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优异精品课件文档资料第1页一一简谐运动简谐运动振幅振幅周期和频率周期和频率相位相位简谐运动简谐运动：物体离开平衡位置位移（或角位移）按物体离开平衡位置位移（或角位移）按余弦函数（或正弦函数）规律随时间改变余弦函数（或正弦函数）规律随时间改变1.1.简谐运动特征及其表示式简谐运动特征及其表示式简谐运动特征及其表示式简谐运动特征及其表示式力与位移成正比且反向。力与位移成正比且反向。动力学特征动力学特征:微分方程：微分方程：运动学方程：运动学方程：运动学特征运动学特征:上述四式用以判断质点是否作简谐运动上述四式用以判断质点是否作简谐运动第九章第九章 振动振动第2页2.2.简谐振动物理量简谐振动物理量简谐振动物理量简谐振动物理量(1)(1)振幅振幅A:A:物体离开平衡位置最大位移绝对值。物体离开平衡位置最大位移绝对值。(2)(2)周期和频率周期和频率 周期：周期：物体作一次完全运动所经历时间。物体作一次完全运动所经历时间。频率：频率：单位时间内物体所作完全运动次数。单位时间内物体所作完全运动次数。角频率角频率:物体在物体在 秒内所作完全运动次数。秒内所作完全运动次数。(3)(3)相位和初相相位和初相相位相位 ：决定简谐运动状态物理量。：决定简谐运动状态物理量。初相位初相位 ：t=0时相位。时相位。第3页位移位移速度速度加速度加速度3.3.简谐振动位移、速度、加速度简谐振动位移、速度、加速度简谐振动位移、速度、加速度简谐振动位移、速度、加速度 称为称为速度幅速度幅,速度相位比位移相位超前速度相位比位移相位超前/2/2。称为称为加速度幅加速度幅,加速度与位移反相位。加速度与位移反相位。第4页动能动能势能势能以水平弹簧振子为例讨论简谐振动系统能量。以水平弹簧振子为例讨论简谐振动系统能量。系统总机械能：系统总机械能：谐振动系统能量谐振动系统能量=系统动能系统动能E Ek k+系统势能系统势能E Ep p某一时刻，谐振子速度为某一时刻，谐振子速度为v v，位移为，位移为x x二二简谐运动能量简谐运动能量第5页相位相位逆时针方向逆时针方向 M点在点在 x轴上轴上投影投影(P点点)运动规律运动规律：长度长度 旋转角速度旋转角速度旋转方向旋转方向与参考方向与参考方向x夹角夹角振动振幅振动振幅A振动圆频率振动圆频率1.旋转矢量与简谐运动对应关系旋转矢量与简谐运动对应关系三旋转矢量三旋转矢量第6页2.讨论讨论 相位差和时间差相位差和时间差 （1）对对同一同一简谐运动，相位差能够给出简谐运动，相位差能够给出两运动状态间改变所需时间两运动状态间改变所需时间时间差时间差相位差相位差 相位差：表示两个相位之差相位差：表示两个相位之差第7页 （2）对于对于两个同两个同频率频率简谐运动，相位差简谐运动，相位差表示它们间表示它们间步调步调上上差异差异（处理振动合成问题）（处理振动合成问题）.第8页例：简谐振动表示式及确定方法：例：简谐振动表示式及确定方法：然后确定三个特征量：然后确定三个特征量：、A、旋转矢量法确定旋转矢量法确定：先在先在X轴上找到对应轴上找到对应x0，有有两个旋转矢量，由两个旋转矢量，由 正负来正负来确定其中一个确定其中一个第9页两个两个同同方向方向同同频率简谐运动频率简谐运动合成合成后仍后仍为为同同频率频率简谐简谐运动运动1.两个同方向同频率简谐运动合成两个同方向同频率简谐运动合成四四 简谐振动合成简谐振动合成第10页讨论讨论 ,情况情况 2.2.两个同方向不一样频率简谐运动合成两个同方向不一样频率简谐运动合成合振动频率合振动频率振幅部分振幅部分合振动可看作振幅缓变简谐振动合振动可看作振幅缓变简谐振动第11页P8例；P15例P37：1-5、7、14、15第12页一一描述描述波动物理量波动物理量波传输方向上相邻两振动状态完全相同波传输方向上相邻两振动状态完全相同质点间距离质点间距离（一完整波长度一完整波长度）.1波长波长第十章 波动2周期周期T波传过一波长所需时间波传过一波长所需时间，或一完整波或一完整波经过波线上某点所需时间经过波线上某点所需时间.介质决定介质决定波源决定波源决定第13页3频率频率单位时间内波向前传输完整波数目单位时间内波向前传输完整波数目.（1内向前传输了几个波长）内向前传输了几个波长）波在介质中传输速度波在介质中传输速度4波速波速四个物理量联络四个物理量联络周期或频率只决定于波源振动周期或频率只决定于波源振动波速只决定于介质性质波速只决定于介质性质第14页二二 平面简谐波波函数平面简谐波波函数设有一平面简谐波沿设有一平面简谐波沿轴正方向传输，轴正方向传输，波速为波速为，坐标原点，坐标原点 处质点振动方程为处质点振动方程为OPx波函数：波函数：描述波传输函数，表示任一质点在任描述波传输函数，表示任一质点在任一时刻位移一时刻位移y(x,t)。第15页因为因为为波传输方向上任一点，所以上为波传输方向上任一点，所以上述方程能描述波传输方向上任一点振动，含述方程能描述波传输方向上任一点振动，含有普通意义，即为沿有普通意义，即为沿轴正方向传输轴正方向传输平面简平面简谐波波函数，又称波动方程谐波波函数，又称波动方程.第16页可得波动方程几个不一样形式：可得波动方程几个不一样形式：利用利用和和第17页波函数波函数质点振动速度，加速度质点振动速度，加速度v u:波形传输速度波形传输速度,对确定介质是常数对确定介质是常数vv:质点振动速度质点振动速度,是时间函数是时间函数注意：注意：第18页1.普通情况，设 x0 点振动表示式为：在 x 轴上传输平面简谐波波函数 沿沿轴负方向传输波动方程轴负方向传输波动方程第19页上式代表上式代表x x1 1 处质点在其平衡位置附近以角频率处质点在其平衡位置附近以角频率w w 作简谐运动。作简谐运动。x 一定。令x=x1，则质点位移y 仅是时间t 函数。2 2、波函数物理意义、波函数物理意义同一波线上任意两点振动位相差同一波线上任意两点振动位相差:即t 一定。令t=t1，则质点位移y 仅是x 函数。x、t 都改变第20页三波能量三波能量体积元总机械能体积元总机械能第21页介质中波动传输到各点都能够看作是发射子波波源，而在其介质中波动传输到各点都能够看作是发射子波波源，而在其后任意时刻，这些子波包络就是新波前后任意时刻，这些子波包络就是新波前.1 1 惠更斯原理惠更斯原理四惠更斯原理四惠更斯原理 波衍射、反射和折射波衍射、反射和折射 波在传输过程中碰到障碍物，能绕过障碍物边缘，在障波在传输过程中碰到障碍物，能绕过障碍物边缘，在障碍物阴影区内继续传输碍物阴影区内继续传输.2 2 波衍射波衍射 频率相同、振动方向平行、相位相同或相位差恒定两列波频率相同、振动方向平行、相位相同或相位差恒定两列波相遇时，使一些地方振动一直加强，而使另一些地方振动一直相遇时，使一些地方振动一直加强，而使另一些地方振动一直减弱现象，称为减弱现象，称为波干涉现象波干涉现象.3 波干涉波干涉第22页波源振动波源振动干涉现象定量讨论干涉现象定量讨论*传输到传输到P点引发振动为：点引发振动为：第23页定值定值*对空间不一样位置，都有恒定对空间不一样位置，都有恒定，因而合强度，因而合强度在空间形成稳定分布，即有在空间形成稳定分布，即有干涉现象干涉现象。第24页合振幅最大合振幅最大当当合振幅最小合振幅最小当当干涉位相差条件干涉位相差条件讨讨 论论第25页当当时（半波长偶数倍）时（半波长偶数倍）合振幅最大合振幅最大当当时（半波长奇数倍）时（半波长奇数倍）合振幅最小合振幅最小 干涉波程差条件干涉波程差条件第26页驻波振幅与位置驻波振幅与位置驻波振幅与位置驻波振幅与位置相关相关相关相关 驻波表示式中驻波表示式中驻波表示式中驻波表示式中 x x 和和和和 t t 分别出现在两个因子中，分别出现在两个因子中，分别出现在两个因子中，分别出现在两个因子中，并不表现为并不表现为并不表现为并不表现为 或或或或 形式，所以它形式，所以它形式，所以它形式，所以它不是一个行波表示式，而实际上是一个振动表示式。不是一个行波表示式，而实际上是一个振动表示式。不是一个行波表示式，而实际上是一个振动表示式。不是一个行波表示式，而实际上是一个振动表示式。1驻波方程驻波方程各质点都在作同频率各质点都在作同频率各质点都在作同频率各质点都在作同频率简谐运动简谐运动简谐运动简谐运动合成波为振幅是合成波为振幅是合成波为振幅是合成波为振幅是同频率谐振动。同频率谐振动。同频率谐振动。同频率谐振动。y同一介质中，两列振幅相同相干波在同一条直线上同一介质中，两列振幅相同相干波在同一条直线上沿相反方向传输叠加后就形成驻波。沿相反方向传输叠加后就形成驻波。五五驻波驻波第27页 驻波方程驻波方程 1.1.讨论讨论10 (1)振幅振幅 随随 x 而异而异,与时间无关与时间无关第28页(奇数倍奇数倍)(偶数倍偶数倍)当当 当当第29页结论结论相邻两波节间各点振动相位相同相邻两波节间各点振动相位相同一波一波节两侧各点振动相位相反节两侧各点振动相位相反xy(2)相位分布相位分布相位与相位与符号相关符号相关第30页 当波从波疏介质垂直入射到波密介质当波从波疏介质垂直入射到波密介质,被反射到波疏介质时形成被反射到波疏介质时形成波节波节.入射波与反入射波与反射波在此处相位时时射波在此处相位时时相反相反,即反射波在即反射波在分界分界处处产生产生 相位相位跃变跃变，相当于出现了半个波长，相当于出现了半个波长波程差，称波程差，称半波损失半波损失.2 2 相位跃变相位跃变（半波损失）（半波损失）第31页3 3驻波能量驻波能量AB C波波节节波波腹腹势能势能动能动能势能势能第32页观察者观察者向向波源运动波源运动 +，远离远离 -波源波源向向观察者运动观察者运动 -，远离远离 +波源和观察者靠近时，波源和观察者靠近时，波源和观察者背离时，波源和观察者背离时，六多普勒效应六多普勒效应第33页P53例1、例2；P63例；P69例；P73例1、2P88：1-5、7、8、10、11、12、13、20、21、24、29 第34页光干涉光干涉杨氏双缝（分波振面）杨氏双缝（分波振面）薄膜干涉（分振幅）薄膜干涉（分振幅）等厚等厚干涉干涉劈尖劈尖牛顿环牛顿环波波动动光光学学光衍射光衍射（夫琅禾费）（夫琅禾费）单缝衍射单缝衍射光栅衍射光栅衍射光偏振光偏振三种偏振态三种偏振态自然光自然光线偏振光线偏振光部分偏振光部分偏振光起（检）偏方法起（检）偏方法偏振片偏振片(二向色性二向色性)利用反射与折射利用反射与折射十一章内容结构十一章内容结构（横波）（横波）圆孔衍圆孔衍射射第35页1相干光产生相干光产生1 1）原理：）原理：由普通光源取得相干光，必须将同一光源上由普通光源取得相干光，必须将同一光源上同一点或极小区域（可视为点光源）发出一束光同一点或极小区域（可视为点光源）发出一束光分成两束，让它们经过不一样传输路径后，再使分成两束，让它们经过不一样传输路径后，再使它们相遇，这时，这一对由同一光束分出来光频它们相遇，这时，这一对由同一光束分出来光频率和振动方向相同，在相遇点相位差也是恒定，率和振动方向相同，在相遇点相位差也是恒定，因而是相干光。因而是相干光。2 2）方法：）方法：振幅分割法；波阵面分割法振幅分割法；波阵面分割法一一相干光相干光第36页实实验验装装置置p二二杨氏双缝干涉试验杨氏双缝干涉试验波程差波程差加强加强减弱减弱第37页暗纹暗纹明纹明纹Ik012-1-24I0 x0 x1x2x-2x-1光强分布光强分布屏上相邻明条纹中心或相邻暗条纹中心间距为屏上相邻明条纹中心或相邻暗条纹中心间距为一系列平行明暗相间条纹一系列平行明暗相间条纹条纹间距条纹间距第38页三三劳埃德镜劳埃德镜PML接触处接触处,屏上屏上L点点出现暗条纹出现暗条纹 半波损失半波损失 相当于入射波与反射波之间附加了一个半波长波程差相当于入射波与反射波之间附加了一个半波长波程差第39页说明：说明：1 1）产生半波损失条件：产生半波损失条件：光在垂直入射（光在垂直入射（i i=0=0）或）或者掠入射（者掠入射（i i=90=90）情况下情况下,两种媒质折射率不一两种媒质折射率不一样，且满足样，且满足n1 1nn2 2；2 2）半波损失只发生在反射光中；半波损失只发生在反射光中；3 3）对于三种不一样媒质，两反射光之间有没有半波对于三种不一样媒质，两反射光之间有没有半波损失情况以下：损失情况以下：n n1 1 n n2 2 n n2 2 n n3 3 n n1 1 n n3 3 n1n1 n2n2 n3n3 第40页物理意义物理意义：光在介质中经过几光在介质中经过几何旅程折算到同一时间内在真空中何旅程折算到同一时间内在真空中旅程旅程.(1)光程光程光在媒质中传输几何旅程（波程）与媒质折射率乘光在媒质中传输几何旅程（波程）与媒质折射率乘积积因为均匀介质有：因为均匀介质有：第41页相位差和光程差关系相位差和光程差关系：光程差：光程差：(2)光程差光程差(两光程之差两光程之差)光在真空中波长光在真空中波长第42页反反射光光程差射光光程差加加强强减减弱弱PLDC34E5A1B21.均匀均匀薄膜干涉薄膜干涉(等倾干涉等倾干涉)四薄膜干涉四薄膜干涉第43页 2.非均匀非均匀薄膜干涉（等厚干涉）薄膜干涉（等厚干涉）明纹明纹暗纹暗纹干涉条件干涉条件=明暗条纹对应厚度明暗条纹对应厚度d明纹明纹暗纹暗纹第44页讨论讨论(1)棱边处棱边处为暗纹为暗纹有有“半波损失半波损失”(2)相邻明纹（暗纹）间厚度差相邻明纹（暗纹）间厚度差(3)条纹间距条纹间距第45页光程差光程差明纹明纹暗纹暗纹暗环半径暗环半径明环半径明环半径第46页1两相邻半波带上对应点发光在两相邻半波带上对应点发光在P P 处干涉相消形成暗纹处干涉相消形成暗纹2a2AB半波带半波带半波带半波带1/2/2C五五 单缝夫琅禾费衍射单缝夫琅禾费衍射*Sf f a pBA0 菲涅耳半波带法：菲涅耳半波带法：作若干垂直于作若干垂直于 束光、间距为入射光波长束光、间距为入射光波长二分之一平行平面如图所表示，这些平行平面把缝处波阵面二分之一平行平面如图所表示，这些平行平面把缝处波阵面AB 分成面积相等若干个带，称为分成面积相等若干个带，称为菲涅耳半波带。菲涅耳半波带。第47页 衍射图样光强分布：衍射图样光强分布：/a-(/a)2(/a)-2(/a)0.0470.0171I/I00相对光强曲线相对光强曲线0.0470.017sin 第48页六六 圆孔夫琅禾费衍射圆孔夫琅禾费衍射艾艾里里斑斑：艾里斑直径：艾里斑直径艾里斑半角宽度：艾里斑半角宽度：第49页刚可分辨刚可分辨不可分辨不可分辨非相干叠加非相干叠加瑞瑞利利判判据据 :对对于于两两个个等等光光强强非非相相干干物物点点,若若其其中中一一点点象象斑斑中中心心恰恰好好落落在在另另一一点点象象斑斑边边缘缘(第第一一暗暗纹纹处处),),则则此两物点被认为是此两物点被认为是刚才能够分辨刚才能够分辨第50页*光学仪器通光孔径光学仪器通光孔径两两艾艾里斑中心角距离等于每个里斑中心角距离等于每个艾艾里斑半角宽度里斑半角宽度第51页七光栅七光栅(a+b)sin =k k=0,1,2,3-光栅方程。光栅方程。xf0屏屏ab ()a b sin +第52页八八 自然光、偏振光、部分偏振光自然光、偏振光、部分偏振光线偏振光线偏振光 光振动垂直板面光振动垂直板面光振动平行板面光振动平行板面自然光自然光平行板面光平行板面光振动较强振动较强垂直板面光垂直板面光振动较强振动较强部分偏振光部分偏振光第53页PP E0 E=E0cos I0I九九 马吕斯定理马吕斯定理第54页n1n2iBiBr线偏振光线偏振光S 非布儒斯特角非布儒斯特角入射入射,反、折射光均为部分偏振光反、折射光均为部分偏振光 布儒斯特角入射布儒斯特角入射 反射光为线偏振光反射光为线偏振光起偏振角起偏振角布儒斯特角布儒斯特角十十布儒斯特定律布儒斯特定律第55页P99：例1、2；P105：例1；P110：例；P115：例；P123：例1、2；P127：例1、2；P140：例；P166：1-7、8、9、12、13、14、15、21、23、24、25、26、27、29、31、34、35、36 第56页一一 斯特藩斯特藩 玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律 维恩位移定律维恩位移定律（1 1）斯特藩斯特藩玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律（2）维恩位移定律维恩位移定律十五章量子物理二二 光子光子 爱因斯坦方程爱因斯坦方程爱因斯坦方程爱因斯坦方程逸出功逸出功第57页 19，美国物理学家康普顿在观察X射线被物质散射时，发觉散射线中含有波长发生改变了成份.三三康普顿效应康普顿效应康普顿波长康普顿波长 康普顿公式康普顿公式光子光子电子电子电子电子光子光子第58页（1）1890 年瑞典物理学家里德伯给出氢年瑞典物理学家里德伯给出氢原子光谱公式原子光谱公式波数波数 里德伯常数里德伯常数 四四 氢原子玻尔理论氢原子玻尔理论第59页（2 2）玻尔三个假设玻尔三个假设 假设一假设一 电子在原子中，能够在一些电子在原子中，能够在一些特定特定轨道上运轨道上运动而动而不不辐射电磁波，这时原子处于辐射电磁波，这时原子处于稳定稳定状态（状态（定态定态），），并含有一定能量并含有一定能量.量子化条件量子化条件频率条件频率条件 假设二假设二 电子以速度电子以速度 在半径为在半径为 圆周上绕核运动圆周上绕核运动时，只有电子时，只有电子角动量角动量 等于等于 整数倍整数倍那些轨道是那些轨道是稳稳定定 .主主量子数量子数 假设三假设三 当原子从高能量当原子从高能量 定态跃迁到低能量定态跃迁到低能量定态时，要发射频率为定态时，要发射频率为 光子光子.第60页由假设由假设 2 量子化条件量子化条件由牛顿定律由牛顿定律,玻尔半径玻尔半径（3）氢原子能级公式）氢原子能级公式第第 轨道电子总能量轨道电子总能量第61页（电离能）（电离能）基态基态能量能量激发态激发态能量能量 氢原子能级图氢原子能级图基态基态激发态激发态自由态自由态第62页五五德布罗意波德布罗意波 实物粒子二象性实物粒子二象性德布罗意假设：实物粒子含有波粒二象性德布罗意假设：实物粒子含有波粒二象性.德布罗意公式德布罗意公式2）宏观物体德布罗意波长小到试验难以测量）宏观物体德布罗意波长小到试验难以测量程度，所以宏观物体仅表现出粒子性程度，所以宏观物体仅表现出粒子性.注注 意意1）若）若 则则若若 则则第63页这就是著名海森伯测不准关系式。这就是著名海森伯测不准关系式。同理：同理：六六不确定关系不确定关系第64页1）微观粒子微观粒子同一同一方向上坐标与动量方向上坐标与动量不可同时不可同时准确测量准确测量,它们精度存在一个终极不可逾越限制它们精度存在一个终极不可逾越限制.2）不确定根源是不确定根源是“波粒二象性波粒二象性”这是自然界根这是自然界根本属性本属性.物理意义物理意义3）对对宏观宏观粒子，因粒子，因很小，所以很小，所以可视为位置和动量可视为位置和动量能同时能同时准确测量准确测量.第65页P304：例1；P309：例2；P319：例P338：例1P388：1-5、8、11、13、18、21 第66页