物理要点.pptx

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全国勘察设计院注册电气工程师考试物理知识要点,2015.7.6,2.1热学,气体状态参量；平衡态；理想气体状态方程；理想气体的压强和温度的统计解释；自由度；能量按自由度均分原理；理想气体内能；平均碰撞频率和平均自由程；麦克斯韦速率分布律；方均根速率；平均速率；最概然速率；,功；热量；内能；热力学第一定律及其对理想气体等值过程的应用；绝热过程；气体的摩尔热容量；循环过程；卡诺循环；热机效率；净功；致冷系数；热力学第二定律及其统计意义；可逆过程和不可逆过程。

2.1热学,平衡态；体系在不受外界影响体系和外界没有能量交换，或者外界物理条件恒定），包括存在恒定的外力场，其内部也不发生化学反应或核反应的情况下，经过足够长时间后会达到一确定的宏观状态.在此状态下，体系的一切宏观性质都不随时间变化，这样的状态称为平衡态，反之，就称为非平衡态.,平衡态和非平衡态系统处于平衡态时，其内部的分子仍在不停地作无规则热运动，但在宏观上，对体积不太大的体系，其各部分温度、压强、密度均匀，因此这种平衡是热动平衡.,2.1热学,气体状态参量；体积（V/m2）;压强（P/Pa或P/N/m2）温度（T/K）T=273.15+T,气体状态参量之间的关系,2.1热学,理想气体的微观图景理想气体是由数目巨大的运动着的分子组成。

从整体看，理想气体是一个这样的群体，其中每一个分子都作杂乱无章的运动，或者说，分子作热运动。

理想气体微观模型具有以下特征

（1）分子本身占有的空间体积可忽略不计，因为在一般情形分子的线度比分子之间的平均距离小得多。

（2）分子在不停地运动着，分子之间及分子与容器之间不断地进行着弹性碰撞。

（3）除了碰撞的瞬间外，分子之间、分子与容器壁之间均无相互作用。

于是体系的能量只包括分子运动的动能。

（4）分子运动遵从经典力学规律。

；,2.1热学,理想气体的压强的统计解释理想气体对容器壁产生的压强，是大量分子不断撞击容器器壁的结果。

根据完全弹性碰撞理论和处于平衡态时理想气体的压强相等，可以推导出重要的压强公式:

n:

分子数密度：

分子的平均平动动能，等于全体分子的平动动能之和除以全体分子总数。

理想气体的温度的统计解释；,2.1热学,气体分子的自由度；,能量按自由度均分原理；,2.1热学,理想气体内能；,平均碰撞频率和平均自由程；常温下，虽然气体分子的平均速率约每秒几百米，但在实际的过程往往进行得很慢，例如房间的一角落打开香水瓶，要过相当一段时间才能在另一个角落闻到香味，这是因为分子在行进过程中不断相互碰撞，结果只能沿着迂回的折线前进的缘故。

一个分子在任意连续两次碰撞之间所经历的路程叫做自由程。

对个别分子来说，自由程时长时短，是不确定的:

但对大量分子，则遵从完全确定的统计分布规律。

2.1热学,麦克斯韦速率分布律；处于平衡状态下的气体，个划分子的运动完全是偶然的;然而对大量分子的整体，在平衡状态下，分子的速率分布服从确定的统计规律:

麦克斯韦速率分布定律。

在平衡态下，忽略气体分子之间的相互作用，麦克斯韦从理论上确定了分布在速率V附近单位速率区间内的分子数占总分子数的百分比为：

函数f（v）定量地反映出给定气体的分子在温度T时按速率分布的具体情况，f（v）就称为分子速率分布函数。

根据麦克斯韦速率分布函数f（v），可以作如图所示的f（v）-v曲线。

2.1热学,速率的三个统计平均值：

最概然速率,速率的三个统计平均值：

平均速率速率的三个统计平均值：

方均根速率,最概然速率；平均速率；方均根速率这三个速率都与存成正比，大部分常见气体在室温下的三个速率的数量级都是每秒几百米。

通常在不同情况下可用不同的速率讨论问题。

讨论速度分布时，常用最概然速率;计算分子的平均自由程时，要用平均速率计算分子的平均动能时，则要用方均根速率。

2.1热学,对一定量理想气体，不同温度有不同的形状的速率分布曲线。

温度越高，速率大的分子多，Vp向速率增大的方向偏移，所以曲线将拉宽。

由归一化条件可知，曲线下总面积恒为1.于是曲线高度降低，变得平坦。

2.1热学,内能；热力学系统在一定状态下具有一定的能量，叫做热力学系统的内能.实验表明，内能的改变量只决定于始末两个状态，而与所经历的过程无关，即内能是系统状态的单值函数.对于理想气体，其内能只是系统中所有分子热运动的各种动能之和，内能完全决定于气体的热力学温度T,2.1热学,功,热量当热力学系统与外界接触时，将通过分子间的相互作用来传递能量。

传热过程中传递能量的多少称为热量。

热量与过程有关,2.1热学,热力学第一定律及其对理想气体等值过程的应用；当系统状态发生变化时，通常作功与传热同时发生。

设有一系统，外界对系统传递的热量为Q，系统从内能为E1的状态改变到内能为E2的状态，同时系统对外作功为A，则Q=E2-E1+A=E+A这就是热力学第一定律的数学表达式，它是包含热现象在内的能量守恒和转换定律.热力学第一定律说明E外界对系统传递的热量，一部分使系统的内能增加，一部分用于系统对外作功。

热力学第一定律在理想气体等值过程和绝热过程中的应用,2.1热学,绝热过程；,2.1热学,气体的摩尔热容量；,2.1热学,循环过程；物质系统经历一系列的变化过程又回到初始状态，这样的周而复始的变化过程称为循环过程，简称循环。

循环的重要特征是:

经历一个循环后，系统内能不变。

循环过程可用一条闭合曲线来表示，系统变化沿闭合曲线顺时针方向进行的循环称为正循环，沿逆时针方向进行的循环称为逆循环。

如图所示是正循环。

在ABC过程中，系统对外作正功A1，在CDA过程中，系统对外作负功A2。

整个循环过程的净功为A=A1-A2即闭合环曲线所围的面积。

因经循环过程后系统内能不变E=0若用Q1表示整个循环过程中系统所吸收的热量，用Q2表示整个循环过程中系统所放出的热量，则根据热力学第一定律有A=Q1-Q2为衡量热机将吸收的热量转化为有用功的能力，定义热机的效率为。

2.1热学,卡诺循环；卡诺循环是在两个温度恒定的热源（一个高温热源T1和一个低温热源T2）之间工作的循环过程，由两个等温过程和两个绝热过程组成。

2.1热学,制冷机，净功&致冷系数；,2.1热学,热力学第二定律热力学定律有两个典型表述:

开尔文表述:

不可能制成一种循环动作的热机，只从一个热源吸收热量，使之完全变为有用功，而其他物体不发生任何变化。

克劳修斯表述:

热量不能自动地从低温物体传向高温物体。

热力学第二定律的实质是一切与热现象有关的实际过程都是单方向进行的不可逆过程。

热力学第二定律的统计意义；仅从一个热源吸热并使之全部变成功的热机，叫做第二类永动机。

这种永动机，不违背热力学第一定律，但违背热力学第二定律，故终不能制成。

热力学第二定律的统计意义在于，一切实际过程总是向无序性增大的方向进行。

2.1热学,可逆过程和不可逆过程。

设在某一过程P中，一物体从状态A变为状态B。

如果能够使物体进行逆向变化，从状态B回复到状态A，而且当物体国复到状态A时，周围一切也都各自回复原状，此过程就称为可逆过程。

如果物体不能回复到状态A，或者当物体回复到状态A时，周围并不能回复原状，则此过程就称为不可逆过程。

热功转换过程是不可逆的；功可以完全变成热:

但在不引起其他任何变化和不产生其他影响的条件下，热不能完全变成功。

热传递过程是不可逆的；热量可以自动从高温物体传到低温物体:

但在不引起其他任何变化和不产生其他影响的条件下，热量是不可以自动从低温物体传到高温物体的。

2.2波动学,机械波的产生和传播；一维简谐波表达式；描述波的特征量；阵面，波前，波线；波的能量、能流、能流密度；波的衍射；波的干涉；驻波；自由端反射与固定端反射；声波；声强级；多普勒效应。

2.2波动学,产生机械波需要两个条件:

有作机械振动的波源（振源有传播机械振动的媒质波动只是振动状态的传播，媒质中各点并不随波逐流，各质点只以交变的振动速度在各自的平衡位置附近振动如果在波动中，质点的振动方向和波的传播方向互相垂直，这种被称为横波。

如果质点的振动方向和波的传播方向平行，这种波称为纵波。

一维简谐波表达式；,描述波的特征量；,2.2波动学,阵面，波前，波线；披在传播过程中，同一时刻被到达的各点所连的曲面称为波阵面。

在同一波阵面上，媒质中各质点的振动位相相同，所以亦称同相面。

波阵面中最前面的一个称为被前，波的传播方向称为波线，在各向同性均匀媒质中传播的波，波线垂直于波阵面,2.2波动学,波的能量、能流、能流密度；波动传播时，媒质由近及远地一层接着一层地振动，即能量是逐层地传播出来的。

波动的传播过程就是能量的传播过程，这是波动的一个重要特征。

波的能量、能流、能流密度；,2.2波动学,波的干涉；两列频率相同、振动方向相同、位相差恒定的波叫相干波，满足上述条件的波源叫相干波源。

在相干波相叠加的区域内，有些点振动始终加强，有些点振动始终减弱或完全抵消。

这种现象，称为波的干涉现象。

2.2波动学,自由端反射与固定端反射；当反射点是固定端时（或当波从波疏媒质向波密媒质传播时），有半波损失，入射波在反射时有相位的突变，形成驻波时反射点为波节。

当反射点是自由端时（或当波从波密介质向波疏介质传播时），没有半波损失，入射波在反射时没有相位突变，形成驻波时反射点为波腹。

波的衍射；指波在传播过程中，遇到障碍物后，绕过障碍物或缝隙时传播方向发生变化的现象。

是波的重要特性之一,2.2波动学,驻波；两列振幅相同的相干波，在同一直线上沿相反方向传播，波动方程分别是:

叠加后波动方程是:

表明对于任一选定的观察点（给定点x）合振动为谐振动，总体上看，线上各点的合振动的振幅并不相同，而是随位置作周期性变化。

2.2波动学,声波、超声波、次声波在弹性媒质中，如果波源所激起的纵波频率，在20-20000Hz之间，就能引起人的听觉。

在这一频率范围内的振动称为声振动，由声振动所激起的纵波称为声波。

频率高于20000Hz的机械波称为超声波:

频率低于20Hz的机械被称为次声波声波具有波动的一般特性，也能产生反射、折射、干涉和衍射等现象在标准状态的空气中，声波的传播速度为331m/s，声波的传播也伴随着能量的传播。

声波的能流密度叫声强，又称响度,距离变近，频率增大,2.3光学,相干光的获得；杨氏双缝干涉；光程和光程差；薄膜干涉；光疏介质；光密介质；迈克尔逊干涉仪；惠更斯菲涅尔原理；单缝衍射；光学仪器分辨本领；射光栅与光谱分析；x射线衍射；喇格公式；自然光和偏振光；布儒斯特定律；马吕斯定律；双折射现象。

以光的波动性为基础，研究光的传播及其规律问题的学说称为波动光学。

光波是原子内部发出的电磁波，是电磁量的扰动在空间的传播。

它不依赖于壁间是否存在媒质，光在真空中的传播速度为c=3*108m/s在媒质中的传播速度为u=c/nc,n为媒质的折射率。

光波是横波,2.3光学,相干光的获得；

（1）光的相干条件相干光必须同时满足三个条件，即频率相同、光振动的方向相同、相遇点位相差恒定。

（2）光源发光特点普通光源发光实质上是发光体的大量原子（或分子）所辐射的一种电磁波。

特点：

1）各个原子（或分子）辐射彼此独立，因而光振动的方向、频率和位相各不相同:

2）每个原子（或分子）辐射是间断的，每次辐射持续时间为10-8s，且前后两次辐射彼此独立，互不相关。

从两个光源或从同一光源不同部分发出的光不满足相干光的条件:

同一原子前后两次发的光也是不相干的。

（3）相干光的获得基本思想:

将一束光分成两束光，让它们经过不同路径相遇，这样分出的两束光频率相同、振动方向相同、位相差恒定，满足相干光的条件。

方法:

杨氏双缝实验、菲涅尔双镜实验、洛埃镜等。

光程和光程差；光波在媒质中所经历的几何路程r与媒质的折射率n的乘积，称为光程。

两束光的光程之差称为光程差（r1n1-r2n2）,2.3光学,2.3光学,薄膜干涉；半波损失：

光从光疏媒质射向光密媒质而在界面上反射时，反射光存在着位相的突变，这相当于增加（或减少半个波长的附加光程差，称为半波损失。

厚度均匀的薄膜干涉（等倾干涉）：

有一定宽度的光源，称为扩展光源。

扩展光源照射到肥皂膜、油膜上，薄膜表面呈现美丽的彩色。

这就是扩展光源如阳光）所产生的干涉现象。

一单色光经过薄膜上下表面反射后得到两条光线，它们是相干的。

由反射、折射定律和半波损失得光程差:

=2cos+2当光垂直入射时候，=0，=0，有=2+222，干涉相长（明纹）2+12，干涉相消，（暗纹）,；,2.3光学,劈尖干涉两块平玻璃片，一端互相叠合，另一端夹一直径很小的细丝。

这样，两玻璃片之间形成劈尖状的空气薄膜，称为空气劈尖。

平行光垂直入射到空气劈尖上，自劈尖上、下表面反射的光相互干涉，其光程差为=2+2n为壁气折射率,2.3光学,光密介质；折射率较大（一般大于1）的介质叫做光密介质，比真空中，光速变小，波长变短空气的折射率为1,光疏介质；折射率较小（一般小于1）（光在其中传播速率较大）的光介质叫光疏介质,2.3光学,牛顿环将一块曲率半径很大的平凸透镜放置在一平板玻璃上，二者之间形成空气薄膜。

单色光垂直照射在平凸透镜上，在空气层上、下表面反射的两相干光形成干涉。

根据等厚干涉，不难得出，形成的干涉条纹为明暗相见的同心环状条纹，这种干涉条纹叫做牛顿环,迈克尔逊干涉仪；迈克尔逊干涉仪是根据干涉原理制成的近代精密仪器，可用来测量谱线的波长和其他微小的长度。

迈克尔逊干涉仪中光的干涉其实就是光路分开的薄膜干涉。

1对于1的薄银层的虚象为1，因此，在E处重叠的两束光可以看成是空气薄膜上下表面反射而来的。

当1与2严格平行时，形成的干涉是等倾干涉，条纹为同心环纹，前后平行移动2改变空气薄膜的厚度时，干涉条纹一个一个地从中心冒出来或收缩进去。

当1与2不平行时，形成的干涉是等厚干涉，条纹为平行直线状条纹，前后平行移动2,改变空气薄膜的厚度时，干涉条纹平行移动,每移过一个条纹，薄膜的厚度改变/2，也就是说2，平行移动了/2。

2.3光学,单缝衍射；光沿直线传播是建立几何光学的基本依据，在通常情况下，光表现出直线传播的性质。

但是，当光通过很窄的单缝时，却表现出与直线传播不同的现象，一部分光线绕过单缝的边缘到达偏离直线传播的区域，在屏上出现明、暗相间的条纹，这种现象称为光的衍射现象。

衍射现象显示了光的波动特性。

只有当波长可以与障碍物或者允许透过的缝隙、孔洞之类区域的几何尺度相比拟或大于这一尺度时衍射现象才明显。

惠更斯-菲涅耳原理可表述为:

波所到达的任意点都可以看作是新的振动中心，它们发出球面次波，空间任意点P的振动是包围波源的任意闭合曲面上所有这些次波在该点的相干叠加。

2.3光学,2.3光学,射光栅与光谱分析；,2.3光学,2.3光学,2.3光学,2.3光学,2.3光学,光学仪器分辨本领；光学仪器如望远镜、照相机和人的眼睛等，它们的工作原理都是利用透镜把远处来的光线会聚成像。

透镜的边框可以看成为一个圆孔。

由于圆孔的衍射，使光学仪器的分辨能力受到影响。

如图2.3-10所示，设在远处有两个点光源S1和S2，它们各自发出的光到达圆孔处，在透镜的焦平面上形成两个衍射图样，如果一个点光源的衍射图样的中央最亮处（爱里斑中心）恰好与另个点光源的衍射图样的第一个最暗处相重合，此时，两个点光源恰好能被仪器分辨，在此情况下，两个点光源对透镜光心的张角0称为最小分辨角。

最小分辨角的倒数叫做最小分辨率，即可见，最小分辨率与波长成反比，与孔径D成正比。

2.3光学,2.3光学,2.3光学,自然光和偏振光；,2.3光学,马吕斯定律；,2.3光学,布儒斯特定律；,2.3光学,双折射现象。

2.3光学,双折射现象。

2.3光学,双折射现象。

2.3光学,双折射现象。

2.3光学,双折射现象。

2.3光学,双折射现象。