大气物理学
第六章大气热力学基础
一、热力学基本规律
1、空气状态的变化和大气中所进行的各种热力过程都遵循热力学的一般规律，所以热力学方法及结果被广泛地用来研究大气，称为大气热力学。
2、开放系和封闭系
(1) 开放系：一个与外界交换质量的系统
(2) 封闭系：和外界互不交换质量的系统
(3) 独立系：与外界隔绝的系统，即不交换质量也不交换能量的系统。
3、准静态过程和准静力条件
(1)准静态过程: 系统在变态过程中的每一步都处于平衡状态
(2) 准静力条件：P≡Pe 系统内部压强p 全等于外界压强Pe
4、气块（微团）模型
气块（微团）模型是指宏观上足够小而微观上含有大量分子的空气团，其内部可包含水汽、液态水或固态水。气块（微团）模型就是从大气中取一体微小的空气块，作为对实际空气块的近似。
5、气象上常用的热力学第一定律形式δQ=cdT -αdp=cdT-pp
【比定压热容cp和比定容热容cv的关系cp= cv+R，（R比气体常数）】
6、热力学第二定律讨论的是过程的自然方向和热力平衡的简明判据，它是通过态函数来完成的。
7、理解熵、焓（从平衡态x0开始而终止于另一个平衡态x的过程，将朝着使系统与外界的总熵增加的方向进行；等焓过程: 绝热和等压；物理意义：在等压过程中,系统焓的增加值等于它所吸收的热量）8、大气能量的基本形式：（1）内能；（2）势能；（3）动能；（4）潜热能
9、大气能量的组合形式（1）显热能：单位质量空气的显热能就是比焓。（2）温湿能：单位质量空气的温湿能是显热能和潜热能之和。（3）静力能: 对单位质量的干（湿）空气，干（湿）静力能：（4）全势能: 势能和内能之和称全势能
10、大气总能量
1干空气的总能量: Ed=U+Φ+Ek=cpT+gz+V2
212湿空气的总能量: Em=U+Φ+Ek+Lq=cpT+gz+V+Lq2二、大气中的干绝热过程
1、系统（如一气块）与外界无热量交换（δQ=0)的过程，称为绝热过程。1dpρTpp ()d()0.286（对未饱和湿空气κ= κd=R/Cp=0.286计算大气的干绝热过程）T0p0p0
例：如干空气的初态为p=1000hpa ,T0=300K，当它绝热膨胀，气压分别降到900hpa和800hpa时温度分别为多少？
2、干绝热减温率
定义：未饱和湿空气块温度随高度的变化率的负值为干绝热减温率γv，单位°/100m
g d9.8K/km0.98k/100m1oC/100m cpd
一． 狭 义相对论 1． 爱因斯坦的两个基本原理 2． 时空坐标变换 3． 45（1（2）0 m m γ= v = （3）0 E E γ= v =（4） 2222 C C C C v Pv Pv Pv P E E E E ==== 二． 量子光学基础 1． 热辐射 ① 绝对黑体:在任何温度下对任何波长的辐射都能完全吸收的物体。 吸收比：(T)1B αλ、＝ 反射比：(T)0B γλ、＝ ② 基尔霍夫定律(记牢) ③ 斯特藩-玻尔兹曼定律 -vt x C v = β
B B e e ：单色辐射出射度 B E ：辐出度，单位时间单位面积辐射的能量 ④ 唯恩位移定律 m T b λ?= ⑤ 普朗克假设 h εν= 2． 光电效应 （1） 光电效应的实验定律： a 、n I ∝光 b 、 0 00a a a a e U ek eU e U ek eU e U ek eU e U ek eU νννν----＝＝＝＝ （23、 4 三． 1 ② 三条基本假设 定态，，n m n m h E E h E E νν=-=- ③ 两条基本公式 2210.529o n r n r n A == 12213.6n E E eV n n -== 2． 德布罗意波 20,0.51E mc h E MeV ν=== 22 mc mc h h νν== 电子波波长：
h mv λ= 微观粒子的波长： h h mv mv λλ= === 3． 测不准关系 x x P ???≥h 为什么有？会应用解题。 4．波函数 ① 波函数的统计意义： 例1① ② 例2．① ② 例3．π 例4 例5，，设 S 系中粒子例6 例7． 例8． 例9． 例10． 从钠中移去一个电子所需的能量是2.3eV ，①用680nm λ=的橙光照射，能否产生光电效应？②用400nm λ=的紫光照射，情况如何？若能产生光电效应，光电子的动能为多大？③对于紫光遏止电压为多大？④Na 的截止波长为多大？ 例11． 戴维森革末实验中，已知电子束的动能310k E MeV =，求①电子波的波长；②若电子束通过0.5a mm =的小孔，电子的束状特性是否会被衍射破坏？为什么？ 例12． 试计算处于第三激发态的氢原子的电离能及运动电子的德布罗意波长。 例13． 处于基态的氢原子，吸收12.5eV 的能量后，①所能达到的最高能态；②在该能态上氢原子的电离能？电子的轨道半径？③与该能态对应的极限波长以及从该能态向低能态跃迁时，可能辐射的光波波长？
大学物理下册 学院： 姓名： 班级： 第一部分：气体动理论与热力学基础 一、气体的状态参量：用来描述气体状态特征的物理量。 气体的宏观描述，状态参量： （1）压强p：从力学角度来描写状态。 垂直作用于容器器壁上单位面积上的力，是由分子与器壁碰撞产生的。单位 Pa （2）体积V：从几何角度来描写状态。 分子无规则热运动所能达到的空间。单位m 3 （3）温度T：从热学的角度来描写状态。 表征气体分子热运动剧烈程度的物理量。单位K。 二、理想气体压强公式的推导： 三、理想气体状态方程： 1122 12 PV PV PV C T T T =→=； m PV RT M ' =；P nkT = 8.31J R k mol =；23 1.3810J k k - =?；231 6.02210 A N mol- =?； A R N k = 四、理想气体压强公式： 2 3kt p nε =2 1 2 kt mv ε=分子平均平动动能 五、理想气体温度公式： 2 13 22 kt mv kT ε== 六、气体分子的平均平动动能与温度的关系： 七、刚性气体分子自由度表 八、能均分原理： 1.自由度：确定一个物体在空间位置所需要的独立坐标数目。 2.运动自由度： 确定运动物体在空间位置所需要的独立坐标数目，称为该物体的自由度 （1）质点的自由度： 在空间中：3个独立坐标在平面上：2 在直线上：1 （2）直线的自由度： 中心位置：3（平动自由度）直线方位：2（转动自由度）共5个 3.气体分子的自由度 单原子分子 (如氦、氖分子)3 i=；刚性双原子分子5 i=；刚性多原子分子6 i= 4.能均分原理：在温度为T的平衡状态下，气体分子每一自由度上具有的平均动都相等，其值为 1 2 kT 推广：平衡态时，任何一种运动或能量都不比另一种运动或能量更占优势,在各个自由度上，运动的机会均等,且能量均分。 5.一个分子的平均动能为： 2 k i kT ε=
大学物理学习收获总结 大学物理是大学理工类学科的一门必修的基础课，但由于其并没有像大学英语、计算机基础等基础课一样有相关的水平考试，其考试结果并没有成为大学生就业的参考标准之一，因此并没有引起大学生的足够重视。而且，大学物理与高中物理的内容重复较多，课程的内容大多陈旧因此很难调动学生的积极性。 任何一门课程的学习都离不开课堂、与课后学习这两个环节。但由大学物理的教学现状可知，部分人并没有认真听课，在课堂上的学习效率比较低下。这个是个人兴趣问题，并不是在短期内能解决的。但提高学习大学物理的兴趣是很重要的。大学物理是一门实验学科，多看一下实验不但能对相关概念有更多感性认识，而且还能提高对物理学习的兴趣和热情。虽然由于实验条件的限制，不可能在课堂上看到实验，但我们可以充分地利用网络资源，了解一下实验过程和结果。了解一下物理学史和最新物理的成果也能提高我们的兴趣。 如果课堂上的学习效率不高，那么课后的复习就显得尤为重要。复习的时候要注意几个问题，首先就是基本概念、基本公式的学习。这个直接看课本就行了，但要注意公式的推导过程和应用范围。最好就是把重要公式自己推导一次以加深印象。然后就是要做题巩固记忆，。先看一下书上的例题
还是有好处的，即使有不少例题很简单，但是都是经典题目。例如在电磁学的章节里，书上有很多关于求场强和电势的题目。题目本身不难，但基本都体现了微元法在大学物理中的应用。而记住其结果对求解其他较复杂导体的场强和电势也是非常有用的。做适量课外的题目对加深公式的理解也有很大的帮助。遇到不懂的题目可以在下课的时候问一下老师。不过我觉得与同学交流一下效果会更好，可以知道别人的思路与自己的有何不同，进而比较各种方法的优缺点，达到了双赢的效果。 在大学物理的内容上不是中学内容的重复或简单的扩展,而是在概念上深化、理论上提高,螺旋式上升。有许多新概念出现,如角动量、热学中的“熵”、量子化、能带等。既学习质点的运动,又研究多粒子体系。用爱因斯坦相对论的时空观代替了牛顿的绝对时空观。量子理论取代了能量连续的看法。从宏观到微观,从低速到高速,从经典到近代,大学物理的内容把同学们带向一个又一个美妙而又神奇的物质世界。对这些新概念、新内容,从一开始就要给予充分的理解和足够的重视。学习过程,实际上就是智慧能力的发展过程。 以上基本是我在大学物理学习过程中的心得与体会。不过不同人的情况不一样，找到最适合自己的学习方法才是最重要的。
大学物理公式 基本概念（定义和相关公式） 位置矢量：r ，其在直角坐标系中：k z j y i x r ；2 22z y x r 角位置：θ 速度： dt r d V 平均速度：t r V 速率：dt ds V （ V V ） 角速度：dt d 角速度与速度的关系：V=ｒω 加速度：dt V d a 或 2 2dt r d a 平均加速度：t V a 角加速度：dt d 在自然坐标系中n a a a n 其中dt dV a （=ｒβ），r V n a 2 （=r2 ω） 1．力：F =ｍa （或F = dt p d ） 力矩：F r M （大小：M=rFcos θ方向：右手螺旋 法则） 2．动量：V m p ，角动量：V m r L （大小：L=rmvcos θ方向：右手螺旋法则） 3．冲量： dt F I （=F Δｔ）；功： r d F A （气体对外做功：A=∫PdV ） 4．动能：mV 2/2 5．势能：A 保= – ΔE p 不同相互作用力势 能形式不同且零点选择不同其形式 不同，在默认势能零点的情况下： 机械能：E=E K +E P 6．热量：CRT M Q 其中：摩尔热容 量C 与过程有关，等容热容量C v 与等压热容量C p 之间的关系为：C p = C v +R 7．压强： n tS I S F P 3 2 8．分子平均平动能：kT 23 ；理想气体内能：RT s r t M E )2(2 9．麦克斯韦速率分布函数：NdV dN V f )(（意义：在V 附近单位速度间隔内的分子数所 占比率） 10． 平均速率： RT N dN dV V Vf V V 80 )( 方均根速率： RT V 22 ；最可几速率： RT p V 3 11． 熵：S=Kln Ω（Ω为热力学几率，即：一种宏观态包含的微观态数） 12． 电场强度：E =F /q 0 （对点电荷：r r q E ?42 ） 13． 电势： a a r d E U （对点电荷r q U 04 ）；电势能：W a =qU a (A= –Δ mg(重力) → mgh -kx （弹性力） → kx 2/2 F= r r Mm G ?2 (万有引力) →r Mm G =E p r r Qq ?420 (静电力) →r Qq 04
生物物理学的发展史 从16世纪末开始，人们就开展了生物物理现象的研究，直到20世纪40年代薛定谔（Schr?dinger）在都柏林大学关于“生命是什么”的讲演之前，可以 算是生物物理学发展的早期。19世纪末叶，生理学家开始用物理概念如力学、流体力学、光学、电学及热力学的知识深入到生理学领域，这样就逐渐形成一个新的分支学科，许多人认为这就是最初的生物物理学。实际上物理学与生物学的结合很早以前就已经开始。例如克尔肖（Kircher）在17世纪描述过生物发光的现象；波莱利（Borrelli）在其所著《动物的运动》一书中利用力学原理分析了血液循环和鸟的飞行问题。18世纪伽伐尼（Galvani）通过青蛙神经由于接触两种金属引起肌肉收缩，从而发现了生物电现象。19世纪，梅那（Mayer）通过热、功和生理过程关系的研究建立了能量守恒定律。 20世纪40年代，《医学物理》介绍生物物理内容时,涉及面已相当广泛，包括听觉、色觉、肌肉、神经、皮肤等的结构与功能（电镜、荧光、X射线衍射、电、光电、电位、温度调节等技术），并报道了应用电子回旋加速器研究生物对象。著名的量子物理学家薛定谔专门作了“生命是什么”的报告中提出的几个观点，如负熵与生命现象的有序性、遗传物质的分子基础，生命现象与量子论的协调性等，以后陆续都被证明是极有预见性的观点，而且均得到证实。这有力地说明了近代物理学在推动生命科学发展中的作用。 20世纪50年代，物理学在各方面取得重大成就之后，物理学实验和理论的发展为生物物理学的诞生提供了实验技术和理论方法。例如，用X射线晶体衍射技术对核酸和蛋白质空间结构的研究开创了分子生物学的新纪元，将生命科学的许多分支都推进到分子水平，同时也把这些成就逐步扩大到细胞、组织、器官等，
y 第一章质点运动学主要内容 一. 描述运动的物理量 1. 位矢、位移和路程 由坐标原点到质点所在位置的矢量r r 称为位矢 位矢r xi yj =+r v v ,大小 r r ==v 运动方程 ()r r t =r r 运动方程的分量形式() ()x x t y y t =???=?? 位移是描述质点的位置变化的物理量 △t 时间内由起点指向终点的矢量B A r r r xi yj =-=?+?r r r r r △，r =r △路程是△t 时间内质点运动轨迹长度s ?是标量。 明确r ?r 、r ?、s ?的含义(?≠?≠?r r r s ) 2. 速度（描述物体运动快慢和方向的物理量） 平均速度 x y r x y i j i j t t t u u u D D = =+=+D D r r r r r V V r 瞬时速度(速度) t 0r dr v lim t dt ?→?== ?r r r (速度方向是曲线切线方向) j v i v j dt dy i dt dx dt r d v y x ??????+=+==，2222y x v v dt dy dt dx dt r d v +=?? ? ??+??? ??==?? ds dr dt dt =r 速度的大小称速率。 3. 加速度(是描述速度变化快慢的物理量） 平均加速度v a t ?=?r r 瞬时加速度(加速度) 220lim t d d r a t dt dt υυ→?===?r r r r △ a r 方向指向曲线凹向j dt y d i dt x d j dt dv i dt dv dt v d a y x ????ρ ?2222+=+== 2 2222222 2 2???? ??+???? ??=? ?? ? ??+??? ??=+=dt y d dt x d dt dv dt dv a a a y x y x ? 二.抛体运动 运动方程矢量式为 2 012 r v t gt =+ r r r
一、质点力学基础： （一）基本概念： 1、参照系，质点 2、矢径：k z j y i x r ???++= 3、位移：()()()k z z j y y i x x k z j y i x r r r ??????12121 212-+-+-=++=-=???? 4、速度：k dt dz j dt dy i dt dx k j i dt r d t r z y x t ??????lim ++=++===→υυυ??υ? 5、加速度：k dt d j dt d i dt d k a j a i a dt r d dt d t a z y x z y x t ??????lim υυυυ?υ??++=++====→220 6、路程，速率 7、轨迹方程：0=),,(z y x f 8、运动方程：)(t r r =， 或 )(t x x =， )(t y y =， )(t z z = 9、圆周运动的加速度：t n a a a +=； 牛顿定律：a m dt p d F ==； 法向加速度：R a n 2 υ= ； 切向加速度：dt d a t υ= 10、角速度：dt d θω= 11、加速度：22dt d dt d θ ωα== 二、质点力学中的守恒定律： （一）基本概念： 1、功：?? =?= b a b a dl F l d F A θcos 2、机械能：p k E E E += 3、动能： 22 1 υm E k = 4、势能：重力势能：mgh E p =； 弹性势能：221kx E p = ； 万有引力势能：r Mm G E p -= 5、动量： υ m p =； 6、冲量 ：??=t dt F I 0 7、角动量：p r L ?=； 8、力矩：F r M ?= （二）基本定律和基本公式： 1、动能定理：2 0202 121υυm m E E A k k -= -=外力 （对质点） ∑∑-=-=+i i i k i k k k E E E E A A 00内力外力 （对质点系）
1、一级结构（Primary Structure):多聚体中组成单位的顺序排列。含义主要包括 1、链的数目； 2、每条链的起始和末端组分； 3、每条链中组分的数目、种类及其顺序； 4、链内或链间相互作用的性质、位置和数目。测定方法：1、生化方法：肽链的拆开、末段分析、氨基酸组成分析、多肽链降解、肽顺序分析 2、质谱技术（Mass Spectrometer)和色谱层析分析技术。 2、二级结构（Secondary Structure）是指多聚体分子主链（骨架）空间排布的规律性。测定方法：1、圆二色技术（Circular dichroism CD）、红外光谱（Infrared spectrum）和拉曼光谱（Raman spectrum ）技术。 3、水化作用 (Hydration)：离子或其他分子在水中将在其周围形成一个水层。 笼形结构(cage structure)：疏水物质进入水后水分子将其包围同时外围水分子之间较容易互相以氢键结合而形成笼形结构。 4、能量共振转移（energy resonance transfer): 将分子视为一个正负电荷分离的偶极子，受激发后将以一定的频率振动，如果其附近有一个振动频率相同的另一分子存在，则通过这两个分子间的偶极－偶极相互作用，能量以非辐射的方式从前者转移给后者，这一现象称为～。 5、脂多形性（lipid polymorphism):不同的磷脂分子可形成不同的聚集态或不同的结构，称为“相”，同一磷脂分子在不同的条件下也可以形成不同的聚集态，这一性质称为脂多形性。 6、相分离（phase separation）：由两种磷脂组成的脂质体，当温度在两种磷脂的相变温度之间时，一种磷脂已经发生相变处于液晶态，另一种磷脂仍处于凝胶态，这种两相共存的现象称为相分离。 7、相变：（phase transition）:是指加热到一定稳定时脂双层结构突然发生变化，而脂双层仍然保留的现象。这一温度成为相变温度，温度以上成为液晶相，相变温度以下称为凝胶相。 8、协同运输（cotransport）：细胞利用离子顺其跨膜浓度梯度运输时释放的能：量同时使另一分子逆其跨膜浓度梯度运输。 9、被动运输（passive transport）：是指溶质从高浓度区域移动到一低浓度区域，最后消除两区域的浓度差，是以熵增加驱动的放能过程。这种转运方式称为被动运输。 10、主动运输（active transport）：主动运输是指物质逆浓度梯度，在载体的协助下，在能量的作用下运进或运出细胞膜的过程。Na+、K+和Ca2+等离子，都不能自由地通过磷脂双分子层，它们从低浓度一侧运输到高浓度一侧，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量。 11、易化扩散（facilitated diffusion）：在双层脂分子上存在一些特殊蛋白质能够大大增加融资的通透性，溶质也是从高浓度侧向低浓度侧运输，这种运输方式被称为易化扩散。这些蛋白质被称为运输蛋白。 12、离子通道（ion channel）：是细胞膜的脂双层中的一些特殊大分子蛋白质，其中央形成能通过离子的亲水性孔道，允许适当大小和适当电荷的离子通过。 13、长孔效应（longpore effect）：当一个离子从膜外进入孔道，要与孔道内的几个离子发生碰撞后才能通过孔道，这种现象称为长孔效应。 14、双电层（electrical double layer ）：细胞表面的固定电荷与吸附层电荷的净电荷总量与扩散层电荷的性质相反，数值相等，形成一个双电层。 15、自由基（ free radical FR ）：能独立存在的、具有不配对电子的原子、原子团、离子或分子。 16、基团频率（ group frequency ）：一些化学基团（官能团）的吸收总在一个较狭窄的特定频率范围内，是红外光谱的特征性。在红外光谱中该频率表现基团频率位移，即特征吸收峰。 17、infrared spectroscopy(红外光谱):以波长或波数为横坐标,以强度或其他随波长变化的性质为纵坐标所得到的反映红外射线与物质相互作用的谱图。 18、圆二色谱（circular dichroism spectrum, CD）：记录的是物质对紫外光与可见光波段左圆偏振光和右圆偏振光的吸收存在的差别与波长的关系，是分子中的吸收基团吸收电磁波能量引起物质电子能级跃迁，其波长范围包括近紫外区、远紫外区和真空紫外区。 19、圆二色性（activity of circular dichroism）：手性物质对左右圆偏振光的吸收度不同，导致出射时左右圆偏振光电场矢量的振幅不同，通过样品后的左右圆偏振光再次合成的光是椭圆偏振光，而不再是线性偏振光，这种现象称为~。 20、旋光性（activity of optical ratation）：左右圆偏振光在手性物中行进（旋转）速度不同，导致出射时的左右圆偏振光相对于入射光的偏振面旋转的角度不同，通过样品后的左右圆偏振光再次合成的光相对于入射光的偏振面旋转了一定的角度，称为~。 21、荧光(fluorescence)：受光激发的分子从第一激发单重态的最低振动能级回到基态所发出的辐射。寿命为10-8~ 10 -11s。由于是相同多重态之间的跃迁，几率较大，速度大，速率常数kf为106~109s-1。分子产生荧光必须具备的条件（1）具有合适的结构（2）具有一定的荧光量子产率。
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第一章 质点运动学和牛顿运动定律 1.1平均速度 v = t △△r 1.2 瞬时速度 v=lim △t →△t △r =dt dr 1. 3速度v=dt ds = =→→lim lim △t 0 △t △t △r 1.6 平均加速度a =△t △v 1.7瞬时加速度（加速度）a=lim △t →△t △v =dt dv 1.8瞬时加速度a=dt dv =22dt r d 1.11匀速直线运动质点坐标x=x 0+vt 1.12变速运动速度 v=v 0+at 1.13变速运动质点坐标x=x 0+v 0t+ 2 1at 2 1.14速度随坐标变化公式:v 2-v 02=2a(x-x 0) 1.15自由落体运动 1.16竖直上抛运动 ?????===gy v at y gt v 22122 ???? ???-=-=-=gy v v gt t v y gt v v 2212 0220 0 1.17 抛体运动速度分量???-==gt a v v a v v y x sin cos 00 1.18 抛体运动距离分量?? ? ??-?=?=20021sin cos gt t a v y t a v x 1.19射程 X=g a v 2sin 2 1.20射高Y= g a v 22sin 20 1.21飞行时间y=xtga —g gx 2 1.22轨迹方程y=xtga —a v gx 2 202 cos 2 1.23向心加速度 a=R v 2 1.24圆周运动加速度等于切向加速度与法向加速度矢量和a=a t +a n 1.25 加速度数值 a=2 2n t a a + 1.26 法向加速度和匀速圆周运动的向心加速度相 同a n =R v 2 1.27切向加速度只改变速度的大小a t = dt dv 1.28 ωΦ R dt d R dt ds v === 1.29角速度 dt φ ωd = 1.30角加速度 22dt dt d d φ ωα== 1.31角加速度a 与线加速度a n 、a t 间的关系 a n =22 2)(ωωR R R R v == a t =αωR dt d R dt dv == 牛顿第一定律：任何物体都保持静止或匀速 直线运动状态，除非它受到作用力而被迫改变这种状态。 牛顿第二定律：物体受到外力作用时，所获得的加速度a 的大小与外力F 的大小成正比，与
经过一学期的大学物理实验的学习，让我受益匪浅。在本学期大学物理实验课即将结束之时，我对于在这一年来的学习进行了总结，总结这一年来的收获与不足，取之长补之短，在今后的学习和工作中有所受用。回顾这一学期的学习，感觉十分充实。通过亲自动手，使我进一步了解了物理实验的基本过程和基本方法，为我今后的学习和工作奠定了良好的实验基础。 我很感谢能有机会学习物理实验，因为老师教会了我很多，每次上实验课，老师都给我们认真的讲解实验原理，轮到我们自己动手时，老师还常常给予我们帮助，不厌其烦的为我们讲解，直到我们做出来。 一、实验主要内容 1、 利用气垫导轨的力学实验 （1）实验思想方法 本实验的实验思想为控制变量法，数据处理思想为算术平均法。这个实验可以用两种方法进行，一.种是质量M 保持不变，通过改变牵引砝码的质量来改变作用力F,验证a∞F 的关系;另一种是作用力F 保持不变，用增减滑行器上的配重砝码来改变滑行器的质量M 验证a 与1/M 的关系。 （2）实验主要内容与关键步骤 用天平准确称出滑行器总质量（包括细线）m 1，牵引砝码桶(或砝码钩)和砝码的质量m 2，运动系统总质量M=m 1+m 2，作用力F=m 2g 。逐次改变牵引砝码的质量。重复按上述方法分别测出加速度a 值。测出数据计算，可得1212 F F a a =，2323F F a a =的关系，在误差范围内验证a ∝F 的比例关系。
（3）实验收获和建议 需要掌握气垫导轨的调整与使用和气垫导轨上测速度和加速度的试验方法。验证牛顿第二定律（选择合理的实验方案和数据处理方法验证物理定律，体会物理实验中需要严谨的作风和科学的方法）。 2、 测量静电场场强和电势分布的实验 （1）实验思想方法 本实验实验思想为模拟法，数据处理思想为算术平均法。这个实验方法为接线；测量；记录；测绘方法这几方面。测绘方法为先测绘等位线，然后根据电场线与等位线正交的原理，画出电场线。 （2）实验主要内容与关键步骤 要求相邻两等势（位）线间的电势（位）差为2伏，以每条等势线上各点到原点的平均距离r 为半径画出等位线的同心圆簇。然后根据电场线与等位线正交原理，再画出电场线，并指出电场强度方向，得到一张完整的电场分布图。在坐标纸上作出相对电位U R /U a 和r ln 的关系曲线，并与理论结果比较，再根据曲线的性质说明等位线是以内电极中心为圆心的同心圆。 （3）实验收获和建议 我学习了用模拟方法来测绘具有相同数学形式的物理场；描绘出分布曲线及场量的分布特点； 加深对各物理场概念的理解；初步学会用模拟法测量和研究二维静电场。 3、测量磁场的磁感应强度分布的实验 （1）实验思想方法 本实验的实验思想为感应法，数据处理思想为作图法。本实验采用感应法测量磁感应强度的大小和方向。感应法是利用通过一个探测线圈磁通量变化所感应的电动势大小来测量磁场。
大学物理上公式 定律和定理 1．矢量叠加原理：任意一矢量A 可看成其独立的分量i A 的和。即：A =Σi A （把式中A 换成r 、V 、 a 、F 、E 、B 就分别成了位置、速度、加速度、力、电场强度和磁感应强度的叠加原理）。 2．牛顿定律：F =ｍa （或F = dt p d ）；牛顿第三定律：F ′=F ；万有引力定律：r r Mm G F ?2 动量定理：p I →动量守恒：0 p 条件 0外F 1．位置矢量：r ，其在直角坐标系中：k z j y i x r ；222z y x r 角位置：θ 2．速度：dt r d V 平均速度：t r V 速率：dt ds V （ V V ）角速度：dt d 角速度与速度的关系：V=ｒω 3．加速度： dt V d a 或 2 2dt r d a 平均加速度：t V a 角加速度：dt d 在自然坐标系中n a a a n 其中dt dV a （=ｒβ），r V n a 2 （=r 2 ω） 4．力：F =ｍa （或F = dt p d ） 力矩：F r M （大小：M=rFcos θ方向：右手螺旋法则） 5．动量：V m p ，角动量：V m r L （大小：L=rmvcos θ方向：右手螺旋法则） 6．冲量： dt F I （=F Δｔ）；功： r d F A （气体对外做功：A=∫PdV ） 7．动能：mV 2/2 8．势能：A 保= – ΔE p 不同相互作用力势能形 式不同且零点选择不同其形式不同，在默认 势能零点的情况下： 机械能：E=E K +E P 9．热量：CRT M Q 其中：摩尔热容量C 与过程有关，等容热容量C v 与等压热容量C p 之间的关系为：C p = C v +R 10． 压强： n tS I S F P 3 2 11． 分子平均平动能：kT 23 ；理想气体内能：RT s r t M E )2(2 12． 麦克斯韦速率分布函数：NdV dN V f )(（意义：在V 附近单位速度间隔内的分子数所占比率） mg(重力) → mgh -kx （弹性力） → kx 2/2 F= r r Mm G ?2 (万有引力) →r Mm G =E p r r Qq ?420 (静电力) →r Qq 04
电磁学 1．定义： ①E 和B ： F =q(E +V ×B )洛仑兹公式 ②电势：? ∞ ?= r r d E U 电势差：?-+ ?=l d E U 电动势：? + - ?= l d K ε（q F K 非静电 =） ③电通量：???=S d E e φ磁通量：???=S d B B φ磁通链： ΦB =N φB 单位：韦伯（Wb ） 磁矩：m =I S =IS n ? ④电偶极矩：p =q l ⑤电容：C=q/U 单位：法拉（F ） *自感：L=Ψ/I 单位：亨利（H ） *互感：M=Ψ21/I 1=Ψ12/I 2 单位：亨利（H ） ⑥电流：I = dt dq ； *位移电流：I D =ε 0dt d e φ 单位：安培（A ） ⑦*能流密度： B E S ?= μ 1 2．实验定律 ①库仑定律：0 204r r Qq F πε= ②毕奥—沙伐尔定律：204?r r l Id B d πμ?= ③安培定律：d F =I l d ×B ④电磁感应定律：ε感= –dt d B φ 动生电动势：?+ -??= l d B V )(ε 感生电动势：? - + ?=l d E i ε（E i 为感生电场） *⑤欧姆定律：U=IR （E =ρj ）其中ρ为电导率 3．*定理（麦克斯韦方程组） 电场的高斯定理：?? =?0 εq S d E ??=?0 εq S d E 静 （E 静是有源场） ??=?0S d E 感 （E 感是无源场） 磁场的高斯定理：??=?0S d B ??=?0S d B （B 稳是无源场） E =F /q 0 单位：N/C =V/ｍ B=F max /qv ；方向，小磁针指向（S →N ）；单位：特斯拉（T ）=104高斯（G ） Θ ⊕ -q l
第一章 1为何蛋白质的含氮量能表示蛋白质相对量？实验中又是如何依此原理计算蛋白质含量的？ 答：因为蛋白质中氮的含量一般比较恒定，平均为16%。这是蛋白质元素组成的一个特点，也是凯氏定氮测定蛋白质含量的计算基础。蛋白质的含量计算为：每克样品中含氮克数×6.25×100即为100克样品中蛋白质含量（g%）。（P1） 2.蛋白质有哪些重要的生物学功能？蛋白质元素组成有何特点？ 答：蛋白质是生命活动的物质基础，是细胞和生物体的重要组成部分。构成新陈代谢的所有化学反应，几乎都在蛋白质酶的催化下进行的，生命的运动以及生命活动所需物质的运输等都需要蛋白质来完成。蛋白质一般含有碳、氢、氧、氮、硫等元素，有些蛋白质还含有微量的磷、铁、铜、碘、锌和钼等元素。氮的含量一般比较恒定，平均为16%。这是蛋白质元素组成的一个特点。（P1） 3.组成蛋白质的氨基酸有多少种？如何分类？ 答：组成蛋白质的氨基酸有20种。根据R的结构不同，氨基酸可分为四类，即脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸、杂环族氨基酸、杂环亚氨基酸。根据侧链R的极性不同分为非极性和极性氨基酸，极性氨基酸又可分为极性不带电荷氨基酸、极性带负电荷氨基酸、极性带正电荷氨基酸。（P5） 4.举例说明蛋白质的四级结构。 答：蛋白质的四级结构含有两条或更多的肽链，这些肽链都成折叠的α-螺旋。它们相互挤在一起，并以弱键互相连接，形成一定的构象。四级结构的蛋白质中每个球状蛋白质称为亚基。亚基通常由一条多肽链组成，有时含有两条以上的多肽链，单独存在时一般没有生物活性。以血红蛋白为例：P11-12。 5、举例说明蛋白质的变构效应。 蛋白质的变构效应：当某种小分子物质特异地与某种蛋白质结合后，能够引起该蛋白质的构象发生微妙而有规律的变化，从而使其活性发生变化，P13。 血红蛋白（Hb）就是一种最早发现的具有别构效应的蛋白质，它的功能是运输氧和二氧化碳，运输氧的作用是通过它对O2的结合与脱结合来实现。Hb有两种能够互变的天然构象，一种为紧密型T，一种为松弛型R。T型对氧气亲和力低，不易于O2结合；R型则相反，它与O2的亲和力高，易于结合O2。 T型Hb分子的第一个亚基与O2结合后，即引起其构象开始变化，将构象变化的“信息”传递至第二个亚基，使第二、第三和第四个亚基与O2的亲和力依次增高，Hb分子的构象由T型转变成R型…这就微妙的完成了运送O2的功能。书P13最后两段，P14第一段 6.常用的蛋白质分离纯化方法有哪几种？各自的原理是什么？ １、沉淀：向蛋白质水溶液中加入浓的无机盐溶液，可使蛋白质的溶解度降低，而从溶液中析出。 ２、电泳：蛋白质在高于或低于其等电点的溶液中是带电的，在电场中能向电场的正极或负极移动。根据支撑物不同，有薄膜电泳、凝胶电泳等。 ３、透析：利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。 ４、层析：a.离子交换层析，利用蛋白质的两性游离性质，在某一特定pＨ时，各蛋白质的电荷量及性质不同，故可以通过离子交换层析得以分离。如阴离子交换层析，含负电量小的蛋白质首先被洗脱下来。 b.分子筛，又称凝胶过滤。小分子蛋白质进入孔内，滞留时间长，大分子蛋白质不能进入孔内而径直流出。5、超速离心：既可以用来分离纯化蛋白质，也可以用作测定蛋白质的分子量。不同蛋白质因其密度与形态各不相同而分开。 7.什么是核酸？怎样分类？各类中包括哪些类型？ 核酸是生物体内极其重要的生物大分子，是生命的最基本的物质之一。（P15第一段） 核酸分为脱氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA。（P15第一段）
大学物理学习心得体会 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。 关键词物理学解题方法物理实验 Abstract This article is mainly about the knowledge of physics ,the methods of sloving physics questions and our felling about the college physics。 Key words physics; the methods of sloving physics questions; the experience of physics 从初中正式开始学习物理到现在已经接触物理近七年了，这期间对物理这门学科有了一定的认识和了解。首先物理是研究物质结构、物质和运动规律的，是一门以实验为基础的自然科学。 物理学分为：经典力学及理论力学(Mechanics)——研究物体的基本规律的规律；电磁学及电动力学(Electromagnetism and Electrodynamics)——研究、物质的电磁运动规律及电磁辐射等规律；热力学与统计物理学(Thermodynamics and Statistical Physics)——研究物质的统计规律及其表现；和(Relativity)——研究物体的高速运动效应，相关的规律以及关于时空相对性的规律；量子力学(Quantum mechanics)——研究微观现象以及基本运动规律等 此外，还有： 、、原子分子物理学、、、、、、、、、电磁学、、无线电物理学、、、、、、、、、和空气动力学等等。 通常还将、、热力学与统计物理学、量子力学统称为四大力学。 而大学的物理学习让我对物理有了更深刻的理解和认识。 “大学物理学”是理工科院校学生必修的一门重要基础理论课程，在培养创新人才方面，该课程具有其他学科无法替代的作用。该课程所讲授的基本概念，基本理论和基本方法是构成学生科学的重要组成部分，是一个科学工作者和工程技术人员必须的，也是创新人才成长所必须掌握的。 大学物理的学习包括物理课程的学习，物理解题方法的学习以及物理实验的学习。 通过物理解题方法的学习，使我们对于大学物理题的解法有了统一的认识。 下面简要介绍几种解题中常用的方法： 一、简谐振动的描述方法：1．解析法2．旋转矢量法3．图线法。 二、简谐波波函数的计算方法：1．从沿波的传播方向振动时间落后角度求简谐波波函数的计算方法。2．从沿波的传播方向相位落后角度求简谐波波函数的计算方法。3．根据简谐波波函数的一般表达式求出波函数的计算方法。
力学复习 质点力学 刚体力学 模型： 质点 刚体 运动方程 )(t r r = )(t θθ= 轨迹方程：消去运动方程中的参数t 速度：k v j v i v v dt r d v z y x ++===τ? 角速度：dt d θω= 加速度：k a j a i a n a a dt v d a z y x n ++=+==??τ τ 角加速度：22dt d dt d θωα== 匀加速直线运动 as v v at t v s at v v 2212 02200=-+ =+= 匀角加速转动 ) (221 02022000θθαωωαωθθαωω-=-+=-+=t t t 质点的惯性——质量m 刚体的惯性——转动惯量量J 平行轴定理 2md J J c += 垂直轴定理 y x z J J J += 几个常用的J 改变质点运动的原因：F 改变刚体转动的原因：F r M ?= 牛顿第二定律 a m dt p d F == 转动定理 αJ dt dL M == 质点动量 v m p = 角动量 ωJ L = 质点系统动量 c i i v m P )(∑= 动量定理 122 1 p p dt F p d dt F t t -==? 角动量定理 1221 L L Mdt t t -=? 动量守恒条件：所受合外力<<内力 角动量守恒条件：所受合外力矩<<内力矩 功：??=?=21 r d F A r d F dA 功：?==21 θθMd A Md dA 功率：v F N ?= 功率：ω ?=M N 动能定理：看课合力E E A -== 动能定理：看课合力矩E E A -==
第一章 质点运动学与牛顿运动定律 1、1平均速度 v = t △△r 1、2 瞬时速度 v=lim 0△t →△t △r =dt dr 1. 3速度v= dt ds = =→→lim lim △t 0 △t △t △r 1、6 平均加速度a = △t △v 1、7瞬时加速度(加速度)a=lim 0△t →△t △v =dt dv 1、8瞬时加速度a=dt dv =2 2dt r d 1、11匀速直线运动质点坐标x=x 0+vt 1、12变速运动速度 v=v 0+at 1、13变速运动质点坐标x=x 0+v 0t+ 2 1at 2 1、14速度随坐标变化公式:v 2 -v 02 =2a(x-x 0) 1、15自由落体运动 1、16竖直上抛运动 ?????===gy v at y gt v 22122 ???? ???-=-=-=gy v v gt t v y gt v v 2212 02200 1、17 抛体运动速度分量???-==gt a v v a v v y x sin cos 00 1、18 抛体运动距离分量?? ? ??-?=?=20021sin cos gt t a v y t a v x 1、19射程 X=g a v 2sin 2 1、20射高Y= g a v 22sin 20 1、21飞行时间y=xtga —g gx 2 1、22轨迹方程y=xtga —a v gx 2 202 cos 2 1、23向心加速度 a=R v 2 1、24圆周运动加速度等于切向加速度与法向加速度矢量与a=a t +a n 1、25 加速度数值 a=2 2 n t a a + 1、26 法向加速度与匀速圆周运动的向心加速度相同 a n =R v 2 1、27切向加速度只改变速度的大小a t = dt dv 1、28 ωΦR dt d R dt ds v === 1、29角速度 dt φ ωd = 1、30角加速度 22dt dt d d φ ωα== 1、31角加速度a 与线加速度a n 、a t 间的关系 a n =222)(ωωR R R R v == a t =αωR dt d R dt dv == 牛顿第一定律:任何物体都保持静止或匀速直线运动 状态,除非它受到作用力而被迫改变这种状态。 牛顿第二定律:物体受到外力作用时,所获得的加速度a 的大小与外力F 的大小成正比,与物体的质量m 成反比;加速度的方向与外力的方向相同。 1.37 F=ma 牛顿第三定律:若物体A 以力F 1作用与物体B,则同时物体B 必以力F 2作用与物体A;这两个力的大小相等、方向相反,而且沿同一直线。 万有引力定律:自然界任何两质点间存在着相互吸引力,其大小与两质点质量的乘积成正比,与两质点间的距离的二次方成反比;引力的方向沿两质点的连线 1、39 F=G 2 2 1r m m G 为万有引力称量=6、67×10-11 N ?m 2 /kg 2 1、40 重力 P=mg (g 重力加速度) 1、41 重力 P=G 2 r Mm 1、42有上两式重力加速度g=G 2 r M (物体的重力加速度与物体本身的质量无关,而紧随它到地心的距离而变)
大学物理下公式方法归纳 Modified by JEEP on December 26th, 2020.
大 学物理下归纳总结 电学 基本要求： 1．会求解描述静电场的两个重要物理量：电场强度E 和电势V 。 2．掌握描述静电场的重要定理：高斯定理和安培环路定理（公式内容及物理意义）。 3．掌握导体的静电平衡及应用；介质的极化机理及介质中的高斯定理。 主要公式： 一、 电场强度 1 计算场强的方法（3种） 1、点电荷场的场强及叠加原理 点电荷系场强：∑=i i i r r Q E 304πε 连续带电体场强：?=Q r dQ r E 3 04πε （五步走积分法）(建立坐标系、取电荷元、写E d 、分解、积分) 2、静电场高斯定理： 物理意义：表明静电场中，通过任意闭合曲面的电通量（电场强度沿任意闭合曲面的面积分），等于该曲面内包围的电荷代数和除以0ε。
3、利用电场和电势关系： 二、电势 电势及定义： 1．电场力做功：??=?=2100l l l d E q U q A 2. 静电场安培环路定理：静电场的保守性质 物理意义：表明静电场中，电场强度沿任意闭合路径的线积分为0。 3．电势：)0(00 =?=?p p a a U l d E U ；电势差：??=?B A AB l d E U 电势的计算： 1．点电荷场的电势及叠加原理 点电荷系电势：∑=i i i r Q U 04πε （四步走积分法）(建立坐标系、取电荷元、写dV 、积分) 2．已知场强分布求电势：定义法 三、静电场中的导体及电介质 1. 弄清静电平衡条件及静电平衡下导体的性质 2. 了解电介质极化机理，及描述极化的物理量—电极化强度P , 会用介质中的高斯定 理，求对称或分区均匀问题中的,,D E P 及界面处的束缚电荷面密度 σ。 3. 会按电容的定义式计算电容。 典型带电体系的电势