物理學(xué)概論期末考復(fù)習(xí)識(shí)記知識(shí)

僅供個(gè)人參考一、力學(xué)1.經(jīng)典力學(xué)研究對(duì)象宏觀低速的物體2.經(jīng)典力學(xué)的公理基礎(chǔ)時(shí)空與質(zhì)量的測(cè)量有絕對(duì)意義，與觀測(cè)者所處的參考系無關(guān)3.伽利略變換伽利略變換：若O-x’y’z’參照系沿著x軸方向以速度v相對(duì)于O-xyz參照系運(yùn)動(dòng)，且t=0時(shí)兩參照系的原點(diǎn)重合，則兩參照系之間有如下關(guān)系：x'=x?vt、y'=y、z'=zt'=t兩參照系描述同一運(yùn)動(dòng)的速度是不同的，但加速度是相等的。一切慣性系都是等價(jià)的,我們可以任取最為簡(jiǎn)潔的參照系進(jìn)行計(jì)算。4.經(jīng)典力學(xué)的相對(duì)性原理同樣的力學(xué)方程在所有慣性系中都有相同的形式5.經(jīng)典力學(xué)可以解決的問題宏觀低速的物體的運(yùn)動(dòng)二、熱學(xué)1.熱學(xué)的研究對(duì)象宏觀物體的熱運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其應(yīng)用是熱學(xué)研究的基本內(nèi)容之一。2.熱量、做功、系統(tǒng)內(nèi)能、熱力學(xué)第一定律熱量，指的是由于溫差的存在而導(dǎo)致的能量轉(zhuǎn)化過程中所轉(zhuǎn)移的能量。熱量的公制為焦耳。能量由一種形式轉(zhuǎn)化為另一種的形式的過程。必要因素：作用在物體上的力和物體在力的方向上通過的距離。經(jīng)典力學(xué)的定義：當(dāng)一個(gè)力作用在物體上,并使物體在力的方向上通過了一段距離,力學(xué)中就說這個(gè)力對(duì)物體做了功。不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考系統(tǒng)內(nèi)能：系統(tǒng)內(nèi)部分子動(dòng)能和位能的總和。（紅色字的為我自己根據(jù)相關(guān)內(nèi)容的總結(jié)，值得商榷，希望大家討論得到更好的答案）熱力學(xué)第一定律：系統(tǒng)在任一過程中包括能量的傳遞和轉(zhuǎn)化，其總能量的值保持不變。也即能量守恒定律。（公式表示）3.熵的概念、熱力學(xué)第二定律熵：描寫系統(tǒng)的混亂程度熵增原理：熱力學(xué)第二定律：熱量在自發(fā)的情況下只能從高溫物體傳向低溫物體。熱傳遞的方向和溫度梯度的方向相反。這是克勞休斯的表述，也叫熵增加原理，它表明世界變將得越來越?jīng)]有秩序，越來越混亂。4.熱力學(xué)第三定律物質(zhì)不能達(dá)到絕對(duì)零度三、電磁學(xué)1.電磁學(xué)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)（1）赫茲的電磁波實(shí)驗(yàn)1885年，赫茲利用一個(gè)具有初級(jí)和次級(jí)兩個(gè)繞組的振蕩線圈進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，偶然發(fā)現(xiàn)：當(dāng)初級(jí)線圈中輸入一個(gè)脈沖電流時(shí)，次級(jí)繞組兩端的狹縫中間便產(chǎn)生電火花，，赫茲立刻想到，這可能是一種電磁共振現(xiàn)象。既然初級(jí)線圈的振蕩電流能夠激起次級(jí)線圈的電火花，那么它就能在鄰近介質(zhì)中產(chǎn)生振蕩的位移電流，這個(gè)位移電流又會(huì)反過來影響次級(jí)繞組的電火花發(fā)生的強(qiáng)弱變化。1886年，赫茲設(shè)計(jì)了一種直線型開放振蕩器留有間隙的環(huán)狀導(dǎo)線C作為感應(yīng)器，放在直線振蕩器AB附近，當(dāng)將脈沖電流輸入AB并在間隙產(chǎn)生火花時(shí)，在C的間隙也產(chǎn)生火花。實(shí)際這就是電磁波的產(chǎn)生、傳播和接收。（2）奧斯特的電流磁效應(yīng)實(shí)驗(yàn)1819冬--1820年4月，奧斯特在給學(xué)生講慮：電流產(chǎn)生的磁效應(yīng)是否像電流通過導(dǎo)線時(shí)產(chǎn)生的熱和光那（橫）向作用呢？在一次講課中，他嘗試將磁針放在導(dǎo)線的側(cè)面。當(dāng)他接針輕微的晃動(dòng)了一下!正是這一輕微的晃動(dòng)，奧斯特馬上意識(shí)到他多年孜孜以求的東西就實(shí)現(xiàn)了。奧斯特緊抓不放，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，查明了電流具有磁效應(yīng)年7月21日，發(fā)表了《電流對(duì)磁針的作用的實(shí)驗(yàn)》，引起了學(xué)術(shù)界的轟動(dòng)。“電學(xué)、伽伐尼電流和磁學(xué)”的課程時(shí)，他考樣向四周散射，即是一種側(cè)源時(shí)，發(fā)現(xiàn)磁通電要。1820（3）法拉第的電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)2.場(chǎng)概念場(chǎng)的概念：場(chǎng)是用空間位置函數(shù)來表征的。在物理學(xué)中，經(jīng)常要研究某種物理量在空間的分布和變化規(guī)律。如果物理量是標(biāo)量，那么空間每一點(diǎn)都對(duì)應(yīng)著該物理的一個(gè)確定數(shù)值，則稱不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考此空間為標(biāo)量場(chǎng)。如電勢(shì)場(chǎng)、溫度場(chǎng)等。如果物理量是矢量，那么空間每一點(diǎn)都存在著它的大小和方向，則稱此空間為矢量場(chǎng)。如電場(chǎng)、速度場(chǎng)等。場(chǎng)是一種特殊物質(zhì)，看不見摸不著，但它確實(shí)存在。比如引力場(chǎng)、磁場(chǎng)等等。3.電力與磁力電力:一個(gè)電荷為q的粒子在電場(chǎng)中受到的電力是縱向力,這力與電場(chǎng)E的方向相同(當(dāng)q為正電荷)或相反(當(dāng)q為負(fù)電荷).磁力(洛倫茲力):一個(gè)電荷為q,是粒子的,運(yùn)動(dòng)速度為v的粒子,在磁場(chǎng)中受到的磁力是橫向力,因?yàn)檫@力垂直于磁場(chǎng)B和粒子運(yùn)動(dòng)方向v.因此磁場(chǎng)不直接對(duì)電荷做功,帶電粒子的能量改變來自電場(chǎng).4.帶電粒子在磁場(chǎng)中的回旋運(yùn)動(dòng)大家回憶一下高中學(xué)的那幾條粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的公式就可以了。例如：r=（mv）/（qB）T=（2（pai）m）/（qB）……5.電磁波譜電磁波譜：電磁輻射波長(zhǎng)或頻率按序排列的總范圍。四、光物理1.研究對(duì)象激光等。2.光作為信息載體光子作為信息載體和能量載體光在信息技術(shù)方面的應(yīng)用：光傳輸——光纖通信；Internet(互聯(lián)網(wǎng),在現(xiàn)代物質(zhì)文明進(jìn)步中所起的作用)；移動(dòng)通信；FSC（自由空間光通信）光儲(chǔ)存——光盤(信號(hào)的激光刻錄、激光提取、CD\VCD\DVD….)光顯示——CRT、LCD、LED、PDP、LTV……..3.時(shí)間與長(zhǎng)度測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)與根據(jù)長(zhǎng)度與時(shí)間基準(zhǔn)的定義：不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考五、狹義相對(duì)論1.實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)與愛因斯坦的假設(shè)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)（邁克爾孫光速測(cè)量實(shí)驗(yàn)）：邁克爾孫和莫雷光速測(cè)量實(shí)驗(yàn)(1887)若“以太”存在,地球相對(duì)于“以太”的速度為v,則光線沿MM1M與沿MM2M的傳播速度與時(shí)間不等,即有光程差,在目鏡T中應(yīng)當(dāng)觀察到干涉條紋.實(shí)驗(yàn)結(jié)果:沒有觀察到干涉現(xiàn)象.結(jié)論:“以太”不存在!電磁場(chǎng)本身就是客觀物質(zhì),無需“媒質(zhì)”,它以波的形式運(yùn)動(dòng).愛因斯坦的兩個(gè)基本假設(shè)(1905)：相對(duì)性原理——物理定律在所有慣性系都有相同的形式.光速不變?cè)怼婵罩械墓馑僭谒袘T性系、沿任何方向都是常數(shù)c,與光源運(yùn)動(dòng)無關(guān).2.運(yùn)動(dòng)尺度縮短與運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘延緩效應(yīng)時(shí)鐘延緩效應(yīng)：固有時(shí):在物體靜止的S系,測(cè)得任一過程進(jìn)行的時(shí)間,稱為這過程的固有時(shí):t′=當(dāng)S系以速度v相對(duì)于S系運(yùn)動(dòng),此過程中O'運(yùn)動(dòng)至P'.由于x′=0,故由洛倫茲變換vx)t(tc2在S系中,測(cè)得這過程進(jìn)行的時(shí)間變慢了：t1(v/c)2運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘延緩效應(yīng)的意義：①這效應(yīng)決定于兩個(gè)慣性系的相對(duì)速度v,與具體的運(yùn)動(dòng)過程無關(guān).②這效應(yīng)對(duì)兩個(gè)慣性系來說是相對(duì)的.即:在S系上看S系的時(shí)變鐘慢,在S系上看S系的時(shí)鐘也變慢.③但是在加速運(yùn)動(dòng)(非慣性運(yùn)動(dòng))情形,時(shí)間延緩效應(yīng)是絕對(duì)效應(yīng)(孿生子佯謬).不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考運(yùn)動(dòng)尺度縮短效應(yīng)：當(dāng)S系以速度v相對(duì)于S系運(yùn)動(dòng),S“尺”,其靜止長(zhǎng)度為系中有一把l[(x)(y)(z)2]1/2220這其實(shí)是空間中O與P兩點(diǎn)之間的.由洛倫茲變換距離x(xvt),yyzz,注意到在S系中必須同時(shí)刻觀測(cè)O和P兩點(diǎn),即t=0.于是由xx/,y,yzz得S系中這“尺”在運(yùn)動(dòng)方向縮短為ll/l1(v/c)2x0x0x運(yùn)動(dòng)尺度縮短效應(yīng)的意義(1)“尺縮(2)這效應(yīng)對(duì)于兩個(gè)慣性系來說S系看S'系x方向的尺度縮短，S'系看S系x方向的尺度也縮短(3)僅當(dāng)v<<c,才有絕對(duì)長(zhǎng)度只是相對(duì)論長(zhǎng)度在低速條件下的近似”效應(yīng)只發(fā)生在與運(yùn)動(dòng)平行的方向上.與運(yùn)動(dòng)垂直的方向無此效應(yīng).,是相對(duì)的.即：.3.同時(shí)相對(duì)性、光速是自然界中相互作用的最大速度、因果律同時(shí)相對(duì)性：設(shè)車箱以速度v相對(duì)于地面運(yùn)動(dòng),在車箱靜止的S'系中地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生——同時(shí)發(fā)生的兩在地面(S系)的觀,這兩理論為認(rèn)“是的”.但相對(duì)論為認(rèn)“不”！,爆裂的彈片同時(shí)擊中車箱的前后壁.即這兩個(gè)事件不同事件,絕無因果關(guān)系.察者看來事件是同時(shí)發(fā)生的嗎?絕對(duì)時(shí)空由洛倫茲變換vt(tx)c2tt[(tt)v(x-x)]vc2(x-x)0因,tttxx即在,得1c221212121212地面看來,這兩事件不同時(shí).因果律：從時(shí)間次序上,在一個(gè)慣性系中定發(fā)生在作為原因的事件之后.,作為結(jié)果的事件必變換到任何其它慣性系,都必須保持這一時(shí)間次序.因果關(guān)系的絕對(duì)性,限定了真空中的光速c,是自然界一切相互作用的極限速度.不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考六、量子物理1.微觀粒子的波粒二象性波粒二象性1924年,deBroglie提出波粒二象性假說,與光的波粒二象性類似,這一假說把微觀物質(zhì)的粒子性和波動(dòng)性,通過下面兩式聯(lián)系起來Eh粒子能量h粒子動(dòng)量eklk其中,為波長(zhǎng),為波矢量.P——微觀粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)是波，但其能量和動(dòng)量都是量子化的.k意義電子衍射現(xiàn)象表明：(1)微觀粒子的運(yùn)動(dòng)無“軌道”可言；(2)從電子衍射圖樣可推知,波場(chǎng)強(qiáng)度大的地方,電子到達(dá)概率高,波相消因而使波場(chǎng)強(qiáng)度為零的地方,無電子到達(dá).2.波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋|(r,t)|2概率,正比于波函數(shù)的平方在全空間,rx電子到達(dá)處dV=d范圍內(nèi)的3總概率為1:|(x,t)|2d3x1因此,表示粒子的波是幾率波.內(nèi)找到粒子的3.測(cè)不準(zhǔn)原理不確定關(guān)系又稱測(cè)不準(zhǔn)原理,由Heisenberg于1925年提出.例如,考慮粒子在x軸方向的坐標(biāo)算符x?x與動(dòng)量算符p?i/x，對(duì)任xx?p?意函數(shù),有ixxxx]xx但??pxi(x)i[x于是有????xppxixx因是任意的，故上式可寫成??????-[x,p]xppxixxx此式稱為算符與的?對(duì)易關(guān)系.?pxx?p右方不為零，表示與不對(duì)易，它們不可能x同時(shí)有確定值，或者說不可能同?x時(shí)測(cè)準(zhǔn).不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考(x)以2表示(p)x測(cè)量偏差x平方的平均值，表示p2xx測(cè)量偏差px平方的平均值，可以證明2(x)2(p)24即xp/2xx也就是說，若測(cè)量粒子位置可以精確到x,則其動(dòng)量就不能精確到p——微觀粒x子的位置和動(dòng)量不可能同時(shí)測(cè)準(zhǔn).,同樣有yp/2，zp/2其它兩個(gè)方向的坐標(biāo)與動(dòng)量yz這是因?yàn)榻?jīng)典力學(xué)中的“軌道.t與其能量??????”概念，對(duì)微觀粒子失去意義tE/2同樣，粒子的運(yùn)動(dòng)時(shí)間E也有不確定關(guān)系：一般地，兩個(gè)力學(xué)量算符A?和,若[,]ABAB-BA0?B??即和對(duì)A易,則這兩個(gè)力學(xué)量可以同時(shí)有確定值(同時(shí)測(cè)準(zhǔn)).B??????ABAB-BA0若[,]即兩者不對(duì)易，這兩個(gè)力學(xué)量不會(huì)同時(shí)有確定值.不得用于商業(yè)用途僅供個(gè)人參考僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse.Nurfürdenpers?nlichenfürStudien,Forschung,zukommerziellenZwecken