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第九章——热力学基础
章节概述:热力学整章的重点在于理想气体动态方程、热力学两大定律在各种状态下的应用以及卡诺定理用来计算各种热机的效率。
开尔文温度和摄氏温度的换算。t=T-
平衡状态、准静态过程和非静态过程的区别。对于一个孤立系统而言,如果其宏观性质经过充分长的时间后保持不变,即系统的状态参量不再随时间改变,此时系统属于平衡态。而如果系统在变化过程中,每一个中间状态都无线接近于平衡态,则称之为准静态过程。
理想气体的状态方程:注意玻尔兹曼常量和斯密特常量的定义。
焦耳的实验,定义了热功当量。如用做功和传热的方式使系统温度升高相同时,所传递的热量和所做的功总有一定的比例关系,即1卡热量=,功与热量具有等效性。做功与传热虽然有等效的一面,但本质上有着区别。做功:通过物体作宏观位移完成。作用是机械运动与系统内分子无规则运动之间的转换。从而改变内能。传热:通过分子间相互作用完成。作用是外界分子无规则热运动与系统内分子无规则热运动之间的转换。从而改变了内能。
热力学第一定律和第一类永动机的概念。
对微小过程,即准静态过程,
等温等压过程、绝热过程、多方过程中热力学第一定律的应用。
等容过程
等温过程
等压过程
热循环、制冷机与热机的关系、卡诺循环及其效率的计算。
效率计算
制冷系数
热力学第二定律的两种表述(克劳斯修表述和开尔文表述)。开尔文表述(开氏表述):不可能从单一热源吸取热量,使它完全变为有用功而不引起其它变化。克劳修斯表述(克氏表述):热量不能自动地从低温物体传到高温物体。
第十章——气体动理论
章节概述:本章主要讲述了气体动理论的两个基本公式——压强公式和能量公式,理解分子热运动的原理,能够理解热力学第二定律和熵的意义。在本章中还大量地运用了统计规律来对分子的热运动进行分析,即通过对微观物理量求统计平均值的方法得到宏观物理量。
1、自然界的一切宏观物体,无论是气体、液体亦或是固体,都是由大量分子或原子构成。分子间存在相互作用力。构成物质的分子处于永恒的、杂乱无章的运动之中。
2、理想气体的压强公式和气体温度的微观实质。气体的温度其实标志着气体内部分子无规则热运动的剧烈程度,代表了气体分子的平均平动动能。
3、刚性分子的自由度。
分子种类
平均自由度
转动自由度
总自由度i
单原子分子
3
0
3
双原子分子
3
2
5
多原子分子
3
3
6
4、在某温度的平衡态时、物质分子的每个自由度都有着相同的平均动能。所以理想气体的内能公式为。
5、由速度分布函数的定义引出的麦克斯韦速率分布函数,以及气体分子的三个统计速率,即平均速率、方均根速率、最概然速率。它描述了运动的分子在速率上的分布。
6、玻尔兹曼能量分布,即指出了确定的速率区间和空间区域中,分子的能量越大分子数越少。或者称之为分子处于能量较低状态的概率比处于能量较高的状态概率要大。主要的应用是在大气压强随着高度的变化、气体分子数密度随着高度的变化关系。
7、气体分子热运动频繁碰撞的物理机制。主要是平均碰撞速率(单位时间内一个分子与其他分子发生碰撞的平均次数)和平均自由程(分子与分子相继两次发生碰撞之间自由通过的路程的平均值)。
8、输送过程,重要的公式有牛顿粘性定理
、傅里叶热传导定律
以及菲克扩散定理。
9、熵的概念(玻尔兹曼熵和克劳修斯熵),热力学第二定律的微观意义。
孤立系统内部发生的一切不可逆过程总是由包含微观态数目少的宏观态向包含微观数目多的宏观态方向进行。
孤立系统中发生的一切不可逆过程都将导致系统熵的增加。同样在孤立系统中发生的可逆过程,系统的熵保持不变。
第十一章——几何光学
章节概述:本章主要从几何角度解释了光学在宏观传播中的规律。主要是几何光学的三条定律和传播中的基本规律。
1、几何光学的三条性质。
光的直线传播原理:光在均匀介质中沿直线传播
光的反射定律:反射光线总是处于入射面内,并且与入射光线分居在法线的两侧,入射角等于反射角。
光的折射定律:折射光线总是处于入射面内,并且与入射光线分居在法线的两侧;入射角的正弦与折射角的正弦之比为一个常数。常数即为第二种介质对第一种介质的相对折射率。
2、平面反射和平面折射的成像规律。
(1)球面反射成像公式。
(2)球面镜反射物理关系中的符号法则。物点P在镜前时呈实物,物距为正。物点在镜后时呈虚像,物距为负。像点在镜前呈实像,像距为正。像点在镜后呈虚像,像距为负。归纳即为“实正虚负”。凸面镜的曲率半径为正、凹面镜的曲率半径为负。
3、薄透镜的成像规律。
(1)、薄透镜的成像公式。
(2)、薄透镜的焦距。
(3)、空气中薄透镜的焦距。
(4)、薄透镜的横向放大率。
4、一般光学仪器的放大率。
(1)、放大镜的视角放大率。
(2)、显微镜的放大率。
(3)、望远镜的放大率。
第十二章——波动光学
本章概述:本章主要从原理角度解释了光在传播过程中的特殊现象(干涉、衍射)。重点是干涉、衍射的原理,另外就是与光栅相关的概念与计算。
1、光的电磁本质,既有微粒特性,也有波的特性。
2、光的干涉。
光程:光在介质中传播的几何路程r与该介质折射率n的乘积。
相干光和相干光源:各原子发出的光波列的频率、初相位、振动方向都相同,可以实现光干涉、满足干涉条件的光称之为相干光。能产生相干光的光源称之为相干光源。
(1)光干涉的一般条件。
(2)双缝干涉的条纹分布。
(3)像距两明纹或者暗纹的间距。
(4)等倾干涉。
薄膜反射光干涉加强的条件。
薄膜反射光干涉减弱的条件。
(5)光垂直入射下的薄膜等厚干涉。
(6)光干涉的特例——牛顿环。利用牛顿环检测平面的平整度。
(7)迈克尔孙干涉仪的原理。
3、光的衍射。
(1)惠更斯-菲涅尔原理:波在传播过程中,从同一波振面上各点发出的子波,经传播而在空间某点相遇时,产生想干叠加。
(2)夫琅禾费单缝衍射
(3)衍射光栅的光栅方程。
(4)圆孔衍射的分辨限角。
(5)布拉格公式。
3、X射线衍射。
(1)产生机理。在真空管内放置正极和热阴极。当加上数万伏高电压时,热阴极射出的电子获得高能量对阳极进行撞击,从而产生X射线。
(2)利用:主要利用X射线在衍射时产生的衍射斑点,对被探照物质的原子排列进行观测。
4、光的偏振。
(1)常见的偏振光。
自然光:在垂直于光传播方向的平面内沿各个方向光振动的概率相等,亦即各方向光矢量的振动相等。
部分偏振光:在垂直于光传播方向的平面内,某一方向的光振动比与之相垂直方向的光振动占优势。
线偏振光:在垂直光传播的平面内,只有一个确定方向的光振动。
椭圆偏振光:光在传播时,光矢量绕传播方向旋转(左旋或右旋),光矢量端点的轨迹是一个椭圆。
圆偏振光:光在传播时,光矢量绕传播方向旋转(左旋或右旋),光矢量端点的轨迹是一个院。
(2)马吕斯定律。在不考虑吸收和反射的情况下,透射线偏振光与入射偏振光的强度关系为。
(3)布儒斯特定律。当自然光在折射率为的介质中沿布儒斯特角入射另一种折射率的介质的表面时,反射光为线偏振光,光振动垂直于入射面。
5、晶体的双反射。
(1)双反射现象。一束光射入一些晶体内,在晶体内部分分裂成两束光。其中一束遵守折射定律,称为寻常光。另一束不遵守折射定律,称为非常光。两者都是线偏振光,寻常光的光振动垂直于它对应的主平面,非常光的光振动平行于它对应的主平面。
(2)在晶体中的某个特殊方向,在该方向是不发生光的双折射现象。这个方向称之为光轴。
第十三章——狭义相对论
本章概述:本章主要讲述了如何运用相对论原理解释简单的时间空间问题,了解相对论的本质。
1、力学相对性原理和伽利略坐标变换。
(1)牛顿力学的一切规律在伽利略变换下其形式保持不变,亦即力学规律对于一切惯性参考系都是等价的。
(2)伽利略坐标换算。
2、狭义相对论的基本原理与时空的相对性。
(1)在所有的惯性系中物理定律的表达形式都相同。
(2)在所有的惯性系中真空中的光速都具有相同的量值。
(3)同时性与所选择的参考系有关。
(4)时间膨胀。在某一惯性参考系中同一地点先后发生的两个事件的时间间隔。
(5)长度收缩。在不同的惯性系中测量出的同一物体的长度差。
3、当速度足够快时,使用洛伦兹坐标变换和相对论速度变换。但是当运动速度远小于光速时,均使用伽利略变换。
4光的多普勒效应。
当光源相对于观察者运动时,观察者接受到的频率不等于光源实际发出的频率。
5、狭义相对论揭示出电现象和磁现象并不是互相独立的,即表现为统一的电磁场。
6、相对论中质量、动量、力以及相对论动能、相对论静能、相对论总能量、与速度的关系。
第十五章——量子物理
本章概述:主要介绍了简单的量子物理。重点在于氢原子内部的光谱理解和德布罗意实物波。另外激光的产生机理和应用。
1、维恩位移定律(黑体辐射光谱中辐射最强的波长与黑体温度成正比)和斯忒潘-玻尔兹曼原理(黑体的辐出度与黑体温度的四次方成正比)。
2、泡利不相容原理:在一个原子中不可能有两个或两个以上的电子处于相同的状态。即不可能具有完全相同的四个量子数。
3、对于频率为确定值的谐振子,其辐射能量是不连续的,只能去某一最小能量的整数倍。
4、光电效应。
(1)、爱因斯坦方程。
(2)、红限频率。即恰能产生光电效应的入射光频率。
5、康普顿效应。X射线被物质散射时,在散射光中不仅有与入射光相同的波长成分,更有波长大于入射光波长的成分。
6、氢原子光谱。
7、玻尔氢原子理论的三条基本假设。
(1)原子中的电子只能在一些特定的圆轨道上运动而不会辐射电磁能量。这时原子处于稳定状态,简称定态,并具有一定的能量。
(2)当电子从某一轨道巷另一轨道跃迁,亦即原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时,原子才会发射或吸收光子。光子频率为。
(3)电子在原子中的稳定轨道必须满足角动量L等于h/2pai的整数倍条件。
(4)氢原子的各能态分布规律如下。
8、德布罗意关系式。
9、不确定关系式。
10、波函数。
11、粒子的一维定态运动。
(1)一维定态薛定谔方程。
(2)隧道效应
(3)一维简谐振子的能量
12、原子的壳层结构。
13、激光。
(1)产生激光的基本条件是:一是要有能实现粒子数反转的激活介质;二是要有满足阀值条件的光学谐振腔。
(2)激光的特性:方向性好,单色行好,亮度高,相干性好。
第十六章——原子核物理
章节概述:本章主要讲解了原子核的构成,以及在放射性衰变中原子和原子核是怎么变化。
1、质子和中子的自旋角动量。
(1)自旋角动量。
(2)自旋角动量在z轴上的分量。
2、原子核的自旋角动量。
(1)自旋角动量。
(2)自旋角动量在z轴上的分量。
3、核磁子。
4、放射性。
(1)放射性核素服从的衰变规律
(2)放射性核素的半衰期:放射性核素衰减到原来数目的一半所需要的时间。
(3)放射性活度:放射性物质在单位时间内发生衰减的原子核数目。
调查报告截图:
对MOOC的真实看法:
其实对于MOOC这种越来越流行的教学方式还是挺支持的,但是我觉得本学期的学****最大的问题在于过渡不好。尽管我们是作为实验班,但是并没有做到真正的MOOC,也没有做到真正的传统教学。四不像的方式一点意义都没有。
我的建议是找一批志愿参加实验的学生,他们一学期的所有课程都用MOOC来学****那样的话我觉得对比会更加明显。效果也会更好。
学生:唐昊1251795