與非常規(guī)超導(dǎo)高溫超導(dǎo)材料具有廣泛的應(yīng)用前景，而非常規(guī)超導(dǎo)則是超導(dǎo)領(lǐng)域的研究難點(diǎn)之一。量子計(jì)算與量子通信量子計(jì)算與量子通信是量子力學(xué)與信息科學(xué)交叉領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，具有革命性的應(yīng)用前景。宇宙學(xué)與暗物質(zhì)暗能量宇宙學(xué)是研究宇宙起源、演化和結(jié)構(gòu)的學(xué)科，而暗物質(zhì)和暗能量則是宇宙學(xué)研究的重要課題。292024/3/1請(qǐng)討論熱力學(xué)第二定律的微觀解