大学物理A讲义
大学物理A(下) ppt课件
1.试验电荷
电量足够小
2.实验
Q
q0 P
•
在电场中： F1 =
q1
F
F2 q2
=
E
场源电荷Q
3.定义
E
F
物理 意义
电子电量
e
带电体电量 q=ne, n=1,2,3,...
电荷的这种只能取离散的、不连续的量值的
性质，叫作电荷的量子化。电子的电荷e称为
基元电荷，或电荷的量子。
1986年国际推荐值 e 1 .60 12 7 3(4 7 3) 9 1 1 0 C 9
近似值
e1.60 121 0C 9
盖尔—曼提出夸克模型 : 1 e 2 e
F21
k
q1q2 r2
F21k F21
电荷q2对q1的作用力F12 q 1
q2
F12kqr1q22r102
F12
r
r12
0 真空中的电容率（介电常数）
k 1
4 0
08 .8 5 1 1 0 C 22N 1 m 2
讨论：
v F
1
40
q1q2 r2
evr
(1) 静电力：大小、方向、作用点;
5.1 电荷
q3 受的力：
F f1 f2 q 2
对n个点电荷：
r1
F F i1 F iF 2 i.4 1. 0F q. rn 0iq 2i. r i0 ..f1
对电荷连续分布的带电体
dF
q0dq
r0
40r2
FQ4q0d0qr2r0 Q
dq
库仑定律
q1 q 3 r2
f2
教学计划
第五版教材（58+机动2）
大学物理第15章a光的衍射课件
(a+b)(sin sin0 )=k k=0,±1, ±2, ±3 ···
2、暗纹条件 暗条纹是由各缝射出的衍射光因干涉相消形成的。
( a b ) sin ( k n )
N
k 0,1,2,
k — 主极大级数 N — 光栅缝总数
n为正整数 n 1,2,N 1
在两个相邻主极大之间， 分布着N-1条暗条纹和N-2条次级明条纹。
缺级条件:
光栅衍射加强条件：
(a b)sin k
单缝衍射极小条件: a sin k '
两式相比得
缺级条件: a b k (式中k和k必须为整数) a k'
缺级级数为： k a b k a
(k 1, 2,3 )
当 a b k 4时 a k'
谱线中的第 –8、 – 4、4、8级条纹缺级。
b a
不透光缝宽度 b
d
光栅常数:
d a b
f
单缝的夫琅和费衍射图样，不随缝的上下移动而变化。 衍射角相同的光线，会聚在接收屏的相同位置上。
如果让平行光照射整个光栅，那么每个单缝在 屏上所产生的振幅情况是完全一样的。在单缝的情 况下振幅为零的地方迭加起来的合振幅仍为零。但 振幅不为零的地方，其位置仍没有变，但振幅变大 了，光强变大了。
个单缝上。如果所用的单缝的宽度a=1mm，缝后紧挨
着的薄透镜焦距f=100cm，求：(a)第一级暗纹到衍
射图样中心的距离；(b)中央明条纹的角宽度；
(c)中央亮纹的线宽度。
解： (a)
a sin0
atg0
a
x f
一级暗纹条件
x f 10010 5000107 mm 0.5mm
大学物理A层次-第七章统计物理初步
统计分布的分类
根据微观粒子系统的不同特性 和条件，统计分布可以分为玻 尔兹曼分布、费米分布、玻色 分布等。
涨落的概念
涨落的定义
涨落是指微观粒子系统在某些物 理量上的随机偏离其平均值的现 象，是统计物理中研究的重要问 题之一。
涨落的来源
在平衡态下，系统各个可能的微观状态出现的概率相等。
分布函数与概率密度
分布函数描述系统处于某个宏观状态的概率，而概率密度则描述系统处于某个微观状态的概率。通过概 率论的方法，可以推导出各种分布函数和概率密度的表达式，进而研究系统的统计性质。
03
热力学基础
热力学的基本概念
01
02
03
04
温度
描述物体热状态的物理量，是 物体分子热运动的平均动能的 标志。
热量
在热传递过程中，物体之间内 能的转移量。
内能
物体内部所有分子热运动的动 能和分子势能的总和。
热力学系统
由大量相互作用的粒子组成的 宏观物体，简称系统。
热力学的基本定律
热力学第零定律
如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡 。
热力学第一定律
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转 换过程中，能量的总值保持不变。
热传导
通过统计物理方法，可以研究固体中的热传导机制，如声子热传 导和电子热传导。
相变
统计物理对于理解固体中的相变现象非常重要，如熔化、凝固和 升华等。
统计物理在液体物理学中的应用
液体结构
统计物理方法可用于研究液体的微观结构和分子间的 相互作用。
大学物理-运动学
r τ
o x
P(r, • ϕ ,θ )
θ r ϕ
x
直角坐标系
y
o
自然坐标系
y
球坐标系
第1章
质点运动学
大学物理A 大学物理A教案
§1.2 质点运动的描述
1.位置矢量（位矢或矢径） 1.位置矢量（位矢或矢径）(position vector) 位置矢量 从坐标原点O出发 出发， v 从坐标原点 出发，指向质点所在 z
以下情况的实物均可以抽象为一个质点： 以下情况的实物均可以抽象为一个质点：
研究问题中, ① 研究问题中,物体的形状 和大小可以忽略不计 ② 物体上各点的运动情况 相同(平动 平动) 相同 平动 ③ 各点运动对总体运动影 响不大
第1章
质点运动学
大学物理A 大学物理A教案
2 参考系 和 坐标系
• 物体运动具有绝对性 • 描述物体运动具有相对性
z
A
v v
v ∆r
B
所在处的切线方向。 所在处的切线方向。 速度的坐标分量式
r v dr dx r dy r dz r v= = i + j + k dt dt dt dt
v rA
o x
v rB
y
v v v v v = vxi + vy j + vzk
第1章 速度的三个分量： 速度的三个分量：
质点运动学
v v v v v v i ⋅ i = j ⋅ j = k ⋅ k =1 v v v v v v i ⋅ j = j ⋅k = k ⋅i =0
标积的坐标分量式
v v A⋅ B = AxBx + AyBy + Az Bz
(3) 两矢量叉乘（矢积） 两矢量叉乘（矢积）
大学物理A课程教学大纲
《大学物理A》课程教学大纲课程编号：150110、150111课程性质：学科基础课先修课程：高等数学学分：7.0 总学时数：112理论：112 实验：上机：课外适合层次：本科适合专业：工科各专业一、课程的目的及任务1、培养学生掌握大学物理的基本概念，基本规律和基本计算技巧，了解物理学在生产技术中的应用。
培养学生自学和阅读科技文献资料的能力。
2、通过了解理想的物理模型，使学生初步掌握建立物理模型的一般方法，并能利用适当的数学工具分析、简化和解决一般难度的物理问题。
3、为学生的专业学习和参加工程实践打下物理基础。
4、培养学生实事求是的科学态度和辩证唯物主义的世界观。
二、理论教学内容（一）绪论1、物质与运动，物理学的研究对象。
2、物理学与哲学的关系。
3、物理学与科学技术及现代化的关系。
（二）力学1、质点运动学：参照系，质点。
△★位置矢量，速度与加速度。
圆周运动，曲线运动，相对运动。
2、质点动力学：△牛顿运动定律及其应用举例。
力学单位制和量纲，惯性系和非惯性系。
△动量定理及动量守恒定律，功与能，动能定理，保守力的功，★势能。
△★功能原理，机械能守恒定律。
能量转化与守恒定律。
3、刚体力学基础：刚体的定轴转动及其描述，转动惯量，△转动定律。
△角动量，冲量矩，△★角动量定理及角动量守恒定律。
△动能定理。
机械能守恒定律。
4、狭义相对论：伽利略变换及经典力学时空观。
△狭义相对论的基本假设。
△★洛仑兹变换，狭义相对论时空观。
相对论动力学简介。
（三）机械振动机械波1、机械振动：△简谐振动，简谐振动的运动方程，简谐振动的速度和加速度。
★参考圆与旋转矢量法。
简谐振动的能量，阻尼振动，受迫振动，共振。
★简谐振动的合成，李萨如图形。
2、机械波：机械波的产生与传播，描述波的物理量。
△★平面谐波的波动方程。
★波的能量和能量密度。
惠更斯原理。
△波的叠加原理，波的干涉。
驻波，波的衍射，多普勒效应。
（四）热学1、气体动理论：气体动理论的基本概念，气体的状态参量，平衡态。
大学物理a教案
课时：2课时教学目标：1. 理解牛顿运动定律的基本概念和意义；2. 掌握牛顿第一定律、第二定律和第三定律的内容和公式；3. 培养学生运用牛顿运动定律解决实际问题的能力。
教学重点：1. 牛顿第一定律的内容和意义；2. 牛顿第二定律的内容、公式及其应用；3. 牛顿第三定律的内容和意义。
教学难点：1. 牛顿第一定律的推导过程；2. 牛顿第二定律公式的推导和应用；3. 牛顿第三定律的推导和应用。
教学过程：一、导入1. 通过演示实验，让学生观察物体的运动情况，提出问题：物体的运动状态是如何改变的？2. 引导学生回顾初中物理中关于力的知识，引出牛顿运动定律。
二、新课讲授1. 牛顿第一定律：（1）内容：一切物体在没有受到外力作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。
（2）意义：揭示了惯性的概念，是牛顿运动定律的基础。
（3）推导过程：通过实验观察和逻辑推理得出。
2. 牛顿第二定律：（1）内容：物体的加速度与作用在它上面的外力成正比，与它的质量成反比，加速度的方向与外力的方向相同。
（2）公式：F = ma（3）推导过程：通过实验观察和数学推导得出。
3. 牛顿第三定律：（1）内容：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反，作用在同一直线上。
（2）意义：揭示了力的相互性。
（3）推导过程：通过实验观察和逻辑推理得出。
三、课堂练习1. 应用牛顿第一定律分析物体的运动状态；2. 应用牛顿第二定律计算物体的加速度、速度和位移；3. 应用牛顿第三定律分析两个物体之间的相互作用力。
四、课堂小结1. 回顾牛顿运动定律的基本概念和意义；2. 强调牛顿运动定律在物理学习和生活中的重要性。
五、布置作业1. 复习牛顿运动定律的相关知识；2. 应用牛顿运动定律解决实际问题。
教学反思：1. 通过实验和演示，激发学生的学习兴趣，提高课堂效果；2. 注重引导学生思考，培养学生的逻辑思维能力；3. 加强课堂练习，提高学生的应用能力。
大学物理学A(角动量守恒定律)
右边 ω dJ = ω d ( 1 ml 2 + mr 2 ) = 2mrω dr
dt dt 12
dt
联立解得
dr dt
= g cos ωt = 7lg cos(12v0 t)
2ω
24 v0
7l
35/39
【总结1】刚体定轴转动规律总结
刚体定轴转动的角动量
L = Jω
刚体定轴的转动定律
M = J dω = Jα dt
=Fr sinα ⋅ dθ = Mdθ
∫ 总功 W = θ 2 M dθ θ1
oO
ϕ
dr α r
x
18/39
角动量守恒定律
3
刚体定轴转动
四、转动惯量和转动动能
刚体内部质量为 Δmi 的质量元的速度为 vi = riω
动能为
1 2
Δmi vi2
刚体定轴转动的总能量（转动动能）
Ek
=
1 2
Δm1v12
【引子】陀螺和陀螺仪（回转仪gyroscope）
【引子】IPhone 4内置回转仪
陀螺
1/39
三轴陀螺仪
苹果iPhone 4三轴陀螺示意图 iPhone 4MEMS（微电机系统）陀螺仪芯片
2/39
大学物理学
College Physics
角动量守恒定律
教学内容：角动量守恒定律（4时）
角动量守恒定律 z质点角动量守恒定律 z质点系角动量守恒定律 z刚体角动量守恒定律 【A1.8】【B1.9】【A1.10】 对应教材3-1、3-2 作业：P1053-10；3-11
∫ ∵W in = 0,
W ex =
θ
Mdθ
θ0
Ek
《大学物理A》教学大纲
《大学物理A》教学大纲一、课程基本信息课程名称：大学物理 A课程类别：必修课程学分：具体学分课程总学时：具体学时授课对象：适用专业先修课程：高等数学二、课程性质、目的和任务大学物理 A 是高等院校理工科各专业学生一门重要的必修基础课程。
本课程旨在使学生熟悉自然界物质的结构、性质、相互作用及其运动的基本规律，为后续专业课程的学习以及将来从事科学研究和工程技术工作打下坚实的物理基础。
通过本课程的学习，学生应达到以下目标：1、掌握物理学的基本概念、基本理论和基本方法，能够运用所学知识分析和解决简单的物理问题。
2、培养学生的科学思维能力和创新意识，提高学生的科学素养和综合能力。
3、了解物理学在现代科学技术和社会发展中的应用，激发学生对科学的兴趣和探索精神。
三、课程教学内容及要求（一）力学1、质点运动学（1）理解质点、参考系、坐标系等基本概念。
（2）掌握位置矢量、位移、速度、加速度等物理量的定义及计算。
（3）熟练掌握质点运动学方程的建立及求解。
2、质点动力学（1）掌握牛顿运动定律的内容及应用。
（2）理解惯性系和非惯性系的概念，掌握惯性力的计算。
（3）掌握功、功率、动能、势能等概念及计算，熟练掌握动能定理和机械能守恒定律的应用。
3、刚体的定轴转动（1）理解刚体的概念，掌握刚体定轴转动的运动学描述。
（2）掌握转动惯量的概念及计算，熟练掌握刚体定轴转动定律和角动量守恒定律的应用。
（二）热学1、气体动理论（1）理解理想气体的模型，掌握理想气体状态方程。
（2）掌握压强和温度的微观本质，了解能量均分定理。
（3）掌握麦克斯韦速率分布律。
2、热力学基础（1）掌握热力学第一定律的内容及应用，理解热功转换的关系。
（2）掌握热力学第二定律的两种表述，了解熵的概念及熵增加原理。
（三）电磁学1、静电场（1）掌握库仑定律、电场强度的定义及计算。
（2）熟练掌握高斯定理的应用，理解电场线和电通量的概念。
（3）掌握电势的定义及计算，了解电场强度与电势的关系。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
§17.1 气体分子热运动的描述 一般气体分子热运动的概念：
分子的密度 31019 个分子/cm3；
分子之间有一定的间隙，有一定的作用力； 分子热运动的平均速度约 v = 500m/s ； 分子的平均碰撞次数约 z = 1010 次/秒 。
10
一、气体分子热运动的描述
1、热力学系统与外界
在热学中，把作为研究对象的一个或 一组物体（或大量分子）称为热力学系统。 系统以外的物体称为外界。
结果相同
比例接近1/2 统计规律性： •大量随机事件从整体上表现出来的规律性 量必须很大 统计规律性具有涨落性质
7
飞镖
分布曲线
8
第十七章 温度和气体动理论 §17.1 气体分子热运动的描述
§17.2 气体分子的无规则运动
§17.3 理想气体的压强 §17.4 能量均分定理
§17.5 麦克斯韦速率分布律
12
例2
准静态传热 非静态过程
T2 T1 nT
T2
T1
T1
热库 T1 T
T1 T
热库
T 1n 1T
热库
T1 2T
T1 nT
每一微小过程 均是平衡过程
13
准静态过程
4、状态参量
温度、压强、体积等
例如 温度 T
t
宏观上: 处于热平衡的系统所具有的共同 的宏观性质
(1)同种分子 分子有效直径 d ~ 10 (2)弹性碰撞 (3)一个分子动,其余不动,平均来看, 相对运动速度为 u 。
22
10
m
2、推导 平均碰撞频率: 一个分子在单位时间内受到的 平均碰撞次数 跟踪 A分子 中心在圆柱体 内的分子才能 与A分子相碰
nu t n u Z t
σ
大学物理 AII
办公室：
理化楼235室
《大学物理学》下册
第十七章
温度和气体动理论
2
一、热学的研究对象 • 冷热 --温度
• 与温度有关的物理规律 • 热学的意义 （1) 大量存在
（2) 能量转化
对象的特征：大量无规则运动的粒子组成
3
二、研究热现象的两大分支 1. 热力学 2. 统计物理
宏观
实验
（2）理想气体温标
（实际气体在密度趋于零时的极限------理想气体） 用完全遵守玻-马定律 PV C 的理想气体定义 将水、冰和水蒸汽三相平衡共存的温度定为273.16 K
P T 273.16 K lim Ptr 0 P tr
Ptr：三相点时气体的压强
15 单位为开尔文（K）
2、解决问题的一般思路 •从单个粒子的行为出发 •大量粒子的行为--- 统计规律 例如：微观认为宏观量P 统计的方法
是大量粒子碰壁的平均作用力
dI 先看一个 i f 碰一次 i dt
再看 集体 P
f
i
i
A
6
模式：假设 结论 验证 修正 理论
统计方法： 如：掷硬币
一个粒子的多次行为
多个粒子的一次行为 看正反面出现的比例
u
A
d d
d
d
2
u 2
Z 2π d n
2
23
二、平均自由程
一个分子连续 两次碰撞之间 经历 的各段自由路程的 平均值叫平均自由 程，记作 。
气体分子的自由程
t
Z t
平均自由程
分子数 密度
玻耳兹曼 常量 常用形式
k 1.3810
23
JK
1
P nkT
18
热力学系统由大量粒子组成 （1) 标准状态
T 273K
P 1 atm 1.013 10 Pa
5
5 P 1.013 10 25 3 n 2.69 10 / m 23 kT 1.38 10 273
（2）高真空
P 10 mmHg
13
T 273 K
P 10 13 1.013 105 n kT 760 1.38 10 23 273
3.54 10 / m
9
3
十亿 19
大量、无规
讨论
统计方法
数学基础---概率论 1.理气状态方程
M PV RT
PV RT
R 8.31 J/K.mol
常用形式 系统内有 N 个分子
R--普适气体恒量
每个分子质量 m
M Nm
N Am
17
N A 6.023 10 / mol
23
阿伏伽德罗常量
N R 1M 1 Nm P RT RT T V V N Am V NA
N n V
R k NA
2、平衡态 在不受外界影响的条件下，对一个孤立 系统，经过足够长的时间后，系统达到一个 宏观性质不随时间变化的状态。
11
3、准静态 • 每一时刻系统都处于平衡态
• 实际过程的理想化---无限缓慢(准)
• “无限缓慢”：
系统变化的过程时间>>驰豫时间
例1 气体的准静态压缩
过程时间 ~ 1 秒
驰豫时间 103 s
P nkT
2.不漏气系统
各状态的关系
PV C T
20
3. P-V 图
P
P.V .T P.V .T
V
P V 图上一个点代表一个平衡态
一条线代表T–E 图
21
§17.2 气体分子的无规则运动 一、平均碰撞频率 Z
1、必要的假设
微观
理论模型 统计规律
能量 可靠
相辅相成、相互补充
4
三、气体分子系统的统计分布 1、统计物理的基本思想
宏观上的一些物理量是组成系统的大量分子
进行无规运动的一些微观量的统计平均值。
宏观量
实测的物理量，如 P T E 等。
微观量 无法直接测量的量 组成系统的粒子(分子、原子、或其它)的质 量、动量、能量等等。 5
（3）热力学温标
与工作物质无关的温标，由英国的开尔文建立， 与摄氏温度的关系为
T t 273.15 K
单位为开(K)，称为热力学温度。 热力学温标与任何物质特性无关，在理想气体 温标适用的温度范围内，与理想气体温标等价。
16
二、理想气体状态方程
M PV RT μ
M -- 质量 -- mol 质量 V -- 理气活动空间
微观上： 温度是分子热运动剧烈程度的标志
5、温标
温度的数值表示法叫做温标
14
（1）摄氏温标（1742年瑞典天文学家摄尔修斯建立）
在标准大气压下，以冰水混合物的平衡温度即 冰点定为0 º C ，水沸腾的温度即汽点为100 º C， 在0 º C 和100 º C 之间按温度计测温性质随温度作线 性变化来刻度。