大學(xué)物理下冊基本概念及規(guī)律(百)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上大學(xué)物理下冊B基本概念及規(guī)律總結(jié)1 點(diǎn)電荷的模型點(diǎn)電荷：當(dāng)帶電體的形狀和大小與它們之間的距離相比可以忽略時(shí)，可以把帶電體看作點(diǎn)電荷。對點(diǎn)電荷模型應(yīng)注意：（1）點(diǎn)電荷概念和大小具有相對意義，即它本身不一定是很小的帶電體。只要兩個(gè)帶電體的線度與它們之間距離相比可忽略，就可把它們簡化為點(diǎn)電荷，另外，當(dāng)場點(diǎn)到帶電體的距離比帶電體的線度大得多時(shí)也可以把帶電體簡化為點(diǎn)電荷。（2）點(diǎn)電荷是具體帶電體（其形狀沒有限制）抽象出來的理想化模型，所以不能把點(diǎn)電荷當(dāng)作帶電小球。（3）點(diǎn)電荷不同于微小帶電體。因帶電體再小也有一定的形狀和電荷分布，還可以繞通過自身的任意軸轉(zhuǎn)動，點(diǎn)電荷則不同。（4

2、）一個(gè)帶電體在一些問題中可簡化為點(diǎn)電荷，在另一些問題中則不可以。如討論帶電體表面附近的電性質(zhì)時(shí)就不能把帶電體簡化為點(diǎn)電荷。2 庫侖定律的適用范圍， 表示對作用，由指向的矢量。適用條件：（1）真空中。（2）點(diǎn)電荷之間（相對觀察者靜止的電荷）。（3）當(dāng)空間有兩個(gè)以上的點(diǎn)電荷時(shí)，作用在某一點(diǎn)電荷上的總靜電力等于其它各點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)對該電荷所施加靜電力的矢量和電場力的疊加原理。3 特殊電場、磁場的基本公式電場強(qiáng)度的計(jì)算由疊加原理和點(diǎn)電荷場強(qiáng)公式原則上可以求出任意帶電系統(tǒng)產(chǎn)生的電場的場強(qiáng)分布。對點(diǎn)電荷系 ,任意一點(diǎn)的場強(qiáng)：對電荷連續(xù)分布的帶電體，任一點(diǎn)的場強(qiáng) 當(dāng)電荷為線分布，為線電荷密度，積分應(yīng)遍及整

3、個(gè)帶電導(dǎo)線。當(dāng)電荷為面分布，為面電荷密度，積分應(yīng)遍及整個(gè)帶電曲面。當(dāng)電荷為體分布，為體電荷密度，積分應(yīng)遍及整個(gè)帶電體。 磁場強(qiáng)度 在應(yīng)用安培環(huán)路定理時(shí)為避免出現(xiàn)分子電流項(xiàng)，引入的輔助矢量： ，單位為。在各向同性介質(zhì)中，稱為磁化率，是一個(gè)純數(shù)。順磁質(zhì)中，抗磁質(zhì)中。由此和的關(guān)系為 ：，稱為介質(zhì)的磁導(dǎo)率。磁感應(yīng)強(qiáng)度的計(jì)算直電流在空間任意一點(diǎn)的磁場無限長載流直導(dǎo)線在空間任意一點(diǎn)的磁場圓電流在軸線上各點(diǎn)的磁場圓電流在圓心處的磁場載流長圓柱體的磁場均勻密繞螺線管軸線上的磁場，其中，而為單位長螺線管的匝數(shù)；均勻密繞無限長螺線管內(nèi)的磁場；這些計(jì)算公式在求解問題時(shí)可以直接使用。4 場強(qiáng)疊加原理（電、磁）電場的疊

4、加原理:點(diǎn)電荷系在空間任意一點(diǎn)產(chǎn)生的總場強(qiáng)，等于各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)的矢量和，即空間任一點(diǎn)處場強(qiáng) 磁場的疊加原理:該原理表明多個(gè)電流在空間某點(diǎn)產(chǎn)生的磁場，等于各電流單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)處產(chǎn)生的磁場的矢量和。 5 靜電場的環(huán)流定理、高斯定理（真空介質(zhì)）靜電場的環(huán)流定律 與靜電場力做功與路徑無關(guān)的結(jié)論是等價(jià)的，說明靜電場是保守場，靜電力是保守力，可以引入電勢能和電勢的概念。高斯定理 e式中，表示通過場中任意閉合曲面的電通量。表示閉合曲面內(nèi)電荷代數(shù)和，這些電荷可以是自由電荷，也可以是束縛電荷。6 電偶極子在中垂線或延長線上的場電偶極子產(chǎn)生的場 （延長線上）， （中垂面上）。7 靜電場能量

5、、磁場能量密度表達(dá)式靜電場能量密度， 內(nèi)靜電場總能量。磁場的能量一個(gè)載流線圈，在通電過程中，電源克服線圈上自感電動勢作功，因而載流線圈中具有能量： 磁能密度 建立電流的過程也是建立磁場的過程，實(shí)際上能量儲存在磁場中，單位體積中磁場能量（磁能密度）為： 整個(gè)磁場的能量為：，式中為磁場所占的空間體積。8 電容器能量的普遍公式孤立導(dǎo)體或電容器儲存的能量 9電容器串、并聯(lián)串聯(lián)的特點(diǎn)：各電容器的極板上所帶電量相等，總電勢差為各電容器上電勢差之和。等效電容由進(jìn)行計(jì)算。并聯(lián)的特點(diǎn)：電容器兩極板間的電勢差相等，不同電容器的電量不等，電容大者電量多。等效電容為各串聯(lián)電容器的電容之和，。10、極化電荷面密度 在外

6、電場中，電介質(zhì)會極化，在局部會出現(xiàn)極化電荷。對于均勻介質(zhì)，一般其內(nèi)部無極化電荷，極化電荷只出現(xiàn)在表面或界面上，這可用極化電荷面密度來描寫。外電場越強(qiáng)，介質(zhì)被極化的程度越強(qiáng)烈，點(diǎn)極化強(qiáng)度P也就越大，同時(shí)電解質(zhì)表面或者界面上出現(xiàn)的極化電荷也就越多。所以說，電極化強(qiáng)度P與極化電荷面密度有某種關(guān)系，如下：對于同性均勻電介質(zhì)的極化，電介質(zhì)表面某處極化電荷密度的大小與該處電極化強(qiáng)度P在表面法線上的分量值相同，即：=P·cos=P·en在兩種電介質(zhì)的界面張也會出現(xiàn)極化電荷。在電極化強(qiáng)度為P1的電介質(zhì)一側(cè)有極化電荷1=P1·en1，在電極化強(qiáng)度為P2的電介質(zhì)一側(cè)有極化電荷2=P2

7、·en2，故，總的極化電荷面密度= P1·en1+ P2·en2，考慮到en1=- en2，有：= （P1 P2 ）·en111、畢奧·薩法爾定律 磁場力公式 畢奧薩伐爾定律 式中為電流元矢量，方向沿電流的正方向，為真空磁導(dǎo)率，為電流元所在處到場點(diǎn)的位置矢量。從該定律可以直接得到在直電流的延長線和反向延長線上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。它是求解磁場的基本規(guī)律。從電流元的磁場出發(fā)，利用場疊加原理得到計(jì)算線電流產(chǎn)生磁場的公式應(yīng)用上式在教材中導(dǎo)出了一些電流產(chǎn)生磁場的計(jì)算公式，包括：一段直電流在空間任意一點(diǎn)的磁場；無限長載流直導(dǎo)線在空間任意一點(diǎn)的磁場；圓電流

8、在軸線上各點(diǎn)的磁場；圓電流在圓心處的磁場；載流長圓柱體的磁場；均勻密繞螺線管軸線上的磁場，其中，而為單位長螺線管的匝數(shù)；均勻密繞無限長螺線管內(nèi)的磁場；這些計(jì)算公式在求解問題時(shí)可以直接使用。磁場力公式（洛倫茲力）：以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，可得，磁場力F=q·v×B安培定律電流元在磁場中受磁力作用：該定律是計(jì)算磁場對電流產(chǎn)生作用的基本定律。一段任意形狀載流導(dǎo)線在磁場中受到的安培力為。應(yīng)用上式時(shí)，應(yīng)該注意載流導(dǎo)線上各點(diǎn)的磁場是否均勻及磁力的分布特點(diǎn)。如果載流導(dǎo)線上各點(diǎn)的磁場相等，并且載流導(dǎo)線是一段直電流，可以先求出導(dǎo)線處的磁場，然后用公式求出結(jié)果；如果載流導(dǎo)線上各點(diǎn)所受的磁力的大小不同，但

9、方向相同，可以先在載流導(dǎo)線上取一小線段，求出段電流所受的磁力，然后通過標(biāo)量積分得結(jié)果；如果載流導(dǎo)線上各點(diǎn)所受的磁力的大小不同，方向分布在一個(gè)平面上，可以先在載流導(dǎo)線上取一電流元，求出其所受的磁力，然后建立平面直角坐標(biāo)，積分求出磁力分量，最后合成，求得載流導(dǎo)線所受到的磁場力。12、霍耳效應(yīng) 把一載流導(dǎo)體薄板放在磁場中時(shí)，如果磁場方向垂直于薄板平面，則在薄板的S1和S2兩側(cè)面之間會出現(xiàn)微弱電勢差，這一現(xiàn)象成為霍耳效應(yīng)，相應(yīng)電勢差成為霍耳電勢差。它的大小與電流I以及磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比，而與薄片沿磁感應(yīng)強(qiáng)度方向上的厚度b成反比：VH=RH·BI/b,式中RH是一常量，成為霍爾系數(shù)，他與導(dǎo)體的

10、材料有關(guān)。 在發(fā)現(xiàn)霍耳效應(yīng)后100年之后，德國物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了量子霍耳效應(yīng)。量子霍爾效應(yīng)是指在強(qiáng)磁場和極低溫條件下，霍耳電導(dǎo)率H=I/VH=n·q·d/B并不隨著B連續(xù)變化，而是以e2/h的整數(shù)倍跳躍的變化。13、順磁質(zhì)、抗磁質(zhì)、鐵磁質(zhì)概念 設(shè)某電流分布系統(tǒng)在真空中激發(fā)的磁場為B0，那么將同一電流分布系統(tǒng)放置在無限大均勻和各項(xiàng)同性的磁介質(zhì)中，磁化了的磁介質(zhì)就會激發(fā)磁場，實(shí)驗(yàn)告訴我們，此時(shí)總磁場與原來的磁場關(guān)系：B=rB0，式中r稱為磁介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率。r<1，磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度由于磁介質(zhì)的存在而被削弱了，這類介質(zhì)就是抗磁質(zhì)；r>1, 磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度由于磁介

11、質(zhì)的存在而增強(qiáng)了，這類介質(zhì)就是順磁質(zhì)；r>>1，磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度由于磁介質(zhì)的存在了成千上萬倍，這類磁介質(zhì)稱為鐵磁質(zhì)，而r=0時(shí)磁介質(zhì)具有完全抗磁性，例如當(dāng)物體處于超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，就具有此特性。14、鐵磁質(zhì)性質(zhì) 鐵磁質(zhì)具有如下性質(zhì)：（）與不成比例關(guān)系，不是常數(shù)，與有關(guān)，與磁化歷史有關(guān)；（）有剩磁現(xiàn)象；（）有一臨界溫度（居里點(diǎn)），超過此溫度時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾刨|(zhì)。15、平面電磁波的基本性質(zhì)（1）電磁波是橫波：振動與振動相互垂直，波速沿方向，三者成右螺旋關(guān)系；（2）線偏振性：和分別在各自確定的平面內(nèi)振動；（3）同步性：振動與振動在任意點(diǎn)相位相同。16、邁克爾遜干涉儀條紋移動與什么有關(guān) 邁克耳孫干

12、涉儀：利用分振幅法使兩個(gè)相互垂直的平面鏡形成一等效的空氣薄膜，產(chǎn)生雙光束干涉。干涉條紋移動一條相當(dāng)于等效空氣薄膜厚度改變 。17、楊氏雙縫干涉條紋間距 楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)：用分波陣面法產(chǎn)生兩個(gè)相干光源。干涉條紋為等間距的明暗相間的直條紋。 條紋間距： 其中為縫到屏的距離，而為雙縫之間的距離。18、光學(xué)儀器最小分辨角 當(dāng)兩物點(diǎn)對透鏡光心所張的角等于衍射圖樣的中央亮斑（愛里斑）時(shí)，則稱為剛能分辨的兩物點(diǎn)的最小分辨角，即 ，分辨本領(lǐng)為最小分辨角的倒數(shù)，即 19 光柵分辨本領(lǐng) 光柵分辨波長差為的兩條譜線的能力稱為光柵的分辨本領(lǐng)，其定義為：，式中為光譜的級次，為光柵的總縫數(shù)。20 自然光、圓偏振光 部分偏

13、振光、橢圓偏振光自然光：在垂直光傳播方向的平面內(nèi)沿各個(gè)方向振動的光矢量都有，而且振幅相同，平均說來分布各向均勻。所以通過偏振片后光強(qiáng)減半。橢圓(圓)偏振光：在垂直于光傳播的方向的平面內(nèi)，光矢量端點(diǎn)的軌跡為一橢圓(圓)。迎著光看，光矢量逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的稱左旋橢圓(圓)偏振光，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的稱右旋橢圓（圓）偏振光。部分偏振光：偏振態(tài)介于自然光與偏振光之間的光。光矢量的振動方向不具有對稱分布，而是在某一方向占優(yōu)勢21 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律及愛因斯坦的解釋實(shí)驗(yàn)規(guī)律1) 飽和光電流（每秒鐘從金屬中逸出的光電子數(shù)）與入射光強(qiáng)成正比；2) 逸出的光電子具有的初動能，且最大初動能僅隨入射光頻率的增加而增加，與入射光強(qiáng)

14、無關(guān)；3) 對于每種金屬，只當(dāng)入射光頻率大于一定的頻率（截止頻率或紅限頻率）時(shí)，才會產(chǎn)生光電效應(yīng)；4)只要入射光頻率，無論光多微弱，從光照射陰極到光電子逸出這段時(shí)間不超過. 光電效應(yīng)的馳豫時(shí)間如此之短，常稱光電效應(yīng)是瞬時(shí)發(fā)生的。愛因斯坦的光量子論 光是由光量子（光子）組成的，光子以光速運(yùn)動，每個(gè)光子具有的能量為：。愛因斯坦的光電效應(yīng)方程 式中是電子從金屬中逸出時(shí)所需的逸出功，是電子逸出后的最大初動能。由愛因斯坦光量子理論可知:入射光強(qiáng)度大，光子的密度大，因而單位時(shí)間內(nèi)光電子也多；光的頻率增大，光子的能量增大，則光電子的初動能也大；要產(chǎn)生光電效應(yīng)，入射光子的頻率存在一最小值；光電子在吸收一個(gè)充足

15、能量的光子后馬上就能產(chǎn)生。22 康普頓效應(yīng)中新波長出現(xiàn)的原因及散射實(shí)驗(yàn)的意義 射線照射在石墨上被散射，在散射光中除了有和入射光相同波長的射線外，還有波長為的射線，這種光稱為康普頓散射光，且：其中康普頓波長為：。散射光波長的改變與散射物質(zhì)無關(guān)，僅由散射角決定。關(guān)系式中包含了普朗克常數(shù)，因此它是經(jīng)典物理學(xué)無法解釋的。依照經(jīng)典電磁理論,當(dāng)電磁輻射通過物質(zhì)時(shí),被散射的輻射應(yīng)與入射輻射具有相同的波長。愛因斯坦的光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋：能量為的光子與原子中束縛較松的電子（外層電子）"碰撞"而散射，電子因反沖獲得動能，因而散射光子的能量小于人射光子能量，其波長也就大于人射光的波長；光

16、子與原子中束縛很緊的電子（內(nèi)層電子）"碰撞"，相當(dāng)于光子與整個(gè)原子交換能量和動量，因原子的質(zhì)量比電子質(zhì)量大得多，因而散射光與人射光的波長差異很小，就是波長不變的散射光部分?？灯疹D散射的重要意義： 證明了X射線的粒子性，即被散射的是整個(gè)光量子而不是它的一部分，這是對光量子概念的一個(gè)直接的強(qiáng)有力的支持。 第一次從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了愛因斯坦提出的，關(guān)于光量子具有動量的假設(shè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了普朗克-愛因斯坦關(guān)系式在定量上是正確的。 首次證明了，在微觀的單個(gè)碰撞事件中，動量和能量守恒定律仍然是成立的。23 態(tài)疊加原理（不詳） 波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋 波函數(shù) 一個(gè)具有確定的能量和動量的粒子，它的行為

17、相當(dāng)于一個(gè)沿動量方向傳播的單色平面波，其波函數(shù)為： 其中稱為該粒子的振幅波函數(shù)（也稱為定態(tài)波函數(shù)）。為歸一化常數(shù)，由下式確定：表示單位體積中粒子出現(xiàn)的幾率。波函數(shù)具有歸一、單值、有限、連續(xù)的特性。24 不確定性關(guān)系微觀粒子的動量和位置不能同時(shí)確定，其不確定度滿足海森伯不確定關(guān)系： 能量和時(shí)間不確定度關(guān)系25 諧振子的零能點(diǎn)晶體中原子圍繞平衡位置做最小震動時(shí)可近似是謝正東，勢函數(shù)為U(x)=1/2kx2諧振子能量E是量子化的n=(n+1/2) (n=0,1,2,······)=最低能量（零點(diǎn)能）為0=26 導(dǎo)體靜電平衡 導(dǎo)體內(nèi)部和表面上

18、的電荷無定向移動的狀態(tài)。（1）靜電平衡條件：導(dǎo)體內(nèi)任一點(diǎn)的電場強(qiáng)度為零；導(dǎo)體外表面的場強(qiáng)處處垂直于導(dǎo)體表面。（2）導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí)的特性：（a）導(dǎo)體是等勢體，其表面是等勢面；（b）導(dǎo)體內(nèi)部處處沒有凈電荷存在，電荷只能分布在導(dǎo)體外表面上；（c）導(dǎo)體外、導(dǎo)體表面附近某點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小。27 穩(wěn)恒磁場中磁介質(zhì)的特性28 渦旋電流 當(dāng)繞在一圓柱形鐵芯上的線圈中通有交變電流時(shí)，鐵芯內(nèi)變化的磁感應(yīng)強(qiáng)度B會在鐵芯內(nèi)激發(fā)感應(yīng)I，結(jié)果在垂直于磁場的平面內(nèi)產(chǎn)生繞軸流動的環(huán)形感應(yīng)電流，這種電流在金屬內(nèi)部自成閉合回路，稱為渦旋電流。29 全電流定律 位移電流的實(shí)質(zhì)是變化的電場，本質(zhì)上與傳導(dǎo)電流無共同之處，但在激發(fā)磁場方面與傳導(dǎo)電流等效，因此引入全電流的概念，通過某截面的全電流，等于通過該截面的傳導(dǎo)電流和位移電流的代數(shù)和即：。全電流總是連續(xù)的，于是，在一般情況下安培環(huán)路定理推廣為：30 麥克斯韋方程組（積分形式） 上述方程組的物理意義簡述如下：方程（）表明電場為有源場；方程（）說明磁場為無源場；方程（）表明變化的磁場可以激發(fā)電場；方程（）表明不僅電流可以激發(fā)磁場，變化的電場也可以激發(fā)磁場。由此看出，一個(gè)變化的電場總是