上学期大学物理总复习课省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第第1页页一一.质点直线运动矢量描述质点直线运动矢量描述1.位矢、位矢、位移、旅程位移、旅程2.速度和速率、及平均速度。速度和速率、及平均速度。1-2章章质点运动学质点运动学、刚体运动描述刚体运动描述POr(t)v运动方程运动方程、轨迹方程轨迹方程。3.加速度和平均加速度加速度和平均加速度平均加速度：平均加速度：平均速度：平均速度：第第2页页4.直角坐标系中位置矢量、速度和加速度表示直角坐标系中位置矢量、速度和加速度表示二二.运动叠加原理运动叠加原理1、平面曲线运动、平面曲线运动切向加速度和法向加速度切向加速度和法向加速度加速度禀性方程加速度禀性方程.圆周运动角量描述圆周运动角量描述角速度角速度角加速度角加速度 第第3页页三三.牛顿运动三大定律牛顿运动三大定律四四.动能定理动能定理 机械能守恒定律机械能守恒定律变力功变力功:1.功功 功率功率(1）、保守力做功、保守力做功2 2。势能。势能(2）.保守力与势能关系保守力与势能关系第第4页页(1).质点质点动能动能及及动能定理动能定理 3、动能、动能 动能定理、动能定理、机械能守恒定律机械能守恒定律(2）质点系动能定理）质点系动能定理(3)质点系功效原理质点系功效原理(4)机械能守恒定律机械能守恒定律第第5页页五五.冲量与动量冲量与动量1、动量定理、动量定理动量定理微分形式动量定理微分形式2、动量守恒定理、动量守恒定理碰撞碰撞碰撞过程碰撞过程特点特点：a)在在短时间内短时间内发生发生；b)系统总动量系统总动量(总角动量总角动量)不变不变,但单个物体动量显著改变但单个物体动量显著改变.第第6页页1.转动惯量转动惯量2.刚体定轴转动定律刚体定轴转动定律MJ 与与地位相当地位相当刚体转动动能刚体转动动能3.定轴转动动能定理定轴转动动能定理刚体转动动能定理刚体转动动能定理第第7页页5、角动量定理角动量定理6、角动量守恒定律角动量守恒定律七七.相对运动相对运动 力学相对性原理力学相对性原理2.2.力学相对性原理力学相对性原理4、角动量角动量对一个质点：对一个质点：对刚体：对刚体：1、伽利略变换式、伽利略变换式第第8页页对应关系对应关系角量角量线量线量位移位移 r角位移角位移 速度速度v=dr/dt角速度角速度 =d/dt加速度加速度a=dv/dt角加速度角加速度 =d /dt力力F=ma力矩力矩M=J 角量与线量对应关系角量与线量对应关系动量动量p=mv 角动量角动量L=J 质量质量m转动惯量转动惯量J第第9页页例题1、质量分别为m和2m、半径分别为r 和 2r 两个均质圆盘，同轴地粘在一起，能够绕经过盘心且垂直于盘面轴转动。大小圆盘都绕有轻绳，绳子下端都挂有一质量为m重物，求圆盘角加速度大小。(）m2m2rrmm解：解：联立解方程得：联立解方程得：第第10页页 例题例题2.如图所表示，转台绕中心竖直轴以角如图所表示，转台绕中心竖直轴以角速度速度 作匀速转动。转台对该轴转动惯量作匀速转动。转台对该轴转动惯量J=51O-5 kg.m。现有砂粒以现有砂粒以 1 g/s 速速率落到转台上率落到转台上，并粘在台面形成二分之一径为并粘在台面形成二分之一径为 r=0.1m圆圆。试求砂粒落到转台使转台角。试求砂粒落到转台使转台角速度变为速度变为0/2所花时间所花时间t。0第第11页页J221+=()0JJmr0=mdtdtm2Jrmdtd=510-5110-30.12()5 s00=221Jm21r=J510-5kg.m2解：因为已知：解：因为已知：因为角动量守恒因为角动量守恒,则有则有2=Jmr0r第第12页页解解:碰撞前时刻摆锤速度为碰撞前时刻摆锤速度为例题例题3.如图所表示，将单摆和一等长匀质直杆如图所表示，将单摆和一等长匀质直杆悬挂在同一点，杆质量悬挂在同一点，杆质量m与摆锤质量相等与摆锤质量相等。开。开始时直杆自然下垂，始时直杆自然下垂，将单摆摆锤拉到高度将单摆摆锤拉到高度h h0 0处处，令它自令它自静止静止状态下状态下垂垂,在在铅垂位置和直杆作弹性铅垂位置和直杆作弹性碰撞。碰撞。求碰撞后求碰撞后摆锤弹回摆锤弹回高度高度h，和和直杆下端到直杆下端到达高度达高度h。amlhol第第13页页chchhb在弹性碰撞过程中机械能也是守恒在弹性碰撞过程中机械能也是守恒:二式联立解得：二式联立解得：令碰后直杆角速度为令碰后直杆角速度为，摆锤速度大小为摆锤速度大小为 ，方向与方向与 相反相反。由角动量守恒，有由角动量守恒，有第第14页页按机械能守恒，碰撞后摆锤按机械能守恒，碰撞后摆锤到达高度到达高度h h为为:而杆质心到达高度满足而杆质心到达高度满足则杆下端：则杆下端：chchhb第第15页页例题例题4已知：均匀直杆已知：均匀直杆m，长为，长为l，初始水平静止，轴光，初始水平静止，轴光滑，滑，AO=l/4，杆下摆，杆下摆 角后，求杆转动角速度角后，求杆转动角速度。解法解法1：转动定律法转动定律法：如图，：如图，杆绕杆绕O O点转动，则对此点力矩为：点转动，则对此点力矩为：第第16页页由转动定律：由转动定律：而转动惯量是：而转动惯量是：还有解法吗还有解法吗?第第17页页解法解法2：机械能守恒方法，对杆机械能守恒方法，对杆+地球系统而言，非地球系统而言，非保守力不作功，故守恒！初始杆静止，并取此处重力保守力不作功，故守恒！初始杆静止，并取此处重力势能为零，则初始机械能为零。势能为零，则初始机械能为零。当处于图示状态时，杆动能和势能分别为：当处于图示状态时，杆动能和势能分别为：第第18页页1.相对性原理相对性原理 2.光速不变原理光速不变原理一、一、狭义相对论两条基本原理狭义相对论两条基本原理二、洛仑兹变换式二、洛仑兹变换式时空坐标变换式时空坐标变换式第第3章章相对论基础相对论基础第第19页页(一维洛仑兹速度变换式一维洛仑兹速度变换式)2.2.速度变换式速度变换式逆变换逆变换正变换正变换第第20页页三、狭义相对论时空观三、狭义相对论时空观2.2.长度长度沿运动方向沿运动方向收缩收缩 （两端点同时测）（两端点同时测）3.3.运动时钟变慢运动时钟变慢（在相对静止系中，同一地点发生）（在相对静止系中，同一地点发生）1.1.同时性相对性同时性相对性 在一个惯性系在一个惯性系不一样地点同时发生不一样地点同时发生两个事两个事件，在另一个惯性系件，在另一个惯性系一定不一样时一定不一样时发生。发生。第第21页页四、狭义相对论动力学基础四、狭义相对论动力学基础质速关系式质速关系式质速关系式质速关系式相对论动量相对论动量相对论动能相对论动能第第22页页质量亏损质量亏损爱因斯坦爱因斯坦质能关系质能关系任何宏观静止物体含有能量任何宏观静止物体含有能量相对论质量是能量量度相对论质量是能量量度动量与能量关系动量与能量关系质量亏损对应静能转换成动能质量亏损对应静能转换成动能.第第23页页例1：在惯性系S中，有两个事件发生于同一地点，且第二件事比第一件事晚发生t=2s；而在相对于S系沿x轴正向匀速运动S系中观察到第二件事比第一件事晚发生t=3s.试求：S系中发生这两事件地点间距离x。（）解：设解：设S系相对于系相对于S系速度大小为系速度大小为u。第第24页页在在S系中这两事件地点间距离系中这两事件地点间距离 x、为为第第25页页第四章第四章统计物理基础统计物理基础1、统计物理基本概念统计物理基本概念平衡态、平衡过程、状态参量、理想气体、平衡态、平衡过程、状态参量、理想气体、宏观量、微观量宏观量、微观量.等等2、理想气体物态、理想气体物态(状态）方程状态）方程或或3、压强和温度微观解释、压强和温度微观解释理想气体压强公式理想气体压强公式理想气体温度公式理想气体温度公式第第26页页1）能量按自由度均分定理）能量按自由度均分定理分子分子平均动能平均动能气体分子自由度气体分子自由度2）理想气体）理想气体内能内能和和内能增量内能增量单原子分子：单原子分子：双原子分子：双原子分子：多原子分子：多原子分子：分子分子平均平动动能平均平动动能4、能均分定理理想、气体内能、能均分定理理想、气体内能第第27页页5、概率、概率分布函数、概率、概率分布函数、统计平均统计平均值值分布函数：分布函数：（又叫概率密度又叫概率密度）分布律（概率）：分布律（概率）：第第28页页分子速率统计平均分子速率统计平均值及求法：值及求法：平均速率：平均速率：方均根速率：方均根速率：最可几速率最可几速率:由极值条件求解：由极值条件求解：第第29页页麦克斯韦分布麦克斯韦分布三种速率三种速率（1）最概然速率）最概然速率（2）平均速率）平均速率（3）方均根速率）方均根速率6 6、平均碰撞次数、平均碰撞次数 平均自由程平均自由程平均碰撞次数平均碰撞次数平均自由程平均自由程第第30页页（1）热力学第一定律）热力学第一定律第五章第五章第五章第五章热力学基础热力学基础热力学基础热力学基础2 2、热力学第一定律及其应用、热力学第一定律及其应用1 1、掌握、掌握功、热量和内能功、热量和内能等概念，了解准静态过程等概念，了解准静态过程（2）准静态过程中）准静态过程中功、热量、内能功、热量、内能计算计算热量计算：热量计算：功计算：功计算：第第31页页迈耶公式迈耶公式:定容摩尔热容定容摩尔热容:定压摩尔热容定压摩尔热容:比热容比（绝热系数）：比热容比（绝热系数）：摩尔热容摩尔热容Cm:内能改变计算：内能改变计算：内能计算：内能计算：第第32页页（3 3）热力学第一定律在四个等值过程中应用）热力学第一定律在四个等值过程中应用等容过程等容过程dW=0，等压过程等压过程p=恒量恒量第第33页页等温过程等温过程 E=0。绝热过程绝热过程第第34页页3、循环过程和卡诺循环、循环过程和卡诺循环(1)循环过程特点循环过程特点热机效率热机效率致冷系数致冷系数(2)卡诺循环卡诺循环:由由两条等温线和两条绝热线两条等温线和两条绝热线组成循环组成循环.第第35页页4、热力学第二定律、热力学第二定律熵熵开尔文与克劳修斯两种表述。开尔文与克劳修斯两种表述。(1)(1)、热力学第二定律、热力学第二定律热力学第二定律统计解释热力学第二定律统计解释.(2)(2)、熵：、熵：(系统内分子热运动无序程度量度系统内分子热运动无序程度量度)玻尔兹曼玻尔兹曼熵熵公式：公式：（其中其中w是是热力学几率热力学几率）热力学几率热力学几率w ：表示任一宏观态所对应微观态数表示任一宏观态所对应微观态数.克劳修斯克劳修斯熵公式：熵公式：熵计算熵计算:可逆过程、不可逆过程。可逆过程、不可逆过程。第第36页页对不可逆过程对不可逆过程:只有对可逆过程只有对可逆过程，熵改变熵改变dS 才等于其才等于其热温比热温比。（3）熵增原理）熵增原理:孤立系统内不论进行什么过程，系统熵不会降低孤立系统内不论进行什么过程，系统熵不会降低.计算熵时先计算熵时先设计一个始末状态相同设计一个始末状态相同可逆过程来代替可逆过程来代替。然后再应用热温比进行熵变计算然后再应用热温比进行熵变计算即，即，在不可逆过程中在不可逆过程中“热温比热温比”小于熵变小于熵变！第第37页页 1.1.一循环过程如右图所表示，试指出：一循环过程如右图所表示，试指出：(1)(1)各是什么过程；各是什么过程；(2)(2)画出对应画出对应(p p-V V)图；图；(3)(3)该循环是否是正循环该循环是否是正循环?(4)(4)该循环作功是否等于直角三角形面积该循环作功是否等于直角三角形面积?(5)(5)用图中热量表述其热机效率或致冷系数用图中热量表述其热机效率或致冷系数解：解：(1)(1)ab 是等容升温过程是等容升温过程;bcbc过程过程:从图知有斜率从图知有斜率k=v/Tk=v/T 其体积与温度成正比。其体积与温度成正比。bc为为等压降温过程等压降温过程;ca 为等温膨胀过程为等温膨胀过程.(2)p-v图图如右图示如右图示.(3)是逆循环是逆循环.第第38页页(4)(4)该循环作功不等于直角三角形面积，因为该循环作功不等于直角三角形面积，因为直角三角形直角三角形不是在不是在p-vp-v图中图形图中图形(5)因为是因为是逆循环逆循环,所以对应是所以对应是制冷制冷系数。系数。系统从低温热系统从低温热源源中吸热为中吸热为Q2，则有：则有：第第39页页2.一定量理想气体循环过程如右图所表示，从初始状态a(P1V1)开始经过b、c过程,最终经等温过程而完成一个循环。求：该循环过程中系统对外所作功和所吸收热量。（题,自己完成）解：解：ab是等容降温过程是等容降温过程;Wab=0=0 所以循环过程中总功：所以循环过程中总功：bc bc是等压膨胀过程是等压膨胀过程:ca ca 为等温压宿过程为等温压宿过程:吸收热量吸收热量：第第40页页3.一理想气体在p-V图上相交于A点，如图。已知A点压强 .而且A点处等温线斜率与绝热线斜率之比为0.714.现使气体从A点绝热膨胀至B点，其体积 。求：(1)、B点压强；(2)、在此过程中气体对外所作功（考题）ABoP1V1V2VP解解:因为等温线斜率与绝热线因为等温线斜率与绝热线斜率之比为斜率之比为0.714.0.714.而而第第41页页(1)A到到B是绝热过程是绝热过程,有有(2)A到到B是绝热过程做功是绝热过程做功代入得代入得:第第42页页4.用熵增加原理证实热量传导不可逆（04和）。证实：证实：设一孤立系统是由高低热源（设一孤立系统是由高低热源（T1T2)组成，那组成，那么，达平衡态时有热量么，达平衡态时有热量Q 由高热源传到低热源。即：由高热源传到低热源。即：()01SQ=T21T1反之，若存在逆过程，那么有热量反之，若存在逆过程，那么有热量Q 自发由低温自发由低温热源传到高温热源，即：热源传到高温热源，即：()01SQ=T11T2第第43页页1.1.简谐振动特征与规律简谐振动特征与规律A.动力学特征：动力学特征：B.运动学特征：运动学特征：C.规律：规律：第六、七章第六、七章第六、七章第六、七章 振动、波动振动、波动振动、波动振动、波动第第44页页2.2.描写振动基本物理量及其关系描写振动基本物理量及其关系A.振幅：振幅：AB.角频率、频率和周期角频率、频率和周期C.初相位：初相位：由系统决定角频率：由系统决定角频率：3.3.旋转矢量法表示简谐振动旋转矢量法表示简谐振动4 4、简谐振动能量、简谐振动能量A.动能：动能：B.势能：势能：C.特点：机械能守恒特点：机械能守恒第第45页页5.5.简谐振动合成简谐振动合成A.同方向同频率：同方向同频率：B.同方向不一样频率：同方向不一样频率：拍拍拍频为：拍频为：C.两个相互垂直同频率振动：椭圆两个相互垂直同频率振动：椭圆D.两个相互垂直不一样频率振动：李萨如图两个相互垂直不一样频率振动：李萨如图第第46页页6.6.平面简谐波波动方程平面简谐波波动方程7.7.描写波动物理量及其关系描写波动物理量及其关系周期：周期：T由波源决定由波源决定波速：波速：u由介质决定由介质决定波长：波长：第第47页页8.波能量波能量动能和势能总是相等，任意体积元中机械能不守恒。动能和势能总是相等，任意体积元中机械能不守恒。9.波干涉波干涉相干条件相干条件：同振动方向，同频率，位相差恒定。：同振动方向，同频率，位相差恒定。加强条件加强条件位相差位相差减弱条件减弱条件第第48页页10.10.驻波：驻波：两列振幅相同、相向传输相干波叠加形成驻波。波两列振幅相同、相向传输相干波叠加形成驻波。波腹与波节相间，相邻两波节（或波腹）间距为腹与波节相间，相邻两波节（或波腹）间距为半波损失：半波损失：入射波在界面处反射时位相发生突变现象。入射波在界面处反射时位相发生突变现象。11.11.多普勒效应多普勒效应其中：波源静止时其中：波源静止时观察者静止时观察者静止时相互靠近时，相互靠近时，V0、Vs均为正值，均为正值，频率增加；频率增加；相互远离时相互远离时，V0、Vs均为负值，均为负值，频率降低频率降低。第第49页页1.将单摆拉到与铅直方向成将单摆拉到与铅直方向成角时，放手任其自由摆角时，放手任其自由摆动。则角是否为初位相？为何？又单摆角速度是否为动。则角是否为初位相？为何？又单摆角速度是否为谐振动圆频率？谐振动圆频率？2.什么是波速？什么是振动速度？有何不一样什么是波速？什么是振动速度？有何不一样？各由什么计算公式计算？各由什么计算公式计算？二、思索题二、思索题3.3.有些人认为频率不一样、振动方向不一样、相位差不有些人认为频率不一样、振动方向不一样、相位差不恒定两列波不是相干波，所以不能迭加。这种看法对不恒定两列波不是相干波，所以不能迭加。这种看法对不对？对？为何？为何？第第50页页4.用旋转矢量讨论以下各题：用旋转矢量讨论以下各题：（1）右图为某谐振动）右图为某谐振动x-t曲线，曲线，则初位相则初位相，P时刻时刻位相为，振动方程位相为，振动方程为。为。xP5.5x(m)t(s)-.P5.5x(m)t(s)-.P5.50.1第第51页页x(2)某振动振幅为某振动振幅为A，周期为，周期为T，设，设tT/4时，时，质点位移为质点位移为x=，且向正方向运动且向正方向运动。则。则振动初位相为振动初位相为t=0因为设因为设t tT/4T/4时，质点时，质点位移为位移为 且向正方向运动，且向正方向运动，则此时质点必在第三象限则此时质点必在第三象限由此可推出由此可推出t=0t=0时质点时质点必在第二象限必在第二象限。第第52页页1、轴在同一水平面上两个相同圆柱体轴在同一水平面上两个相同圆柱体,两轴相距两轴相距2L=0.49m,它们以相同角速度它们以相同角速度相向转动。相向转动。一质量为一质量为m 木木板搁在两圆柱体上板搁在两圆柱体上,木板与圆柱体之间滑动摩擦系数为木板与圆柱体之间滑动摩擦系数为=0.1=0.1。木板偏离对称位置后将怎样运动？周期为多少？木板偏离对称位置后将怎样运动？周期为多少？以两轮中心连线之中点为坐标以两轮中心连线之中点为坐标原点原点,木板质心位于木板质心位于 x x 处处 木板受力木板受力x 向：摩擦力向：摩擦力 f1、f2 y 向：重力向：重力 mg支持力支持力 N 1、N2解解三、计算题三、计算题第第53页页以两轮中心连线之中点为坐以两轮中心连线之中点为坐标原点标原点,木板质心位于木板质心位于 x x 处处 由上可得由上可得(木板作简谐振动木板作简谐振动 )整理后可得整理后可得解解木板受力木板受力第第54页页2、一列一列沿沿x 正向传输正向传输简谐波，已知简谐波，已知 t1=0时和时和 t2=0.25s时波形如图所表示。试求：时波形如图所表示。试求：(1)(1)P点振动表式点振动表式;(2)(2)此波波动表式此波波动表式;(3)(3)画出画出 o 点振动曲线。点振动曲线。x/moy/m0.20.45ut1=0t2=0.25sP.第第55页页A=0.2m 解解:T=1s=40.25 0.4534=0.6mx/moy/m0.20.45ut1=0t2=0.25sP.从图可知：从图可知：o o点振动表式点振动表式由波形图可判断由波形图可判断 此波是此波是右行波右行波2+0.2tcos=2yO第第56页页2+0.2tcos=2yO或：实际上或：实际上,因为因为p点向上运动点向上运动,所以所以(2)(2)求此波波动表式求此波波动表式(3)(3)o o 点振动曲线点振动曲线（图略）（图略）(1)(1)P P点振动表式点振动表式第第57页页3.3.一声波振幅为一声波振幅为0.1m,0.1m,频率频率 为为v=300 Hz,300 Hz,在空气中声速为在空气中声速为 u空空=300 ms=300 ms-1-1,水中声速为水中声速为 u水水=1500 ms1500 ms-1-1,声波自水面声波自水面 上方上方5 m 5 m 处向下传输处向下传输 ,设设 t=0t=0时时,声源处于最大位移处声源处于最大位移处.x声源声源水水 求：求：空气中和水中波动方程空气中和水中波动方程 ；离水面上下各离水面上下各1m1m处处x x1 1 和和x x2 2 两点位相差两点位相差(不计反射波不计反射波,且在两种且在两种媒质中波振幅不变媒质中波振幅不变)。第第58页页x声源声源水水 空气中波动方程空气中波动方程水中波动方程水中波动方程解解t=0t=0时时,声源处于最大位移处声源处于最大位移处,第第59页页A=0.1m,=300Hz,u空气空气=300ms-1,u水水=1500ms-1x xx x2 2x1声源水水 空气中波动方程空气中波动方程水中波动方程水中波动方程 x x1 1 处位相处位相 x x2 2 处位相处位相 位相差位相差第第60页页在距原点在距原点5 m 5 m 处有一波密媒质反处有一波密媒质反射面射面 AB,AB,波传至波传至 AB AB 全部被反全部被反射。射。求：求：反射波波动方程；反射波波动方程；驻波方程驻波方程 ；0 x5m 0 x5m 内波内波节、波腹位置节、波腹位置 。疏疏密密B BA A5m5m 由入射波波动方程由入射波波动方程o o点振动方程点振动方程 o o 点振动传至点振动传至 AB AB 再反再反射到射到 x x 处所需时间处所需时间 考虑反射时有半波损失考虑反射时有半波损失,反射波波动方程反射波波动方程4 4、一、一 平面简谐波平面简谐波解解第第61页页在距原点在距原点 5 m 5 m 处有一波密媒质处有一波密媒质反射面反射面 AB,AB,波传至波传至 AB AB 全部全部被反射。求被反射。求 ：反射波波动方反射波波动方程程 ；驻波方程驻波方程 ；0 x 0 x 5m 5m 内波节、波腹位置内波节、波腹位置 。疏疏密密B BA A5m5m 反射波波动方程反射波波动方程 0 x 5m 0 x 5m4 4、一、一 平面简谐波平面简谐波 驻波方程驻波方程波节位置波节位置波腹位置波腹位置解解第第62页页5.5.已知汽车已知汽车驶过车站前后静止观察者驶过车站前后静止观察者测得声音测得声音频率改变由：频率改变由：得：得：求：求：汽车行驶速度大小。汽车行驶速度大小。解：解：由多普勒公式：由多普勒公式：第第63页页第八章第八章 波动光学波动光学（一）（一）光涉及其相干条件光涉及其相干条件1、光波、光波光是光是一定波段电磁波一定波段电磁波。它包含。它包含红外线红外线、可见光可见光、紫外线和紫外线和X射线射线。可见光可见光波长范围波长范围:一、一、光干涉光干涉2、光程、光程差与相位差关系、光程、光程差与相位差关系3、取得相干光方法、取得相干光方法分波阵面、分振幅、分波阵面、分振幅、分振动面分振动面第第64页页（二）分波阵面干涉（二）分波阵面干涉杨氏双缝杨氏双缝干涉干涉试验试验3）两）两相邻明（或暗）条纹间距离称为条纹间距：相邻明（或暗）条纹间距离称为条纹间距：4 4）干涉条纹特点：）干涉条纹特点：1）干涉条件）干涉条件:2）明（或暗）条纹位置：明（或暗）条纹位置：第第65页页1、等倾干涉、等倾干涉（三）分振幅干涉（三）分振幅干涉在厚度为在厚度为e均匀介质上均匀介质上干涉条件干涉条件条纹形状条纹形状：内疏外密、内疏外密、明暗相间同心圆环。越靠近中心，明暗相间同心圆环。越靠近中心，干涉级越高。干涉级越高。应用：增透膜和增反膜应用：增透膜和增反膜垂直入射垂直入射 i=0第第66页页2、等厚干涉、等厚干涉平行光投射到平行光投射到厚度不均匀厚度不均匀透明薄膜上时透明薄膜上时,产生干涉。产生干涉。（垂直入射（垂直入射i=0）干涉条件干涉条件1).1).劈尖干涉（劈形膜）劈尖干涉（劈形膜）任意相邻明条纹任意相邻明条纹(或暗条纹或暗条纹)间距为间距为l：棱边处，棱边处，e=0,=/2，有半波损失时，棱边是一有半波损失时，棱边是一暗条纹暗条纹条纹形状条纹形状：是一系列是一系列明暗相间、相互平行棱边直条纹。明暗相间、相互平行棱边直条纹。第第67页页2).牛顿环牛顿环 条纹形状条纹形状：以平凸透镜与平面玻璃板接触点为圆心，：以平凸透镜与平面玻璃板接触点为圆心，明暗相间明暗相间不等间距不等间距，内疏外密内疏外密同心圆环。同心圆环。3 3）迈克耳逊干涉仪）迈克耳逊干涉仪牛顿环牛顿环半径半径M1与与M2严格垂直严格垂直等倾干涉等倾干涉M1与与M2不不垂直垂直等厚干涉等厚干涉条纹移动条纹移动N条，光程差改变条，光程差改变N，可动镜移动可动镜移动第第68页页（四）（四）“光干涉光干涉”要要注意问题注意问题1、了解相干光条件，是哪两束光产生干涉，、了解相干光条件，是哪两束光产生干涉，正确计算两条相干光线光程差。正确计算两条相干光线光程差。2、在包括到反射光线时，必须考虑有没有半、在包括到反射光线时，必须考虑有没有半波波损失。损失。3、透镜不引发附加光程差。、透镜不引发附加光程差。第第69页页1、惠更斯、惠更斯菲涅耳原理菲涅耳原理(一一)、光衍射现象及其分类光衍射现象及其分类衍射实质乃是干涉，只不过衍射是无限多子波衍射实质乃是干涉，只不过衍射是无限多子波相干叠加。相干叠加。关键思想是：子波相干叠加思想关键思想是：子波相干叠加思想2、衍射分类：、衍射分类：菲涅耳衍射（近场）菲涅耳衍射（近场）夫琅和费衍射（远场）夫琅和费衍射（远场）二、光衍射二、光衍射第第70页页（二）、单缝夫琅和费衍射（二）、单缝夫琅和费衍射中央明条纹角宽度中央明条纹角宽度1.单缝衍射明暗纹公式单缝衍射明暗纹公式（单色光垂直入射）（单色光垂直入射）:非以上值：非以上值：中央明纹中央明纹明纹明纹暗纹暗纹介于明纹与暗纹之间介于明纹与暗纹之间02.条纹宽度条纹宽度:中央明条纹线宽度中央明条纹线宽度其它相邻明条纹宽度其它相邻明条纹宽度第第71页页（三）、圆孔夫琅和费衍射（三）、圆孔夫琅和费衍射爱里斑半角宽度：爱里斑半角宽度：1、爱里斑：、爱里斑：第一暗环所围成中央光斑。第一暗环所围成中央光斑。2、光学仪器分辨本事光学仪器分辨本事 在恰能分辨时在恰能分辨时-最小分辨角。最小分辨角。等于爱里斑半角宽度等于爱里斑半角宽度,即：即：爱里斑半径：爱里斑半径：最小分辨角倒数最小分辨角倒数光学仪器分辨率光学仪器分辨率:第第72页页（四）、光栅衍射（四）、光栅衍射1、光栅公式（方程）、光栅公式（方程）(a+b)sin =k k=0,1,2,3 3、缺级现象：、缺级现象：(a+b)sin =k 明纹明纹 光栅衍射条纹是光栅衍射条纹是单缝衍射与多缝干涉总效果。单缝衍射与多缝干涉总效果。亮纹亮纹位置决定于缝间光线干涉结果。位置决定于缝间光线干涉结果。2 2、光栅衍射条纹、光栅衍射条纹当同时满足当同时满足:a sin =k 衍射暗纹衍射暗纹第第73页页（五）、（五）、X射线衍射射线衍射布喇格公式布喇格公式：2dsin =k k=1,2,3 （六）（六）“光衍射光衍射”要要注意问题注意问题1、区分双缝干涉与单、区分双缝干涉与单缝衍射缝衍射2、衍射条纹特点和形成明暗条纹条件、衍射条纹特点和形成明暗条纹条件3、处理光栅衍射时注意有没有缺级现象和、处理光栅衍射时注意有没有缺级现象和用复色光时衍射谱线有没有重合现象。用复色光时衍射谱线有没有重合现象。第第74页页(一一)、自然光和、自然光和偏振光偏振光自然光自然光:线偏振光：线偏振光：光振动平行板面光振动平行板面光振动垂直板面光振动垂直板面(二二)、起偏和检偏起偏和检偏起偏：使自然光（或非偏振光）变成线偏振光过程。起偏：使自然光（或非偏振光）变成线偏振光过程。检偏：检验入射光偏振性。检偏：检验入射光偏振性。第第75页页入射线偏振光光强入射线偏振光光强-I1透射线偏振光光强透射线偏振光光强-I(三三)、马吕斯马吕斯定律定律消光消光透射光强透射光强 I 为零情况为零情况(四四)、布儒斯特定律布儒斯特定律布儒斯特角与折射角关系布儒斯特角与折射角关系第第76页页1 1、杨氏干涉试验中影响干涉条纹原因有哪些？、杨氏干涉试验中影响干涉条纹原因有哪些？因为因为强度由光程差决定强度由光程差决定，任何原因只要引发光程差改变，任何原因只要引发光程差改变就必定会造成干涉条纹移动。如就必定会造成干涉条纹移动。如d d、D D、及及光源沿竖直方向光源沿竖直方向上下移动上下移动等。等。思索题思索题假如在假如在S1后贴一红色薄玻璃纸后贴一红色薄玻璃纸，S2贴一黄色薄玻璃纸贴一黄色薄玻璃纸 能否看到干涉条纹？能否看到干涉条纹？2 2、在杨氏干涉试验中：、在杨氏干涉试验中：（看不到。因为红色光和黄色光频率不一样，所以不能干涉。）（看不到。因为红色光和黄色光频率不一样，所以不能干涉。）假如用两个小灯泡代替双缝在屏上能否看到干涉条纹？假如用两个小灯泡代替双缝在屏上能否看到干涉条纹？（看不到。因为小灯泡不是相干光源）（看不到。因为小灯泡不是相干光源）第第77页页3 3、干涉和衍射区分与联络、干涉和衍射区分与联络 干涉和衍射干涉和衍射二者本质都是波相干迭加结果，二者本质都是波相干迭加结果，只是参加相干迭加对象有所区分。只是参加相干迭加对象有所区分。干涉和衍射出现花样都是明暗相间条纹，但在干涉和衍射出现花样都是明暗相间条纹，但在强度分布上有间距均匀与相对集中不一样；强度分布上有间距均匀与相对集中不一样；在普通问题中干涉和衍射二者作用是同时存在，在普通问题中干涉和衍射二者作用是同时存在，干涉装置中衍射效应不能忽略时，则干涉装置中衍射效应不能忽略时，则干涉条纹分布要干涉条纹分布要受到单缝衍射因子调制，受到单缝衍射因子调制，各干涉级强度不再相等。各干涉级强度不再相等。如光栅如光栅干涉是有限几束光迭加干涉是有限几束光迭加，而，而衍射则是无穷屡次波衍射则是无穷屡次波相干迭加相干迭加，前者是粗浅后者是精细迭加；，前者是粗浅后者是精细迭加；第第78页页4 4、若要使线偏振光光振动方向改变、若要使线偏振光光振动方向改变9090o o，最少需要，最少需要几块偏振片？这些偏振片怎样放置才能使透射光强最大？几块偏振片？这些偏振片怎样放置才能使透射光强最大？解解 最少需要两块相互平行放置偏振片。因为要使线偏振光光振最少需要两块相互平行放置偏振片。因为要使线偏振光光振动方向改变动方向改变9090o o，那么，第二块偏振片偏振化方向必须与线偏振光，那么，第二块偏振片偏振化方向必须与线偏振光振动方向垂直。振动方向垂直。分析：分析：设第一块偏振片偏振化方向与线偏振光振动方向成设第一块偏振片偏振化方向与线偏振光振动方向成 角，角，第二块偏振化方向与第一块偏振化方向成第二块偏振化方向与第一块偏振化方向成 角，则（角，则（+=9090o o）。）。假如入射光强度为假如入射光强度为I Io o 由由马吕斯马吕斯定律定律得穿过第二块偏振片后透射光得穿过第二块偏振片后透射光强强I I=coscos2 2 coscos2 2 =sinsin2 2(2(2)所以，当所以，当=4545o o时，时，=4545o o时时I I 有极大有极大值。值。结论结论：由此可知，这两偏振片偏振化方向与线偏振光：由此可知，这两偏振片偏振化方向与线偏振光光振动方向相继差光振动方向相继差4545o o放置时，才能使透射光强最大。放置时，才能使透射光强最大。第第79页页6、怎样测定不透明电介质折射率？、怎样测定不透明电介质折射率？由布儒斯特定律由布儒斯特定律 因为因为n1 1=1,=1,只要只要测测出出i i0 0,便可便可测定不透明电介质折测定不透明电介质折射率射率n2 25、等倾干涉等倾干涉、牛顿环牛顿环、迈克尔孙干涉仪迈克尔孙干涉仪试验中干涉条纹试验中干涉条纹都是些内疏外密明暗相间同心圆环都是些内疏外密明暗相间同心圆环，试说明它们干涉条，试说明它们干涉条纹不一样之处。纹不一样之处。（等倾干涉和迈克尔孙干涉仪圆形条纹性质完全一样，都是等（等倾干涉和迈克尔孙干涉仪圆形条纹性质完全一样，都是等倾干涉产生条纹倾干涉产生条纹 。但牛顿环则是等厚干涉产生条纹。但牛顿环则是等厚干涉产生条纹 ）第第80页页练习 1 （）在双缝干涉试验装置中，屏幕到双缝距高在双缝干涉试验装置中，屏幕到双缝距高D 远大于双缝之间距离远大于双缝之间距离d，单色光源，单色光源S0到两缝到两缝S1和和S2距离分别为距离分别为l1和和l2，且，且 ，为入射光波为入射光波长。长。求：求：（1）零级明条纹到屏幕中央）零级明条纹到屏幕中央O点间距；点间距；（2）相邻明条纹间距。）相邻明条纹间距。S0S2S1l1l2doD第第81页页（1）设零级明条纹到屏幕中央）设零级明条纹到屏幕中央O点间距为点间距为x由几何关系有：由几何关系有：（2）因为相邻明条纹间距为：）因为相邻明条纹间距为：只与只与 、d 和和D相关，与其它原因无关，所以仍是相关，与其它原因无关，所以仍是 上式不变。上式不变。练习练习 1 简解简解第第82页页练习 2 （04和）在双缝干涉试验装置中，屏幕到双缝距高在双缝干涉试验装置中，屏幕到双缝距高D=120cm,双缝之间距离双缝之间距离d=0.50mm，入射光波入射光波长长=500nm单色光垂直照射双缝单色光垂直照射双缝。求：求：（1）第五级明条纹坐标）第五级明条纹坐标x=?（屏中央（屏中央O点上方）；点上方）；（2）S1 缝上覆盖一厚度为缝上覆盖一厚度为h=0.01mm，折射率为，折射率为n=1.58介质介质.则此时第则此时第5级明条纹坐标级明条纹坐标x=？解解（1）第第83页页由几何关系有：由几何关系有：实际上是实际上是此时此时零级条纹与原来零级条纹之间零级条纹与原来零级条纹之间距离加距离加上这上这5条明纹间距便得此时第条明纹间距便得此时第5级明纹级明纹坐标坐标。（2）S1 缝上覆盖介质后缝上覆盖介质后整体条纹上移。此时整体条纹上移。此时从从S1和和S2发出相干光产生第发出相干光产生第5级明纹所对应条件：级明纹所对应条件：代入上式有：代入上式有：第第84页页练习3：在牛顿环装置平凸透镜和平板玻璃间充满折射率为1.33透明液体，平凸透镜曲率半径R=300cm，波长为=650nm单色平行光垂直照射在观察牛顿环上。求(1)由中心往外数第 10个明环所在处液体厚度；（2）第10个明环半径。(考题)(1)设设第第10个明环所在处液体厚度个明环所在处液体厚度为为e10由明纹条件由明纹条件（2）第第10个明环半径个明环半径r10第第85页页一束平行光一束平行光垂直入射垂直入射到某个光栅上，该光束有两到某个光栅上，该光束有两种波长种波长 1=4000,2=6000。试验发觉，距中央明纹。试验发觉，距中央明纹5.0cm处处,1第第k级主极大和级主极大和 2第第(k+1)级主极大级主极大重合，设重合，设置于置于光栅和屏凸镜焦距为光栅和屏凸镜焦距为1.0m.练习 4 （）简解简解:1).求级数求级数k2).求光栅常数求光栅常数d。求求:1).上述级数上述级数k；）光栅常数；）光栅常数d。第第86页页 一单色光垂直入射到一单色光垂直入射到厚度是均匀折射率为厚度是均匀折射率为n2=1.30油油膜上，膜上，油油膜覆盖在膜覆盖在折射率为折射率为n3=1.50 玻璃板上。若单玻璃板上。若单色光波长是由光源连续调整，色光波长是由光源连续调整，在调整中可观察到在调整中可观察到500nm和和700nm两种波长光在反射中消失，两种波长光在反射中消失，求这膜厚求这膜厚度。度。练习 （）解：解：由题意得知是等倾干涉由题意得知是等倾干涉,且干涉相消且干涉相消,又无半波损失又无半波损失第第87页页