大学物理知识点报告
——位移电流
在刚上的电磁场与电磁波这一章中的第一节麦克斯韦的电磁理论中,我学习到了位移电流这个概念,对于其的产生感觉挺有趣的,就想拿它来做知识点报告的内容。
在电磁学里,位移电流定义为电位移对于时间的变化率。而它真正的物理意义是:变化的电场可以激发磁场。但是它并没有像电荷移动一样的真实电流,因而也不会像导体中传导电流那样可以产生焦耳热。在课堂上,这个概念是在用安培环路定理讨论非稳恒情形时所产生的矛盾而建立起来的。
课后,我查阅了相关资料,发现位移电流是在麦克斯韦得出电磁场方程之前,在他关于电磁场理论的第二篇论文《论物理的力线》中提出的概念。之后,麦克斯韦在第三篇论文《电磁场的动力学理论》中再次给出了位移电流的定量形式。
在麦克斯韦的第二篇论文《论物理的力线》中, 他设计了电磁作用的力学模型。他原来的意图是想根据近距作用观点设计一种充满空间的媒质, 用以说明法拉第设想的磁力线的应力性质, 麦克斯韦在文中写道: “我的目的是研究媒质中的张力和运动的某些状态的力学效果, 并将它们与所观察到的磁和电的现象作比较, 来澄清考察(磁力线)方向的方法。” 后来, 麦克斯韦将他的力学模型扩展到说明电现象,在这过程中产生了电位移的变化可看作电流的一部分以及光是媒质中起源于电磁作用的横波等新的认识, 揭示了隐藏在现象深处的本质。
麦克斯韦通过磁旋光效应意识到磁是一种旋转效应,认为充满空间的介质在磁作用下可看作一系列的“分子涡旋”。他假设分子涡旋绕磁力线(即H线)旋转,即从S极到N极沿磁力线看去,涡旋以顺时针旋转。他联想到两个齿轮和中间的一个中心可动的惰轮相互啮合的机械结构,认为每个涡旋被一层粒子把相邻的涡旋隔开,如图1所示AB代表由A到B方向上的电流, 六角形代表分子涡旋,分开涡旋的小圆圈代表细微粒子这层粒子就起着机械结构中可动惰轮的作用,这层粒子在分子涡旋中只有滚动没有滑动粒子和涡旋之间作用力沿接触面的切线方向若涡旋的圆周运动速度为,介质密度为μ,涡旋的流量为, 则可得到涡旋的动能密度、涡旋的运动学方程和动力学方程。麦克斯韦将力学模型推广到电磁学,设H表示磁力强度,μ为磁导率,为通过闭合磁力线的密度, 那么就可以得到电磁场的动能密度为,运动学方程为和动力学方程。电磁场的运动学方程表明磁场中有运动电荷或电流。那么什么是介质中的电荷或电流呢? 麦克斯韦在其论文的第三部分中指出: 分子涡旋具有弹性,当涡旋之间的粒子层受到电力而产生位移时就会给涡旋以切向力使之产生形变, 而产生形变的分子涡旋给粒子层大小相等方向相反的作用力。当该电力撤消时, 分子涡旋和粒子层都将恢复原来位置。麦克斯韦把分子涡旋产生的形变称为电位移, 它与粒子层受到的电力成正比, 因为是在介质弹性范围内,位移量与外力成正比,所以麦克斯韦写成公式:。表示电场强度(电动力),表示电位移,C是介质的一个常数,麦克斯韦后来证明C等于电磁波在介质中的速度。当电位移不断变化时,就会形成电流,方向有电位移的增大或减小而定是沿正方向还是负方向,位移电流是电位移对时间的微商,它出现在任何电场强度变化的介质中,包括电介质以及电磁以太。
在当时,麦克斯韦虽然通过介质的力学模型提出了位移电流的假设,但是复杂的模型,过多的人为上的假设并没有被当时的人们认为是令人信服的证明。与他同时代的人也感到迷惑不解,麦克斯韦在的在当时曾写下这么一段话:“这是力学上可以想象和便于研究的一种联系模型,它适宜于显示已知电磁现象之间的真实联系,因此,我敢于说任何理解到这一假设的暂时性质的人将发现,在他真正理解这些现象后的研究是利多于弊对的。”这也告诉我们一个全新的观点的提出总是不是那么容易就被人们所接受的,这时就需要提出者对自己的自信与坚持。而正是麦克斯韦的自信让我们现在有了这么一个如此美的电磁场的知识点。
麦克斯韦提关于电磁场理论的完善给我最大的震撼就是科学可以如此地神奇,电与磁的完美对称让人为之感叹,让人充分感受到了科学的美。从法拉第概括出来的“一个变化的磁场总有一个电场伴随着。”而在麦克斯韦引入位移电流的概念后,出现了与之完全对称的一个结论“一个变化的电场总有一个磁场伴随着。”电与磁因此也变得密不可分,他们相互联系相互激发组成一个统一的电磁场。位移电流概念的提出可以说对整个电磁学领域的意义都是十分重大的。
麦克斯韦在提出了位移电流的概念之后,又建立了麦克斯韦方程组,而麦克斯韦方程组也真正体现了电与磁是相互激发、相互依赖的不可分割整体的性质。此后,麦克斯韦又预言了电磁波的存在。50年之后,赫兹从实验上证实了电磁波存在的真实性。从此将人类带入了一个新的无线电的世界。
就目前看来,我觉得电磁场理论可以说是一个结构完善、完整的理论了,其理论表现出优美的结构体系!电与磁,无论在其建立发展史上、结构上、理论体系上,还是在数学表达形式上或理论应用上都表现出对立、对称、互补的统一美!
麦克斯韦在对电磁场理论做出重大贡献的这一过程让我体会到在科学探究的路上,我们需要有大胆的思维,要敢于突破常规,敢于创新,同时,也应该学会用各种思想,比如说类比的思想,建模的思想等等来证实我们自己的观点。
大学物理A(2)基本知识点
一、试题题型、试卷结构和试题分数分布
1、试题题型:
选择题(10小题,每小题3分,计30分)
填空题(10小题,每小题3分,计30分)
计算题或证明题(4小题,每小题10分,计40分)
二、大学物理A(2)基本知识点
气体分子动理论
1. 理想气体状态方程
在平衡态下 , ,
普适气体常数
玻耳兹曼常数
2. 理想气体的压强公式
3. 温度的统计概念
4. 能量均分定理
每一个自由度的平均动能为1/(2KT)。
一个分子的总平均动能为。
n摩尔理想气体的内能。
5. 速率分布函数
麦克斯韦速率分布函数
三种速率
最概然速率
平均速率
方均根速率
热力学基础
1. 准静态过程:在过程进行中的每一时刻,系统的状态都无限接近于平衡态。
2. 体积功:准静态过程中系统对外做的功为
,
3. 热量:系统与外界或两个物体之间由于温度不同而交换的热运动能量。
4. 热力学第一定律
,
5. 热容量
定压摩尔热容量
定容摩尔热容量
迈耶公式
比热容比
6. 循环过程
热循环(正循环):系统从高温热源吸热,对外做功,同时向低温热源放热。
效率
致冷循环(逆循环):系统从低温热源吸热,接受外界做功,向高温热源放热。
致冷系数:
7. 卡诺循环:系统只和两个恒温热源进行热交换的准静态循环过程。
卡诺正循环效率
卡诺逆循环致冷系数
8. 不可逆过程:各种实际宏观过程都是不可逆的,且它们的不可逆性又是相互沟通的。如功热转换、热传导、气体自由膨胀等都是不可逆过程。
9. 热力学第二定律
克劳修斯表述:热量不可能自动地从低温物体传向高温物体。
开尔文表述:任何循环动作的热机只从单一热源吸收热量,使之完全变成有用功,而不产生其它影响是不可能的。
微观意义:自然过程总是沿着使分子运动向更加无序的方向进行。
机械振动
1. 简谐振动方程
振幅A:取决于振动的能量(初始条件)。
角频率w:取决于振动系统本身的性质。
初相位f:取决于初始时刻的选择。
2. 振动相位
wt+f:表示振动物体在t时刻的运动状态。
f:初相位,即t=0时刻的相位。
3. 简谐振动的运动微分方程
弹性力或准弹性力
角频率:,
A与f由初始条件决定:
,
4. 简谐振动能量
,
,
5. 同一直线上两个同频率简谐振动的合成
合振幅:
同相: ,
反相: ,,
机械波
1. 机械波产生的条件:波源和媒质。通过各质元的弹性联系形成波。
2. 波的传播是振动相位的传播,沿波的传播方向,各质元振动的相位依次落后。
3. 波速u,波的周期T及波长l的关系
,
4. 平面简谐波的表达式(设座标原点O的振动初相位为f)
5. 波的传播是能量的传播
平均能量密度
平均能流密度即波的强度
6. 波的干涉
干涉现象:几列波叠加时合成强度在空间有一稳定分布的现象。
波的相干条件:频率相同,振动方向相同,相位差恒定。
干涉加强条件:
干涉减弱条件:
7. 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时形成驻波。
波节:振幅恒为零的各点。
波腹:振幅最大的各点。
相邻两波节之间各点振动相位相同,同一波节两侧半波长范围内,相位相差p,即反相。
驻波的波形不前进,能量也不向前传播。只是动能与势能交替地在波腹与波节附近不断地转换。
8. 半波损失:波从波疏媒质(ru较小)传向波密媒质(ru较大),而在波密媒质面上反射时,反射波的相位有p的突变,称为半波损失,计算波程时要附加+l/2。
光的干涉和衍射
1. 获得相干光的基本原理:把一个光源的一点发出的光束分为两束。具体方法有分波阵面法和分振幅法。
2. 杨氏双峰干涉:是分波阵面法,其干涉条纹是等间距的直条纹。
条纹中心位置:
明纹:
暗纹:
条纹间距:
3. 光程差
4. 位相差
有半波损失时,相当于光程增或减,相位发生的突变。
5. 薄膜干涉
(1)等厚干涉:光线垂直入射,薄膜等厚处为同一条纹。
劈尖干涉:干涉条纹是等间距直条纹.
对空气劈尖:
明纹:
暗纹:
牛顿环干涉:干涉条纹是以接触点为中心的同心圆环.
明环半径:
暗环半径:
(2)等倾干涉:薄膜厚度均匀,采用面广元,以相同倾角入射的光,其干涉情况一样,干涉条纹是环状条纹。
明环:
暗环:
6. 迈克尔逊干涉仪
7. 单缝夫朗和费衍射
用半波带法处理衍射问题,可以避免复杂的计算.
单色光垂直入射时,衍射暗纹中心位置:
亮纹中心位置:
8. 光栅衍射
光的偏振
1. 光波是横波,自然光、线偏振光、部分偏振光等的定义和描述。
2. 偏振片的起偏和检偏
3. 马吕斯定律
4. 反射和折射时光的偏振
5. 双折射现象
狭义相对论基础
1. 爱因斯坦狭义相对论的基本假设。
2. 洛仑兹坐标变换
式中
3. 长度收缩
(注意同时性条件)
4. 时间膨胀
5. 相对论速度变换
6. 狭义相对论中的质量和能量
(1)
相对论质量与速度关系(2)相对论动量
(3)相对论能量
总能 E=mc2
静能 E0=m0c2
动能 EK=mc2-m0c2
能量动量关系 E2=(cP)2 + (m0c2)2
量子光学基础
1. 黑体辐射
2. 光电效应 方程
3. 康普顿散射
4. 玻尔氢原子理论
量子力学基础
1. 实物粒子的二象性
粒子的能量:
粒子的动量:
2. 不确定关系:由于二象性,在任意时刻粒子的位置和动量都有一个不确定量,它们之间有一个简单关系:
3. 物质波的振幅是波函数的振幅;物质波振幅绝对值平方表示粒子在t时刻,在(x,y,z)处单位体积内出现的概率,称为概率密度.
4. 一维势阱中的概率密度等计算
5. 量子力学对氢原子的处理:能量量子化,轨道量子化和四个量子数: 描述原子中电子运动状态的四个参数.
主量子数n
角量子数l
磁量子数ml
自旋磁量子数ms
6. 原子的壳层结构
大学物理实验设计性实验实验报告课程名称设计项目电位差计测金属丝电阻率专业班级指导教师姜义姓名王田雨学号电气与信息学院和谐勤奋求是创…
大学物理实验报告答案大全实验数据及思考题答案全包拪伏安法测电阻实验目的1利用伏安法测电阻2验证欧姆定律3学会间接测量量不确定度的计…
物理学习总结总结内容电磁场第九章电磁感应电磁场要点梳理1电磁感应的基本定律楞次定律感应电流的磁场所产生的磁通量总是反抗回路平面中原…
实验题目长度和质量的测量实验目的1掌握米尺游标卡尺螺旋测微计等几种常用测长仪器的读数原理和使用方法2学会物理天平的调节使用方法掌握…
大学物理读书报告在学了将近一年的大学物理中收获颇丰在高中的基础上又用高等数学的思想重新深化了一遍加深了我对物理学的理解在大学物理中…
《示波器的使用》实验示范报告阿【实验目的】1.了解示波器显示波形的原理,了解示波器各主要组成部分及它们之间的联系和配合;2.熟悉使…
《示波器的使用》实验报告【实验目的】1.了解示波器显示波形的原理,了解示波器各主要组成部分及它们之间的联系和配合;2.熟悉使用示波…
学号:20xx0245姓名:刘慧芳1.为兴趣而读书,而不是为考试现在我们总是喜欢把考试强调的太过重要,学生把前途都寄托在考试中,老…
《大学物理》是大学生不可缺少的一门公共基础课。学习大学物理对提高学生多种能力和改善学生综合素质都有积极作用,但面对如此之多的物理公…
摘要本文主要介绍了物理学有关知识和我们对于大学物理解题方法课程中所学到的方法的论述以及对大学物理实验的一些感慨和学习体会。关键词物…
大学物理实验总结在即将结束的这个学期里,我完成了大学物理实验这门课程的学习。物理实验是物理学习的基础,虽然在很多物理实验中我们只是…