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1、1 热热 学学光的干涉衍射光的干涉衍射1.气体动理论：能量均分定理、气体动理论：能量均分定理、 速率分布函数速率分布函数振动波动振动波动2.热力学第一定律热力学第一定律（热量、功、内能变化的计算）（热量、功、内能变化的计算）1.振动（振动（方程方程、图像、能量、合成）、图像、能量、合成）2.波动（波动（方程方程、图像、能量、干涉、驻波）、图像、能量、干涉、驻波）3.循环过程循环过程（效率、净功）（效率、净功）1.干涉：杨氏双缝；增透干涉：杨氏双缝；增透/反膜；劈尖反膜；劈尖2.衍射：单缝；光栅衍射：单缝；光栅（各级明暗条纹中心的坐标、间距及变化）（各级明暗条纹中心的坐标、间距及变化） 3.能量
2、均分定理：能量均分定理：相应于每一个可能自由度的平相应于每一个可能自由度的平均动能都是均动能都是kT21tT+= 273RTpV=1.理想气体状理想气体状态方程态方程2.温标：温标：热热 学学 篇篇 RTiE2=kT23t=kTik2=4. 理想气体的内能理想气体的内能mol平均动能平均动能平均平动动能平均平动动能单原子双原子多原子3=i6=i5=i 平均平动动能平均转动动能双原子多原子kTk23=kTk25=kTk3=kTt23=kTr22=kTt23=kTt23=0=rkTr23=平均动能单原子内能RTE23=RTE25=RTE3= 同温度的氦气和氧气物质的量之比为则平均平动动能之比_平均
3、转动动能之比_平均动能之比_内能之比_1:1练习：练习：2 1. 等体过程2. 等压过程3. 等温过程4. 绝热过程5. 绝热自由膨胀6.四个准静态过程和一个非准静态过程的四个准静态过程和一个非准静态过程的计算计算A=0 E=0Q=0 = =21VVpdVA等体：0=A等压：等温：)(12VVpA=21VVdVVRTA12lnVVRT=)(2)(1212,TTRiTTCmV=)(22)(1212,TTRiTTCmp+=Q等压：等体：=E)(2)(1212,TTRiTTCmV=等温：12lnVVRT绝热：)(12TTCAV=绝热： 0 LV11=2. 一定量的某种单原子分子理想气体初压强P1=1
4、105Pa，体积然后在等容下加热，到压强为原来的2倍，最后作绝热膨胀，直到温度下降到初温为止，试求：(1) 在pV图上将整个过程表示出来。(2) 在整个过程中气体内能的改变。(3) 在整个过程中气体所吸收的热量。(4) 在整个过程中气体所作的功。，现将该气体在等压下加热直到原体积的2倍，3. 习题9.5 致冷致冷机机高温热源高温热源低温热源低温热源1Q2QA热机热机高温热源高温热源低温热源低温热源1Q2Q正循环（热机循环）逆循环（致冷循环）21QQA=1QA=热机热机效率效率AQw2=致冷致冷系数系数7. Vop2TA1TABCD21TT 卡诺逆循环2Q1Q212TTTw=Vop2TA1TAB
5、CD1p2p4p3p1V4V2V3V21TT 1Q2Q卡诺正循环121TT = =卡诺卡诺 1 一卡诺热机，低温热源的温度为一卡诺热机，低温热源的温度为， 效率效率为为40%40%，其高温热源温度为，其高温热源温度为_2.卡诺致冷机工作时，从7低温热源中提取的热量放到27的高温热源中，需要做多少功？C273. 习题9.9、9.11 9.15J310 简谐运动简谐运动简谐运动的简谐运动的合成合成机械机械振动振动描述描述能量能量 描述简谐运动的特征量相位+tA)cos(+=tAx角频率（固有）角频率（固有）振幅振幅初相初相2=T)sin(+=tAv)cos(2+=tAa（振幅和初相由（振幅和初相由
6、初始条件初始条件决定）决定） 3 图像描述0A相量图x了解各特征量在图线上的意义旋转矢量图旋转矢量图习题：10.2 习题：习题：10.3 221kA=2A振动能量222121xvkmE+=振子：动能振子：动能弹簧：弹性势能弹簧：弹性势能1.构成构成2.公式公式 同方向同方向同频率同频率11A1xx02x2A2A相位差相位差 ：同相同相反相反相简谐运动的简谐运动的合成合成2k=)12(+=k21AAA+=21AAA= 物理量物理量；波函数波函数；图形图形；能量能量；传播规律；传播规律波的描述波的描述波的叠加波的叠加机械波的产生及机械波的产生及特点特点机机械械波波干涉干涉； 驻波驻波 波长波长周期
7、周期频率频率波速波速1. 描述波的物理量描述波的物理量每一质元的动能和弹性势能是每一质元的动能和弹性势能是同相变化同相变化的的/uuT =ABABr2=2.波的能量的波的能量的特点特点 3.熟练掌握求解波函数步骤Px*yxuAAO4.能从波形曲线中读出有用信息 )(cos0+=uxxtAy波波函函数数)(2cos0 xxtAy+=)cos(0+=tAyx振振动动方方程程已知：点已知：点 X0振动方程振动方程求：波函数求：波函数 4 波的叠加：干涉、驻波波的叠加：干涉、驻波1. 干涉条件：相干波（条件是干涉条件：相干波（条件是_?）干涉特点：振幅在空间有稳定的分布干涉特点：振幅在空间有稳定的分布
8、2.计算振动最强、最弱的点的位置计算振动最强、最弱的点的位置12122rr = 特点：分段振动特点：分段振动 一种特殊的干涉一种特殊的干涉4.驻波的特点驻波的特点驻波方程（关键：反射波的波函数）驻波方程（关键：反射波的波函数）1. 形成：入射和反射波叠加形成：入射和反射波叠加3.半波损失半波损失实质；条件实质；条件驻驻波波 3：一平面波沿一平面波沿x方向传播，方向传播，u=2m/s。求：。求：（1）O点的振动方程点的振动方程（2）平面波的波函数。）平面波的波函数。m/y05. 0O1mx/s21t =例题：10.14 、10.18 4.在驻波中，相邻波节间各质点的振动在驻波中，相邻波节间各质点
9、的振动（a）振幅相同，相位相同）振幅相同，相位相同（b）振幅不同，相位相同）振幅不同，相位相同（c）振幅相同，相位不同）振幅相同，相位不同（d）振幅不同，相位不同）振幅不同，相位不同 5 一、光源发光机制一、光源发光机制相干光相干光的获得的获得二、二、双缝干涉双缝干涉三、三、光程光程 半波损失半波损失四、四、薄膜干涉（等厚；等倾）薄膜干涉（等厚；等倾）光光的的干干涉涉 波程波程光程光程nl2=nl2=例题：11.3光在介质n中传播路程l 时引起的相位变化，相当于光在真空中通过nl的路程所引起的相位变化。 光的干涉的相关计算光的干涉的相关计算2= = 计算计算光程光程差差找出两束相干光找出两束相
10、干光步骤：步骤：2) 12(k干涉减弱干涉减弱k=干涉加强干涉加强 S1S2SdDxOP1r2r干涉条纹I光强分布（1）双缝干涉：）双缝干涉：求各级角位移、线位移求各级角位移、线位移(位置坐标)及间距及间距例题：11.1 、11.5 2) 12(k减弱减弱k=sind加强加强p1s2ssxood1r2rDr干涉条件：干涉条件：sindr =波程差波程差tandDxd= （2）薄膜干涉）薄膜干涉计算计算光程差光程差找到薄膜找到薄膜明确相干光明确相干光1n1n2n1n3n2n222+dn=增透膜和增反膜增透膜和增反膜 n1nen2练习：如图，薄膜干涉中若反射光消失练习：如图，薄膜干涉中若反射光消失
11、,(A) (1)2ne = k, (2) 2ne = k.(B) (1)2ne = k+ /2, (2) 2ne = k+/2.(C) (1)2ne = k/2, (2) 2ne = k.(D) (1)2ne = k,(2) 2ne = k/2.则当则当n1nn2时时,应满足条件应满足条件(1)；当当n1nn2时应满足条件时应满足条件(2). 条件条件(1),条件条件(2)分别是分别是 1n1nn1nn（3）劈尖的干涉条件：）劈尖的干涉条件：22+= nd=, 2 , 1,=kk明纹明纹, 1 , 0,2) 12 (=+kk暗纹暗纹d=dnk2)21(nk2（明纹）（明纹）（暗纹）（暗纹） 6
12、 劈尖劈尖L1nDnn 1b2/nnb2sin=221nkkndd=+劈尖夹角变小劈尖夹角变小/大，条纹向大，条纹向_移动，条纹间距移动，条纹间距_ Dm64. 0=已知：已知：mD8 . 4=问：共有多少条明纹？问：共有多少条明纹？单色光入射由玻璃板构成的单色光入射由玻璃板构成的空气劈尖，且已知空气劈尖，且已知练习：练习：习题：习题：11.6 一、光的衍射（现象；分类；一、光的衍射（现象；分类；惠菲原理惠菲原理）二、单缝衍射二、单缝衍射三、光栅衍射三、光栅衍射（半波带法半波带法）（光栅方程；缺级光栅方程；缺级；光谱）；光谱）光光的的衍衍射射 ka=sin暗纹中心暗纹中心2) 12(sin+=
13、ka明纹中心明纹中心0sin=a中央明纹中心中央明纹中心), 3,2, 1(=k注意：注意：k不取不取0单缝衍射：各级角位移、线位移单缝衍射：各级角位移、线位移（位置坐标）、间距、间距 单缝衍射：单缝衍射：xx1L2LfaSRPO条纹位置条纹位置tansinfx=当当较小时，较小时，推导推导：中央明纹宽度；：中央明纹宽度；各级明暗纹中心坐标，对应的半波带数目各级明暗纹中心坐标，对应的半波带数目 sinIoaa2a3aa2a3xfafafa2fa2fa3fa3 单缝衍射中，当衍射角单缝衍射中，当衍射角满足满足时时3sin=a阵面可分为阵面可分为_个半波带。个半波带。若将缝宽缩小一半，则此位置将变
14、为第若将缝宽缩小一半，则此位置将变为第_级级_条纹条纹61明明练习：练习：对应位置为第对应位置为第_级级_条纹，此时单缝的波条纹，此时单缝的波3暗暗例题：例题：11.15 习题：习题：11.12 光光栅栅衍衍射射光栅构造：光栅常数光栅构造：光栅常数ba+光栅条纹光栅条纹定定 性：性：定定 量：量：单缝衍射多缝（光束）干涉单缝衍射多缝（光束）干涉光光 栅栅 方方 程程缺缺 级级 条条 件件 7 缺级条件：缺级条件：kd=sinka=sin), 2, 1(=kkkadkd=sin光栅方程光栅方程(明纹位置明纹位置), 2 , 1 , 0(=k xf0屏屏fx=当当较小时，较小时，tansin推导：
15、各级明条纹公式推导：各级明条纹公式kkx sin 0I单单I0单单-2-112( /a)单缝衍射单缝衍射IN2I0单单048-4-8sin ( /d)光栅衍射光栅衍射sin 04-8-48( /d)多光束干涉多光束干涉主极大主极大 练习练习: :光栅夫琅禾费衍射中光栅夫琅禾费衍射中单缝中央宽度单缝中央宽度内有内有13条主极大明条纹，则光栅常数条主极大明条纹，则光栅常数d与缝宽与缝宽a应有什么关系？应有什么关系？例题：例题：11.18习题：习题：11.19 单色光垂直入射光栅，已知2个相邻明纹分别位于处，明纹第4级缺级，求3 . 0sin2 . 0sin=与（1）光栅常数nm600=（2）可能缝宽（3）对应最小缝宽，单缝中央条纹内有多少条明纹？整个屏上的明纹有多少？