大學(xué)物理指導(dǎo)

—7—7S①+Nee00St全電流安培環(huán)路定理電磁波電磁波的產(chǎn)生凡做加速運(yùn)動(dòng)的電荷都是電磁波的波源。變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)由近及遠(yuǎn)的傳播出去，就形成了電磁波。赫茲設(shè)計(jì)的電磁波發(fā)生和接收裝置。電磁波的基本性質(zhì)電場(chǎng)強(qiáng)度矢量：E=Ecos3（t-r）0u磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量：H=Hcos3（t—-）0u電場(chǎng)強(qiáng)度矢量與磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量傳播速度相同、相位相同。電磁波是橫波：ExH//u電磁波的能量11電磁波的能量密度：攻=—eE2+—NH222能流密度（坡印亭矢量）：S=ExH電磁波譜將電磁波按照頻率或波長(zhǎng)的順序排列成表，稱為電磁波譜。SXlO^ltz395X1012ltz750X1012lizS0X1015hz30X101無線電波紅外線可見光紫外線X射線4.光是電磁波11tmi4.光是電磁波11tmi0+76Um0.411inlOiun0+01m光源熱輻射：由溫度決定的物體的電磁輻射。任何物體都能輻射電磁波，太陽光，白熾燈等。電致發(fā)光：電能直接轉(zhuǎn)換成光能的現(xiàn)象，如閃電，發(fā)光二極管等。光致發(fā)光：用光激發(fā)引起的發(fā)光現(xiàn)象，如熒光物質(zhì)磷光物質(zhì)?；瘜W(xué)發(fā)光：由于化學(xué)反應(yīng)而發(fā)光的過程，如燃燒，螢火蟲。一般光源的發(fā)光機(jī)理：能級(jí)躍遷+自發(fā)輻射激光：1960年發(fā)明的激光器是一種性能優(yōu)良的新光源。激光器的發(fā)光機(jī)理與普通光源不同。由于激光是受激輻射，加之特定的諧振腔結(jié)構(gòu)，使激光具有很好的單色性和方向性，以及相干性和高亮度。楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)光強(qiáng)極大位置:：％=±2口2d光強(qiáng)極小位置：X=±(2k+1)LX2d屏上相鄰明條紋中心或相鄰暗條紋中心間距為：Ax=Ld光的衍射菲涅耳半波帶法X暗紋條件：asin①二±2k—,k=1,2,3…2X明紋條件:asin①二±(2k+1)—，k=1,2,3?2衍射光柵：大量等寬等間距的平行狹縫(或反射面)構(gòu)成的光學(xué)元件根據(jù)多縫衍射原理使光發(fā)生色散的光學(xué)元件。光柵方程：縫間干涉主極大就是光柵衍射主極大，其位置滿足：dsin中=±kX光的偏振在垂直光傳播的平面內(nèi)，光矢量可能有不同的振動(dòng)狀態(tài)，即光的偏振態(tài)。偏振現(xiàn)象表明光是橫波，在與傳播方向垂直的2維空間里，電矢量的振動(dòng)狀態(tài)對(duì)應(yīng)不同的偏振狀態(tài)：自然光、線偏振光、部分偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光。線偏振光(平面偏振光)：面對(duì)光的傳播方向觀察，光矢量只在一個(gè)方向上振動(dòng)。自然光：在垂直于光傳播方向的平面內(nèi)沿各方向振動(dòng)的光矢量呈軸對(duì)稱分布，沒有哪個(gè)方向更有優(yōu)勢(shì)。自然光沿任何方向的分量的強(qiáng)度都等于總強(qiáng)度的一半：I=1/2I0馬呂斯定律：I=Icos2a5.無線電波無線電波的產(chǎn)生L、C電磁振蕩電路：v=12兀LC無線電波產(chǎn)生的條件：振源一LC振蕩回路；不斷的能量補(bǔ)充；頻率足夠高；電路必須開放5.2.無線電波的傳播定義適合波段特點(diǎn)地波傳播無線電波沿地球表面及其附近空間的傳播微波繞射能自力差，地面對(duì)高頻電磁波吸收強(qiáng)長(zhǎng)波中波穩(wěn)定天波傳播無線電波通過高空的電離層反射而進(jìn)行的傳播電離層對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)無線電波吸收強(qiáng)；不反射微波、超短波中波短波不穩(wěn)定反射取決于電離層的自由電子密度（變化量）空間波傳播無線電波沿直線的傳播最遠(yuǎn)距離為視線距離微波超短波傳播距離有限無線電廣播、傳真和電視廣播聲音信號(hào)T電信號(hào)T調(diào)幅/頻波T調(diào)諧T檢波或解調(diào)調(diào)制：將與聲音信號(hào)對(duì)應(yīng)的低頻電信號(hào)加載到載波上調(diào)諧：使本征頻率=載波頻率，從而產(chǎn)生強(qiáng)振蕩電流微波通訊和雷達(dá)微波通訊波段：1mm~1m傳播方式：空間波的直線傳播雷達(dá)波段：分米波段用途：定位，測(cè)速原理：波的反射，多普勒效應(yīng)第7章量子理論一、基本要求1、熟悉氫原子光譜的規(guī)律。2、了解物質(zhì)世界的量子化，掌握黑體輻射，光電效應(yīng)。3、熟悉德布羅意物質(zhì)波的概念和實(shí)物粒子的波粒二象性，掌握德布羅意關(guān)系式。4、掌握不確定關(guān)系。5、了解波函數(shù)及其統(tǒng)計(jì)解釋。6、了解薛定諤方程。二、要點(diǎn)精講（一）基本概念1、熱輻射一切物體在任何溫度下都以電磁波的形式向周圍輻射能量的現(xiàn)象。2、平衡熱輻射物體輻射出去的能量等于在同一時(shí)間內(nèi)所吸收的能量，則熱輻射達(dá)到了平衡，稱為平衡熱輻射或平衡輻射。3、絕對(duì)黑體物體在任何溫度下，對(duì)任何波長(zhǎng)的入射輻射能的吸收率都等于1，則稱這物體為絕對(duì)黑體。4、光電效應(yīng)當(dāng)光照射到某些金屬表面上時(shí)，金屬中的電子從照射光中吸收光能而從金屬表面逸出，這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。（二）基本原理1、絕對(duì)黑體的輻射定律（1）斯特藩—玻耳茲曼定律黑體單位面積單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的各種波長(zhǎng)的熱輻射的總能量M與絕對(duì)溫度四次方成正比。即MT）="40其中：o=5.67義10-8W/m2?K4為斯特藩一一玻耳茲曼常數(shù)。（2）維恩位移定律當(dāng)絕對(duì)黑體溫度T升高時(shí)，輻射最強(qiáng)的波長(zhǎng)入m向短波方向移動(dòng)。即入T=2.897x10-3m-km2、普朗克量子假說普朗克提出的假定：對(duì)于一定頻率V的電磁輻射，物體只能以加為單位發(fā)射或吸收它，其中h是一個(gè)普適常量。物體發(fā)射或吸收電磁輻射只能以量子方式進(jìn)行，每個(gè)能量子的能量為e=hV，其中h稱為普朗克常量，量值為h=6.6260755x10-34J.s。按量子假說，可推出普朗克公式M（T）=2兀hc2九一5（hc/入KT—1），10入這一公式與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得很好。3、愛因斯坦的光量子論（1）光在空間傳播時(shí)具有粒子性。光是一粒一粒以光速c運(yùn)動(dòng)的粒子流，這些光粒子稱為光子。（2）每一光子的能量為8=h，頻率V不同的光子具有不同的能量。（3）光的能流密度（即單位時(shí)間通過垂直于光傳播方向單位面積的光能）決定于單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于光傳播方向的單位面積的光子數(shù)目N，即S=NhV。4、愛因斯坦光電效應(yīng)的四條實(shí)驗(yàn)規(guī)律（1）只有當(dāng)光的頻率大于一定值時(shí)，才有光電子發(fā)射出來。這個(gè)最小頻率V0稱為該種金屬的光電效應(yīng)截止頻率，也叫做紅限頻率。（2）光電子的能量只與光的頻率有關(guān)，而與光的強(qiáng)度無關(guān)。光的頻率越高，光電子的能量就越大。（3）光的強(qiáng)度只影響釋放的光電子的數(shù)目，強(qiáng)度增大，光電子的數(shù)目增多。（4）光照和光電子發(fā)射是即時(shí)，滯后時(shí)間不超過10—9s。5、愛因斯坦光電效應(yīng)方程為1hv=—mv2+A2式中hV為光子能量，1m2是電子的最大初動(dòng)能。1mv2=eUI，U22J”稱為遏止電勢(shì)差或截止電勢(shì)差;A是金屬的逸出功，A=h0，V0稱為光電效

應(yīng)截止頻率。6、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律氫原子的所有光譜都刻有廣義巴耳末公式給出11=R（一）m2n2其中，R稱為里德堡常量，R=1X1.097X107,m=1,2,3,…,m每一個(gè)m值對(duì)應(yīng)于一個(gè)線系，而n=m+1,m+2,???。m二1n:2,3,4,…。萊曼系（紫外區(qū)）m:2,n=3,4,5，…。巴爾末系（可見光區(qū)）7、實(shí)物粒子的波粒二象性（1）光的波粒二象性光的干涉與衍射現(xiàn)象說明光具有玻動(dòng)性，而光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)又表明光具有粒子性，所以光具有波粒二象性。（2）描述光的波動(dòng)性和粒子性的物理量間的關(guān)系E=mc2=hvP=mchV（3）實(shí)物粒子的波粒二象性實(shí)物粒子如同光子一樣也具有波粒二象性，這種與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波或物質(zhì)波。與運(yùn)動(dòng)的實(shí)物粒子相聯(lián)系在一起的波的頻率V和波長(zhǎng)入與粒子的能量E和動(dòng)量P之間的關(guān)系為E-mc2=hvhVhP=mc--kc九7、波函數(shù)（1）波函數(shù)的物理意義在某處德布羅意波的強(qiáng)度與粒子在該處附近出現(xiàn)的概率成正比，所以，德布羅意波是一種概率波。M|2dv表示粒子t時(shí)刻在（%,y,z）附近dV內(nèi)出現(xiàn)的概率，M|2-W*表示粒子在空間單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率即概率密度。波函數(shù)即概率波的數(shù)學(xué)表達(dá)式（2）根據(jù)物質(zhì)波的統(tǒng)計(jì)解釋，波函數(shù)（2）（3）波函數(shù)的歸一化條件由于粒子總是要在空間中出現(xiàn)，所以粒子在空間中各點(diǎn)出現(xiàn)的概率的總和就應(yīng)等于1,即JW|2dV=1V8、不確定關(guān)系（1）由于粒子的波粒二象性，對(duì)粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量不可能同時(shí)進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，若粒子在某一方向的坐標(biāo)不確定量A%，動(dòng)量不確定量AP,坐標(biāo)和動(dòng)量的不確定關(guān)系式：A%AP>力/2%式中方二h/2兀=1.545x10-34J?s（2）若AE表示能量的不確定量，At表示狀態(tài)變化快慢，則能量和時(shí)間的不確定關(guān)系式：AE-At>m2（3）角位移與角動(dòng)量的不確定關(guān)系式：A①-AL>加2（A9表示角位移的不確定量，AL表示角動(dòng)量的不確定量）第8章原子結(jié)構(gòu)與核輻射一、基本要求了解湯姆遜的原子模型以及電子的發(fā)現(xiàn)了解盧瑟福的原子核式模型以及a粒子散射實(shí)驗(yàn)掌握原子的玻爾理論，以及氫原子能量及軌道半徑的量子化了解原子核的結(jié)構(gòu)以及中子的發(fā)現(xiàn)了解核力的基本特點(diǎn)以及結(jié)合能的計(jì)算掌握原子核的放射性分類以及放射性的衰變規(guī)律了解電子顯微鏡的工作原理以及電子波長(zhǎng)的計(jì)算了解高能粒子加速器的分類以及工作原理了解同步輻射的發(fā)現(xiàn)過程以及基本特性二、要點(diǎn)精講原子結(jié)構(gòu)的各種模型電子的發(fā)現(xiàn)與湯姆遜原子模型湯姆遜的實(shí)驗(yàn)表明：陰極射線中的粒子流帶負(fù)電、速度遠(yuǎn)小于光速、核質(zhì)比遠(yuǎn)大于氫核。電子的特點(diǎn)：電子可以從原子中分割出來；具有相同的質(zhì)量和負(fù)電荷；電子質(zhì)量小于氫原子質(zhì)量的千分之一。湯姆遜的原子模型：原子是由帶負(fù)電的電子和帶正電的物質(zhì)所組成，呈電中性；正電荷連續(xù)均勻地分布在整個(gè)原子大小的球體內(nèi)，電子均勻鑲嵌在球體的不同位置；電子質(zhì)量很小，原子質(zhì)量基本上存在于正電荷部分。盧瑟福的原子有核模型a粒子散射實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)大角度散射，與基于湯姆遜原子模型的計(jì)算結(jié)果不符。原子有核模型：原子具有類似太陽系的結(jié)構(gòu)，原子中心是帶正電的原子核，集中了幾乎整個(gè)原子質(zhì)量；電子繞著原子核旋轉(zhuǎn)，原子核所帶正電荷電量與電子所帶負(fù)電相等。原子的玻爾理論玻爾關(guān)于氫原子的三條假設(shè)：定態(tài)假設(shè)（原子只能處在具有不連續(xù)能量的穩(wěn)定狀態(tài)）；躍遷假設(shè)v=|E「"；hh角動(dòng)量量子化假設(shè)L=mvr-n—二n方2兀玻爾關(guān)于氫原子的兩條量子化：軌道半徑的量子化：r=n2（80^2）=n2rn=1,2,3,…nnme1能量的量子化：E=-J—e=En8n8rn20n玻爾理論的成功之處與局限性成功之處：成功的把氫原子結(jié)構(gòu)和光譜線結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來。提出了軌道角動(dòng)量,軌道半徑,能量的量子化。局限性：不能處理復(fù)雜原子的問題，根源在于對(duì)微觀粒子的處理仍沿用了牛頓力學(xué)的觀念（軌道）核結(jié)構(gòu)和核力原子核的結(jié)構(gòu)原子核的電荷和質(zhì)量：用兩個(gè)物理量標(biāo)示原子核特征AX（核電荷數(shù)Z，質(zhì)量數(shù)ZA）原子核的大小和形狀：電荷、物質(zhì)分布形狀呈旋轉(zhuǎn)橢球形；核的體積正比于質(zhì)量數(shù)原子核的結(jié)構(gòu)：1919年盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子；1932年查德威克發(fā)現(xiàn)中子；1932年，海森伯和伊凡寧柯各自獨(dú)立地提出了原子核是由質(zhì)子和中子組成的核結(jié)構(gòu)模型。一種新的相互作用力—核力一一一一AE質(zhì)量虧損：Am-絲c2原子核的比結(jié)合能：竺;4AA核力的特點(diǎn)：吸引力；強(qiáng)力；短程力；飽和性原子核的放射性1896年貝克勒爾發(fā)現(xiàn)放射性元素鈾居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性元素釙和鐳a放射性衰變的一般表達(dá)式aX告a-4Y+4He（a），舉例：226Ra（鐳）.222Rn（氡）+4He（a）TOC\o"1-5"\h\zZZ-2288862B放射性衰變的一般表達(dá)式AXTAY+e-+V（反中微子）ZZ+1AXTAY+e+（正電子）+v（中微子）ZZ-1AX+e-（核外，層電子）TAY+v（中微子）ZiZ-1y衰變一般伴隨于a、B衰變，發(fā)出光子（電磁輻射-y射線）一種電磁輻射，呈電中性。核子結(jié)構(gòu)：1964年，美國(guó)的蓋爾曼和茨瓦格提出強(qiáng)子結(jié)構(gòu)的夸克模型。今天，科學(xué)家預(yù)言的六種夸克（上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克、底夸克、頂夸克）已經(jīng)全部發(fā)現(xiàn)。放射性衰變規(guī)律衰變規(guī)律：N=Ne-九t0半衰期：衰變掉一半原子核所用的時(shí)間T=（1七）ln2探索微觀世界的近代技術(shù)電子顯微鏡衍射的存在限制了光學(xué)顯微鏡的分辨本領(lǐng)光學(xué)儀器的分辯本領(lǐng)與所使用的波長(zhǎng)成反比hh電子波長(zhǎng)：入=—。>100000V>2emUeU02emU(1+)02mc20電子顯微鏡與光學(xué)顯微鏡的比較顯微鏡分辨本領(lǐng)光源透鏡真空成像原理LM200nm100nm可見光（40