物理学概论期末考复习识记知识

仅供个人参考一、力学.经典力学研究对象宏观低速的物体.经典力学的公理基础时空与质量的测量有绝对意义，与观测者所处的参考系无关.伽利略变换伽利略变换：若O-x’y’z’参照系沿着x轴方向以速度v相对于O-xyz参照系运动，且t=0时两参照系的原点重合，则两参照系之间有如下关系：x'=x-vt、y'=y、z'=zt'=t两参照系描述同一运动的速度是不同的，但加速度是相等的。一切惯性系都是等价的，我们可以任取最为简洁的参照系进行计算。.经典力学的相对性原理同样的力学方程在所有惯性系中都有相同的形式.经典力学可以解决的问题宏观低速的物体的运动二、热学.热学的研究对象宏观物体的热运动规律及其应用是热学研究的基本内容之一。.热量、做功、系统内能、热力学第一定律热量，指的是由于温差的存在而导致的能量转化过程中所转移的能量。热量的公制为焦耳。做功：能量由一种形式转化为另一种的形式的过程。做功的两个必要因素：作用在物体上的力和物体在力的方向上通过的距离。经典力学的定义：当一个力作用在物体上，并使物体在力的方向上通过了一段距离，力学中就说这个力对物体做了功。不得用于商业用途仅供个人参考系统内能：系统内部分子动能和位能的总和。（红色字的为我自己根据相关内容的总结，值得商榷，希望大家讨论得到更好的答案）热力学第一定律：系统在任一过程中包括能量的传递和转化，其总能量的值保持不变。也即能量守恒定律。（公式表示uwIQ）.熵的概念、热力学第二定律牖：描写系统的混乱程度牖增原理：'遥"7热力学第二定律：热量在自发的情况下只能从高温物体传向低温物体。热传递的方向和温度梯度的方向相反。这是克劳休斯的表述，也叫牖增加原理，它表明世界将变得越来越没有秩序，越来越混乱。.热力学第三定律物质不能达到绝对零度三、电磁学.电磁学的实验基础（1）赫兹的电磁波实验1885年，赫兹利用一个具有初级和次级两个绕组的振荡线圈进行实验，偶然发现：当初级线圈中输入一个脉冲电流时，次级绕组两端的狭缝中间便产生电火花，，赫兹立刻想到，这可能是一种电磁共振现象。既然初级线圈的振荡电流能够激起次级线圈的电火花，那么它就能在邻近介质中产生振荡的位移电流，这个位移电流又会反过来影响次级绕组的电火花发生的强弱变化。1886年，赫兹设计了一种直线型开放振荡器留有间隙的环状导线C作为感应器，放在直线振荡器AB附近，当将脉冲电流输入AB并在间隙产生火花时，在C的间隙也产生火花。实际这就是电磁波的产生、传播和接收。（2）奥斯特的电流磁效应实验1819冬―1820年4月，奥斯特在给学生讲“电学、伽伐尼电流和磁学”的课程时，他考虑：电流产生的磁效应是否像电流通过导线时产生的热和光那样向四周散射，即是一种侧（横）向作用呢？在一次讲课中，他尝试将磁针放在导线的侧面。当他接通电源时，发现磁针轻微的晃动了一下！正是这一轻微的晃动，奥斯特马上意识到他多年孜孜以求的东西就要实现了。奥斯特紧抓不放，经过反复实验，查明了电流具有磁效应。1820年7月21日，发表了《电流对磁针的作用的实验》，引起了学术界的轰动。（3）法拉第的电磁感应实验.场概念场的概念：场是用空间位置函数来表征的。在物理学中，经常要研究某种物理量在空间的分布和变化规律。如果物理量是标量，那么空间每一点都对应着该物理的一个确定数值，则称不得用于商业用途

仅供个人参考此空间为标量场。如电势场、温度场等。如果物理量是矢量，那么空间每一点都存在着它的大小和方向，则称此空间为矢量场。如电场、速度场等。场是一种特殊物质，看不见摸不着，但它确实存在。比如引力场、磁场等等。.电力与磁力电力:一个电荷为q的粒子在电场中受到的电力匕’正是纵向力，这力与电场E的方向相同（当q为正电荷）或相反（当q为负电荷）.磁力（洛伦兹力）:一个电荷为q,是粒子的，运动速度为v的粒子,在磁场中受到的磁力「川’EX*是横向力，因为这力垂直于磁场B和粒子运动方向v.因此磁场不直接对电荷做功，带电粒子的能量改变来自电场..带电粒子在磁场中的回旋运动大家回忆一下高中学的那几条粒子在磁场中运动的公式就可以了。例如：r=例如：r=（mv）/（qB）T=（2（pai）m）/（qB）.电磁波谱电磁波谱：电磁辐射波长或频率按序排列的总范围。光物理.研究对象激光等。.光作为信息载体光子作为信息载体和能量载体，在现代物质文明进步中所起的作用光在信息技术方面的应用：光传输一一光纤通信；Internet（互联网）；移动通信；FSC（自由空间光通信）光储存一一光盘（信号的激光刻录、激光提取、CD\VCD\DVD….）光显示——CRT、LCD、LED、PDP、LTV .时间与长度测量的标准与根据长度与时间基准的定义：不得用于商业用途

仅供个人参考五、狭义相对论1.实验基础与爱因斯坦的假设沿MfM1fM沿MfM2fM实验基础（迈克尔孙光速测量实验）：迈克尔孙和莫雷光速测量实验（1887）若“以太〃沿MfM1fM沿MfM2fM的传播速度与时间不等，即有光程差，在目镜T中应当观察到干涉条纹.实验结果:没有观察到干涉现象.结论:"以太〃不存在！电磁场本身就是客观物质，无需“媒质〃，它以波的形式运动.爱因斯坦的两个基本假设（1905）：・相对性原理一一物理定律在所有惯性系都有相同的形式.•光速不变原理一一真空中的光速在所有惯性系、沿任何方向都是常数c,与光源运动无关..运动尺度缩短与运动的时钟延缓效应时钟延缓效应：固有时:在物体静止的卜系，测得任一过程进行的时间，称为这过程的固有时：At'=At当S'系以速度v相对于S系运动，此过程中O运动至P，.由于Ax'=0,故由洛伦兹变换上”y（At，一2Ax'） C2在S系中，测得这过程进行的时间变慢了：At=yAt= =>At\；1—(V/C)2运动时钟延缓效应的意义：①这效应决定于两个惯性系的相对速度v，与具体的运动过程无关.②这效应对两个惯性系来说是相对的.即：在S系上看S'系的时钟变慢，在S'系上看S系的时钟也变慢.③但是在加速运动（非惯性运动）情形，时间延缓效应是绝对效应（李生子佯谬）.不得用于商业用途

仅供个人参考运动尺度缩短效应：当s'系以速度V相对于s系运动5系中有一把“尺〃，其静止长度为l=[(Ax')2+(Ay')2+(Az')2]i/2这其实是空间中O'与P'两点之间的距离.由洛伦兹变换x'=7(x-vt) y，工yz，二z注意到在s系中必须同时刻观测O'和P'两点卸At=0.于是由得S系中这“尺〃在运动方向缩短为l=l/=l1--（V/C）2Ax得S系中这“尺〃在运动方向缩短为l=l/=l1--（V/C）2运动尺度缩短效应的意义(1)“尺缩〃效应只发生在与运动平行的方向上.与运动垂直的方向无此效应.⑵这效应对于两个惯性系来说是相对的.即：S系看S'系x方向的尺度缩短，S'系看S系x方向的尺度也缩短.⑶仅当*<0才有绝对长度只是相对论长度在低速条件下的近似.同时相对性、光速是自然界中相互作用的最大速度、因果律同时相对性：设车箱以速度V相对于地面运动，在车箱静止的S'系中,爆裂的弹片同时击中车箱的前后壁.即这两个事件不同地点同时发生一一同时发生的两事件，绝无因果关系.在地面(S系)的观察者看来，这两事件是同时发生的吗？绝对时空理论认为“是的〃.但相对论认为“不〃！由洛伦兹变换―V.t=7(tn x)t-1=7［（t，-1，）+—（x，-x，）］=7—（x，-x，）丰0因t==t==t x'由x'得因t==t==t x'由x'得即在地面看来，这两事件不同时.因果律：从时间次序上，在一个惯性系中，作为结果的事件必定发生在作为原因的事件之后.变换到任何其它惯性系,都必须保持这一时间次序.因果关系的绝对性”艮定了真空中的光速g是自然界一切相互作用的极限速度.不得用于商业用途仅供个人参考六、量子物理.微观粒子的波粒二象性波粒二象性1924年,deBroglie提出波粒二象性假说,与光的波粒二象性类似,这一假说把微观物质的粒子性和波动性,通过下面两式联系起来粒子能量E=hv=%3粒子动量P=-e=加 其中，l为波长，k为波矢量.九k意义一一微观粒子运动时是波，但其能量和动量都是量子化的.电子衍射现象表明：(1)微观粒子的运动无“轨道”可言；(2)从电子衍射图样可推知,波场强度大的地方，电子到达概率高,波相消因而使波场强度为零的地方,无电子到达..波函数的统计解释电子到达r处dV=d3x范围内的概率，正比于波函数的平方lv(r,t)12，在全空间内找到粒子的总概率为1：jlV(x,t)|2d3X=1因此，表示粒子的波是几率波..测不准原理不确定关系又称测不准原理，由Heisenberg于1925年提出.例如，考虑粒子在x轴方向的坐标算符X=x与动量算符p=-i力。/ax，对任X意函数V，有XpV=-i方xaVTOC\o"1-5"\h\zx axa aw但pxV=t%(xV)=一曲［x +V］x ax ax于是有 Xpv—PXv=访VX X因V是任意的，故上式可写成［X,p］三Xp-pX=访此式称为算符X与葭的对易关系.右方不为零，表示X与p不对易，它们不可能同时有确定值，或者说不可能同时测准.不得用于商业用途仅供个人参考以国N表示X测量偏差Ax平方的平均值，(Ap)2表示px x测量偏差Apx平方的平均值，可以证明方2(Ax)2"(Ap)2>一 即AxAp>力/2x4 x也就是说，若测量粒子位置可以精确到Ax，则其动量就不能精确到Ap——微观粒x子的位置和动量不可能同时测准.其它两个方向的坐标与动量，同样有AyApy>力/2，AzApj力/2这是因为经典力学中的〃轨道〃概念，对微观粒子失去意义.同样，粒子的运动时间t与其能量E也有不确定关系：加AE>力/2一般地，两个力学量算符3和B港[A,B]=AB-BA=0即A和B对易,则这两个力学量可以同时有确定值(同时测准).若[A,B]=AB-BA丰0即两者不对易，这两个力学量不会同时有确定值.不得用于商业用途仅供个人参考仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse.NurfurdenpersonlichenfurStudien,Forschung,zukommerziellenZweckenverwe