物理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)講座

物理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)講座目錄物理學(xué)概述力學(xué)基礎(chǔ)熱學(xué)基礎(chǔ)電磁學(xué)基礎(chǔ)光學(xué)基礎(chǔ)量子力學(xué)基礎(chǔ)01物理學(xué)概述03研究范圍從微觀的基本粒子到宏觀的宇宙天體，都是物理學(xué)的研究范圍。01物理學(xué)定義物理學(xué)是研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用及運(yùn)動(dòng)規(guī)律的自然科學(xué)。02研究對象物理學(xué)的研究對象包括物質(zhì)的基本粒子、電磁場、量子力學(xué)、熱力學(xué)系統(tǒng)等。物理學(xué)定義與研究對象古代人們對自然現(xiàn)象的觀察和思考，為物理學(xué)的萌芽奠定了基礎(chǔ)。古代物理學(xué)以牛頓為代表的經(jīng)典物理學(xué)，建立了質(zhì)點(diǎn)和剛體的運(yùn)動(dòng)方程，研究了光、熱、電、磁等現(xiàn)象。經(jīng)典物理學(xué)20世紀(jì)初，相對論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，標(biāo)志著現(xiàn)代物理學(xué)的誕生，愛因斯坦、波爾等物理學(xué)家做出了杰出貢獻(xiàn)?，F(xiàn)代物理學(xué)物理學(xué)歷史發(fā)展及重要人物電子技術(shù)通信技術(shù)能源技術(shù)醫(yī)療技術(shù)物理學(xué)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用01020304物理學(xué)中的電磁學(xué)、量子力學(xué)等理論是電子技術(shù)的基礎(chǔ)，推動(dòng)了現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。光纖通信、衛(wèi)星通信等現(xiàn)代通信技術(shù)都離不開物理學(xué)原理的支持。太陽能、核能等新能源的開發(fā)和利用，都需要物理學(xué)知識(shí)的指導(dǎo)。醫(yī)學(xué)影像學(xué)、放射治療等醫(yī)療技術(shù)也都運(yùn)用了物理學(xué)原理。02力學(xué)基礎(chǔ)01一個(gè)物體在不受外力作用時(shí)，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不會(huì)發(fā)生改變。牛頓第一定律（慣性定律）02物體加速度的大小與作用力成正比，與物體質(zhì)量成反比，方向與作用力方向相同。牛頓第二定律（加速度定律）03任何兩個(gè)物體之間的作用力與反作用力總是大小相等、方向相反、作用在同一條直線上。牛頓第三定律（作用與反作用定律）牛頓運(yùn)動(dòng)定律重力彈力摩擦力力的合成與分解力的種類及性質(zhì)由于地球吸引而產(chǎn)生的力，方向豎直向下。阻礙物體相對運(yùn)動(dòng)的力，方向與物體相對運(yùn)動(dòng)趨勢或相對運(yùn)動(dòng)方向相反。物體發(fā)生彈性形變時(shí)產(chǎn)生的力，方向與形變方向相反。根據(jù)平行四邊形定則或三角形定則進(jìn)行力的合成與分解。物體動(dòng)量的變化等于它所受合外力的沖量。動(dòng)量定理一個(gè)系統(tǒng)不受外力或所受外力之和為零時(shí)，系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變。動(dòng)量守恒定律根據(jù)動(dòng)量守恒定律分析碰撞前后的物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。碰撞問題動(dòng)量定理與動(dòng)量守恒自然界中的一切物質(zhì)都具有能量，能量既不能創(chuàng)造也不能消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。能量守恒定律在只有重力或彈力做功的情況下，物體的動(dòng)能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能總量保持不變。機(jī)械能守恒除重力或彈力之外的力對物體做功時(shí)，物體的機(jī)械能將發(fā)生改變，且等于該力所做的功。功能原理分析各種物理過程中能量的轉(zhuǎn)化與傳遞情況，如熱傳遞、電磁感應(yīng)等。能量轉(zhuǎn)化與傳遞能量守恒定律及應(yīng)用03熱學(xué)基礎(chǔ)

溫度與熱量概念辨析溫度表示物體冷熱的物理量，是熱力學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)物理屬性，而不是一個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)函數(shù)。熱量指在熱力系統(tǒng)與外界之間依靠溫差傳遞的能量，是過程量，不是狀態(tài)量。溫度與熱量的關(guān)系溫度的高低反映了物體內(nèi)部微觀粒子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度，而熱量是熱傳遞過程中轉(zhuǎn)移的那部分內(nèi)能，與過程相聯(lián)系。能量守恒定律在熱力學(xué)中的具體表現(xiàn)，表明在一個(gè)封閉系統(tǒng)中，能量的增加等于該系統(tǒng)內(nèi)能的增加與外界對該系統(tǒng)所做功的和。反映自然界中涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性，即不可逆性。它有多種表述方式，如克勞修斯表述、開爾文表述等。熱力學(xué)第一定律和第二定律熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第一定律熱傳導(dǎo)熱量從高溫物體傳向低溫物體的過程，或在同一物體內(nèi)部由高溫部分傳向低溫部分的過程。對流由于溫度差異引起的流體各部分的相對運(yùn)動(dòng)，使熱量由一處傳到另一處的過程。熱輻射物體由于具有溫度而輻射電磁波的現(xiàn)象，是一種非接觸式的熱量傳遞方式。熱傳導(dǎo)、對流和輻射原理熱機(jī)效率熱機(jī)所做有用功與燃料完全燃燒釋放的熱量之比，表示熱機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。提高熱機(jī)效率的方法改進(jìn)燃燒過程，使燃料更充分燃燒；盡量減小各種熱量損失；在熱機(jī)的設(shè)計(jì)和制造上，采用先進(jìn)技術(shù)；使用時(shí)注意保養(yǎng)，保證良好的潤滑，減小摩擦。熱機(jī)效率及優(yōu)化方法04電磁學(xué)基礎(chǔ)123由靜止電荷產(chǎn)生的電場，具有保守性和無旋性，滿足高斯定理和電場線的連續(xù)性質(zhì)。靜電場由恒定電流產(chǎn)生的磁場，具有有旋性和無源性，滿足安培環(huán)路定律和磁場線的閉合性質(zhì)。靜磁場靜電場和靜磁場都是矢量場，具有疊加性、方向性和空間分布性；但靜電場是有源場，靜磁場是無源場。性質(zhì)比較靜電場和靜磁場概念及性質(zhì)安培環(huán)路定律在磁場中，沿任何閉合路徑的線積分等于該閉合路徑所包圍的各個(gè)電流的代數(shù)和的μ0倍。電流元產(chǎn)生磁場電流元在空間某點(diǎn)產(chǎn)生的磁場大小與該點(diǎn)的位置、電流元的大小和方向有關(guān)，滿足畢奧-薩伐爾定律。無限長直導(dǎo)線產(chǎn)生磁場無限長直導(dǎo)線周圍產(chǎn)生的磁場呈同心圓分布，磁感線方向與導(dǎo)線垂直，滿足右手螺旋定則。010203電流產(chǎn)生磁場規(guī)律（安培環(huán)路定律）電磁波產(chǎn)生與傳播變化的電場和磁場相互激發(fā)，形成電磁波并向遠(yuǎn)處傳播；電磁波在真空中以光速傳播，不需要介質(zhì)。電磁波譜按照頻率從低到高依次為無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線和X射線等；不同波段的電磁波具有不同的特性和應(yīng)用。電磁波應(yīng)用無線電通信、雷達(dá)探測、遙感監(jiān)測、醫(yī)學(xué)診斷與治療、材料加工與改性等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用電磁波技術(shù)。電磁波傳播原理及應(yīng)用利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)電壓變換的電氣設(shè)備；主要由鐵芯和線圈組成，通過改變線圈匝數(shù)比實(shí)現(xiàn)電壓升降。變壓器原理利用磁場對通電導(dǎo)體的作用力使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的電氣設(shè)備；主要由定子和轉(zhuǎn)子組成，通過定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并作用于轉(zhuǎn)子使其轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)原理變壓器廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中的電壓變換和電能傳輸；電動(dòng)機(jī)則廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備中的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。電氣設(shè)備應(yīng)用變壓器、電動(dòng)機(jī)等電氣設(shè)備原理05光學(xué)基礎(chǔ)光線在兩種介質(zhì)的分界面上改變傳播方向又返回到原來介質(zhì)中的現(xiàn)象。反射光線從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象。折射描述了反射和折射現(xiàn)象中光線方向變化的規(guī)律。反射定律和折射定律基于反射和折射原理制成的透鏡、棱鏡等光學(xué)元件。光學(xué)器件幾何光學(xué)基本概念（反射、折射等）光具有波動(dòng)性質(zhì)，表現(xiàn)為干涉、衍射等現(xiàn)象。光的波動(dòng)性干涉衍射光學(xué)儀器的分辨率兩列或多列光波在空間某些區(qū)域疊加時(shí)相互加強(qiáng)或減弱的現(xiàn)象。光波遇到障礙物或穿過小孔時(shí)偏離直線傳播路徑的現(xiàn)象。與光的波動(dòng)性有關(guān)，決定了光學(xué)儀器的成像清晰度。波動(dòng)光學(xué)初步（干涉、衍射等）光波在特定方向上振動(dòng)強(qiáng)弱的現(xiàn)象。光的偏振現(xiàn)象用于產(chǎn)生、檢測或控制偏振光的器件，如偏振片、波片等。偏振器件在光學(xué)通信、液晶顯示等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。偏振光的應(yīng)用散射現(xiàn)象中光的偏振狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化。光的散射與偏振的關(guān)系光的偏振現(xiàn)象和偏振器件微型化與集成化光學(xué)器件向微型化、集成化方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)更高性能的光學(xué)系統(tǒng)。智能化與自動(dòng)化引入人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化?？鐚W(xué)科融合光學(xué)與其他學(xué)科如電子學(xué)、生物學(xué)等融合，形成交叉學(xué)科研究領(lǐng)域。綠色環(huán)保研究環(huán)保型光學(xué)材料和制造工藝，降低光學(xué)技術(shù)對環(huán)境的負(fù)面影響?，F(xiàn)代光學(xué)技術(shù)發(fā)展趨勢06量子力學(xué)基礎(chǔ)微觀粒子具有波動(dòng)性和粒子性微觀粒子如電子、光子等，既表現(xiàn)出波動(dòng)性，如干涉、衍射等現(xiàn)象，又表現(xiàn)出粒子性，如光電效應(yīng)、康普頓散射等現(xiàn)象。德布羅意假說微觀粒子的波動(dòng)性可以用波長來描述，其波長與粒子的動(dòng)量成反比，即波長越短，動(dòng)量越大。微觀粒子波粒二象性概念微觀粒子的位置和動(dòng)量不能同時(shí)被精確測量，其測量精度的乘積不小于一個(gè)常數(shù)，即測量越精確，對另一物理量的擾動(dòng)就越大。不確定性原理如果一個(gè)量子系統(tǒng)可以處于多個(gè)狀態(tài)，那么它也可以處于這些狀態(tài)的線性組合，即疊加態(tài)。在測量之前，系統(tǒng)處于所有可能狀態(tài)的疊加態(tài)中，而測量結(jié)果則使系統(tǒng)塌縮到某個(gè)確定的狀態(tài)上。量子態(tài)疊加原理不確定性原理和量子態(tài)疊加原理薛定諤方程及其求解方法薛定諤方程描述微觀粒子狀態(tài)隨時(shí)間變化的偏微分方程，是量子力學(xué)的基本方程之一。其解即為粒子的波函數(shù)，包含了粒子在空間中的分布和隨時(shí)間的變化信息。求解方法薛定諤方程的求解需要采用數(shù)學(xué)上的偏微分方程求解方法，如分離變量法、傅里葉變換等。對于復(fù)雜系統(tǒng)，還需要采用近似方法或數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行求解。ABCD量子計(jì)算利用量子態(tài)的疊加性和糾纏性，可以實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)