1、第一章刚体的定轴转动
(1)目的要求:
理解转动惯量,掌握刚体绕定轴转动定理;理解力矩的功和转动动能,动量矩和动量矩守恒定律。能熟练运用其分析和计算有关刚体定轴转动的力学问题。
(2)教学内容:
①刚体的转动惯量,刚体绕定轴转动定理。
②刚体的力矩的功和转动动能。
③刚体的动量矩和动量矩守恒定律。
2、第二章气体分子运动论
(1)目的要求:
①掌握理想气体状态方程。理解气体的状态参量,平衡态,理想气体内能概念。2理解理想气体的压强和温度的统计解释。
②理解能量自由度均分原理;理解麦克斯韦速率分布律;了解玻耳兹曼分布律,平均碰撞频率和自由程概念。
(2)教学内容:
理想气体状态程与理想气体的压强;能量自由度均分原理;麦克斯韦速率分布律;玻耳兹曼分布律;平均碰撞频率和自由程。
3、第三章热力学
(1)目的要求:
①掌握热力学第一定律及其有关概念(内能、功和能量)。能熟练运用热力学第一定律计算理想气体等值过程和绝热过程的内能、功和能量。
②理解气体的摩尔热容量概念。
③能计算理想气体准静态循环过程如卡诺循环的效率等。
④理解热力学第二定律的两种表述。理解可逆过程和不可逆过程,熵,热力学第二定律的统计意义。
(2)教学内容:
①热力学平衡态和气体物态方程;
②气体分子的统计分布规律;
③气体内运输过程;
④热力学第一定律对理想气体等值过程和绝热过程的应用;
⑤热力学第二定律,可逆过程和不可逆过程及熵;
⑥固体和液体的性质;
⑦相变。
4、第四章真空中的静电场
(1)目的要求:
①掌握电场强度,电场强度叠加原理;
②掌握电力线,电通量,真空中的高斯定理;能熟练运用叠加原理计算一维或简单二维问题的电场强度,能熟练运用高斯定理计算具有一定对称性(球、轴和面对称性)的电场分布。
③掌握电场力的功。理解电场强度的环流。
④掌握电势差,电势,电势迭加原理及电势(能)与电势(能)差的计算。理解等势面。了解电场强度与电势梯度的关系。
(2)教学内容:
①电场,电场强度叠加原理;
②高斯定理;
③静电场环流定理,及电势;电场强度与电势梯度的关系;
④带电粒子在静电场中的运动。
5、第五章稳恒磁场
(1)目的要求:
①掌握磁感应强度。磁通量;磁场中的高斯定理;
②理解毕奥—沙伐定律。能利用其计算磁感应强度;
③理解安培力和洛仑兹力,载流线圈的磁矩,磁场对载流线圈的作用力矩。磁力功,能进行有关计算。
④了解带电粒子在电磁场中的运动,了解霍尔效应。
⑤掌握法拉第电磁感应定律,楞次定律,电磁感应现象与能量守恒定律的关系。动生电动势,用电子理论解释动生电动势。
(2)教学内容:
①磁场中的高斯定理;
②毕奥—沙伐定律;
③安培环路定律;
④磁场对载流线圈的作用,霍尔效应;
⑤法拉第电磁感应定律,楞次定律,电磁感应现象。
6、第六章机械振动与波
(1)目的要求:
①掌握谐振动及其特征量(频率、周期、振幅和周相),
②掌握旋转矢量法。能建立谐振动运动学方程。理解谐振动的能量;
③了解阻尼振动、受迫振动、共振。掌握同方向同频率谐振动的合成;
④理解,纵波和横波,波速、波频与波长的关系;
⑤掌握平面简谐波方程的物理意义,能熟练建立平面简谐波方程或由波动方程求波长和波速等物理量;
⑥了解波的能量、能流、能流密度;
⑦理解惠更斯原理,波的迭加原理。能计算波的干涉加强和减弱位置;
⑧了解驻波,了解多普勒效应。
(2)教学内容:
①谐振动运动学方程,旋转矢量法,同方向不同频率谐振动的合成;
②机械波的产生和传播,惠更斯原理,波的迭加原理;
③波的干涉、现象,驻波;
④多普勒效应。
7、第七章物理光学
(1)目的要求:
①理解光矢量。了解相干光的获得。
②掌握杨氏双缝干涉。能计算光程与光程差,并能运用其分析与计算干涉条纹位置,处理等厚干涉(劈尖牛顿环)。
③理解等倾干涉。了解迈克耳逊干涉仪。
④理解惠更斯——菲涅耳原理。能计算和确定单缝衍射条纹位置和宽度,
⑤理解半波带法。理解,能根据光栅方程计算光栅衍射主极大明条纹位置。理解光学仪器的分辨率,能进行有关计算。
⑥了解伦琴射线的衍射,布喇格公式。
⑦理解自然光和偏振光,马吕斯定律,反射光和折射光的偏振,布儒斯特定律。
⑧了解单轴晶体中光的双折射。
(2)教学内容:
①光的干涉;
②光的衍射;
③几何光学的基本原理;
④光学仪器的基本原理;
⑤光的偏振;
⑥光的吸收、散射和色散;
⑦光的量子性
⑧现代光学基础。
8、第八章量子物理基础
(1)目的要求:
①理解原子的核模型。原子光谱的规律性。玻尔氢原子理论。能级。理解德布罗意假设并能计算波长与频率。
②理解实物粒子的波粒二象性。理解不确定性关系。了解电子衍射实验。
③理解波函数及其统计解释。了解薛定谔方程。了解氢原子能量量子化、解动量量子化、空间量子化。了解斯特恩—盖拉赫实验。了解电子自旋及四个量子数。
④了解产生激光的基本原理。激光的特性。
(2)教学内容:
①原子光谱的规律性。玻尔氢原子理论;
②实物粒子的波粒二象性,理解不确定性关系;
③薛定谔方程,电子自旋及四个量子数;
④激光及激光器。
“自旋”从字面上理解,就是围绕着质心或穿过质心的轴的物质的自我旋转。比如像地球的自转一样。大多数人的理解,量子的自旋就是粒子围绕自身从不同方向作圆周运动,那事实真的是这样的吗?
1922年,汉堡大学的物理学家奥托·斯特恩(Otto Stern)和沃尔特·盖拉赫(WaltherGerlach)在法兰克福进行了一系列经典的在后来被称为斯特恩-盖拉赫实验的测量实验。他们使用银原子(Ag),他们让它通过非均匀的磁场,以观察它们的偏斜。
斯特恩和盖拉赫使一束加热的银原子通过非均匀的磁场,发现银原子分裂为上下两束。奇异的还在后面,斯特恩和盖拉赫继续实验,他们将经过第一次磁场的一束粒子档住,然后让另一束粒子通过相同的磁场,结果在接受屏上出现了一束粒子流的痕迹。
他们再设立一个磁场,不过这个磁场和以前的在水平位置转90度,让这一束相同粒子流再一次穿过,结果在接受屏上又分裂为水平两束。他们又重复了多次,还是得到了相同的结果。
在几年后,荷兰裔美国物理学家乔治·乌伦贝克(George Uhlenbeck)和萨穆埃尔·古德史密斯(Samuel Goudsmit)共同提出了电子自旋的假设,才解释了这个现象。实验中使用的是银原子(Ag),银原子的电子结构是:2, 8, 18, 18, 1([Kr] 4d10 5s1)。最外层是5s1,即一个5s电子,除去最外层电子外,其他为满壳层。相比较于电子的磁矩,原子的磁矩可以忽略不计。 因此只需考虑电子运动导致的磁矩,而除最外层5s电子外,其他电子轨道角动量、自旋角动量恰好完全抵消。又s电子轨道角动量为零,因此银原子磁矩近似而言主要是由5s电子的自旋导致。
现在我们知道电子是有角动量的,在通过非均匀的磁场后,实验证明电子的自旋在竖直和水平(XY)方向上具有不确定性。什么意思呢?就是电子的自旋可以同时向左或右自旋,就好像我们抛硬币,不是朝上就是朝下,而电子是两面同时出现,这在经典物理里是无法理解的。
因此仅能将自旋视为一种内禀性质,像电荷等一样,粒子的角动量与生俱来。其量值是量子化的,无法被改变(但自旋角动量的指向可以透过操作来改变)。通过研究,发现自旋角动量是系统的一个可观测量,它在空间中的三个分量和轨道角动量一样满足相同的对易关系。每个粒子都具有特有的自旋。粒子自旋角动量遵从角动量的普遍规律。
具有自旋的粒子具有磁偶极矩,就如同经典电动力学中转动的带电物体。磁矩可以通过多种实验手段观察。每一种基本粒子的内禀磁矩的大小都是常数,可以用理论推导出来,得到的结果也已经通过做实验核对至高准确度。
自旋为半奇数的粒子称为费米子,服从费米-狄拉克统计;自旋为0或整数的粒子称为玻色子,服从玻色-爱因斯坦统计。复合粒子的自旋是其内部各组成部分之间相对轨道角动量和各组成部分自旋的矢量和,即按量子力学中角动量相加法则求和。已发现的粒子中,自旋为整数的,最大自旋为4;自旋为半奇数的,最大自旋为3/2。
所有电子具有的1/2自旋,自旋为1/2的基本粒子还包括正电子、中微子和夸克,光子是自旋为1的粒子,理论假设的引力子是自旋为2的粒子,希格斯玻色子在基本粒子中比较特殊,它的自旋为0。对于像质子、中子及原子核这样的亚原子粒子,自旋通常是指总的角动量,即亚原子粒子的自旋角动量和轨道角动量的总和。亚原子粒子的自旋与其它角动量都遵循同样的量子化条件。
自旋为1/2也可以这样理解:一个粒子要转两圈才能恢复到原来的状态。反映到波函数上,粒子转一圈之后,波函数的相位会与原来的正好相反,只有转两圈波函数才能彻底恢复原状。
有一种关于自旋的说法是:设自旋为N,则粒子自转1/N周后与原来相同,理论预言希格斯玻色子自旋为零,实际意义还有待实验观察。
证明电子自旋存在的实验有:斯特恩-盖拉赫实验;光谱精细结构;反常塞曼效应。
电子自旋是电子的基本性质之一,属于量子物理学科。电子自旋先由实验上发现,然后才由狄拉克方程从理论上导出的。电子的基本性质之一。电子内禀运动或电子内禀运动量子数的简称。1925年GE乌伦贝克和SA古兹密特受到泡利不相容原理的启发。
分析原子光谱的一些实验结果,提出电子具有内禀运动——自旋,并且有与电子自旋相联系的自旋磁矩。由此可以解释原子光谱的精细结构及反常塞曼效应 。式中电子自旋S= 1/2。1928年PAM狄拉克提出电子的相对论波动方程,方程中自然地包括了电子自旋和自旋磁矩。
电子自旋是量子效应,不能作经典的理解,如果把电子自旋看成绕轴的旋转,则得出与相对论矛盾的结果。进一步研究表明,不但电子存在自旋,中子、质子、光子等所有微观粒子都存在自旋,只不过取值范围不同。自旋和静质量、电荷等物理量一样。
也是描述微观粒子固有属性的物理量。在电子自旋的学习中,首先要了解电子自旋的实验依据及自旋假设,重点掌握电子自旋的描述,同时能应用电子自旋的理论解释原子光谱现象。
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