第一节气体分子动理论
一 基本概念
1. 系统与外界
(1) 热力学系统(简称系统)：在给定范围内，由大量微观粒子所组成的宏观客体。
(2) 系统的外界(简称外界)：能够与所研究的热力学系统发生相互作用的其它物体。
2. 宏观描述和微观描述
(1) 宏观描述 宏观量
对于一个系统的状态，从整体上加以描述的方法叫宏观描述。这时所用的表征系统状态和属性的物理量，称为宏观量(macroscopic quantity) 。例：p、v、t。
宏观量可直接用仪器测量，且一般被人的感官所察觉。
(2)微观描述 微观量
通过对微观粒子运动状态的说明而对系统的状态加以描述，这种方法成为微观描述。描述单个微观粒子运动状态的物理量叫做微观量(microscopic quantity) 。例：单个分子的υ, m , p。微观量一般不能直接测量，且不易被人的感官所察觉。
3. 热力学平衡态状态方程
(1) 热力学平衡态(equilibrium state)
一个系统在不受外界影响的条件下，如果它的宏观性质处处均匀且不再随时间变化，我们就说这个系统处于热力学平衡态。简称平衡态。热力学平衡态是一种动态平衡，称之为热动平衡。
(2) 状态方程
对于一定的系统，在平衡态下，其状态参量满足一定的函数关系，称之为状态方程。
理想气体状态方程
1. 理想气体的状态方程
一定质量的理想气体，当不必考虑电磁性质和化学性质时，可看作简单系统。t 、 v 、p 的函数关系即其状态方程。
2. 热力学中理想气体状态方程的建立
一定量的理想气体，任一状态下的pv/t值都相等：
第二节热力学基础
一 准静态过程
系统由一个状态变化到另一状态 ,叫热力学过程(简称“过程” )，准静态过程是系统的每一状态都无限接近于平衡态的过程。或，准静态过程可视作由一系列平衡态组成的过程。
二 热力学第一定律
q=a △e
(气体从外界吸热，一部分用来对外作功 ，一部分用于内能的增加)
对微小变化过程：đq= đ a de
三 热力学第一定律对理想气体等值过程的应用
2.卡诺循环是工质只和两个恒温热库交换热量的准静态、无摩擦的循环
卡诺热机循环的效率
七 热力学第二定律
1.开尔文表述：其唯一效果是热量全部转变为功的过程是不可能的。
2.克劳修斯表述：热量不能自动地从低温物体传向高温物体
八 可逆过程和不可逆过程
一般地说，一个过程进行时，如果使外界条件改变一无穷小的量，这个过程就可以反向进行(其结果是系统和外界能同时回到初态)则这个过程就叫可逆过程(准静态、无摩擦的过程)
不可逆过程是其结果不能完全被消除的过程。例如：摩擦生热，有限温差热传导，气体自由膨胀等。
第三节机械波
一、机械波的产生
1、机械波：机械振动在弹性媒(介)质中的传播。
2、产生条件: (1)波 源——产生振动。(2)弹性媒质——传播振动。由以弹性力互相联系着的质点组成。
3、波动的特征：(1)波动中每一个质点均在其平衡位置附近振动，不“随波逐流”，传播的是振动状态。(2)波动中，传播方向上各质点的振动依次滞后，即后动的点在相上总滞后于先动的点。各点的振动频率均与波源的相同。(3)波源作一次全振动，将传出一个完整的波形。
二、纵波和横波
1.纵波——质点的振动方向与波的传播方向平行，如声波。
2.横波——质点的振动方向与波的传播方向垂直，如电磁波。
三、波的几何描述
1、波线(波射线)——表示波的传播方向的射线。
2、波面(同相面)——某时刻振动相位相同的点组成的面。
3.波前(波阵面)——某时刻处在最前面的波面。
4.球面波——波面为球面的波(点波源形成)。
5.平面波——波面为平面的波(点波源在很远时)。
四.波的特征量
1.波速 u ：振动状态传播的速度，又叫相速。它由媒质的性质决定，与波源情况无关。
2.周期t：一个完整的波通过波线上的某点所需的时间。它由波源决定(波源、观测者均不动时)
3.波长l ：波线上相邻的振动状态相同的两质元间的距离。它由波源和媒质共同决定。
五、平面简谐行波
1、沿x轴正向传播的平面简谐行波
设o为波线上振动规律已知的任一点(不一定是波源!),取其为坐标原点。无吸收均匀弹性介质
六、惠更斯原理
介质中波传到的各点, 都可看作是发射子波的波源 (点波源)。在以后的任一时刻, 这些子波面的包络面(包迹)就是该时刻的波前 。
七、波的叠加原理
1、波的传播的独立性
当几列波在介质中某区域相遇时，各列波将保持各自原有的一切特性(ν、λ 、振动方向等) ，并按各自原来的传播方向继续前进。
2、波的叠加原理
当几列波在介质中某点处相遇时，该处质点的振动是各列波单独存在时的振动的合成。
通常在波的强度不很大的情况下，波的叠加原理一般都适用。
八、波的干涉
两列振动方向相同，频率相同，位相差恒定的波，在同一介质中传播，在相遇时会出现介质中有些质点的振动始终加强，有些质点的振动始终减弱的现象，这种现象称为波的干涉。能产生干涉现象的波称为相干波，它们的波源称为相干波源。设s1,s2处是两相干波源，它们的振动表达式分别为：
3、驻波的特点
频率特点：各质点以同一频率作谐振动。
振幅特点：
(1)某些质点振幅为0，始终静止不动——波节;
(2)某些质点振幅具有最大值——波腹;
(3)其它质点振幅介于0和最大值之间。
两相邻波腹(节)间距为 λ/2; 相邻的波腹与波节间距为λ/4.
相位特点:相位中没有x 坐标，故没有了相位的传播。设两相邻波节间为一段，则同一段振动同相;相邻段振动反相
能量特点:形成驻波的两列行波的能流密度大小相等，传播方向相反，叠加后，能量总的说来并不传播。
第四节波动光学
一、光的干涉
1、杨氏双缝干涉
二、薄膜干涉
1、光程
为方便计算光经过不同介质时引起的相差，引入光程的概念。定义 l=nr为介质中与路程 r相应的光程。n为介质的折射率。
2、光程差(δ)与相位差(△φ)的关系
3、半波损失
(1) 、从光疏→光密,当光线正入射(i=00 )或掠入射(i≈90°)时,产生附加的光程差,反射光有半波损失.
(2)、从光密→光疏, 反射光无半波损失;
(3)、在任何情况下,透射光都没有半波损失。
4、薄膜干涉
反射光线：若n12>n1,应计半波损失
5、劈尖(劈形膜):夹角很小的两个平面间的介质薄膜叫劈尖。两玻璃片的交线为棱边，在平行于棱边的线上，劈尖的厚度是相等的。设劈尖的折射率为n2,其周围介质的折射率为n1,(n21),θ角很小，若波长为λ的单色光垂直入射，则在劈尖的上下表面反射的反射光线在劈尖的上表面相遇，其光程差为：
四、光的偏振
1、光的偏振状态
(1)自然光(非偏振光)：在垂直于其传播方向的平面内，沿各方向振动的光矢量都有，平均来讲，光矢量的分布各向均匀，而且各方向光振动的振幅相同。自然光可分解为两个振动方向相互垂直、振幅相等、无固定相位差的振动。
(2)自然光的表示法：
2、线偏振光
振动面——偏振光的振动方向和传播方向所组成的平面。
光矢量只在一个固定平面内沿一个固定方向振动的光叫线偏振光(或平面偏振光、完全偏振光)。
线偏振光的表示法：
3、部分偏振光
部分偏振光----介于自然光和偏振光之间的光,含有自然光和偏振光两种成分. 部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直、不等幅、不相干的线偏振光。
部分偏振光的表示法：
4、马吕斯定律
若起偏振器的偏振化方向与检偏振器的偏振化方向之间的夹角为α，通过其偏振器后的偏振光的强度为i0，通过检偏振器后的偏振光的强度为i,则：i=i0cos2α.
5、反射和折射时光的偏振
(1)反射和折射时光的偏振
自然光以入射角i自折射率为n1的介质射向折射率为n2的介质交界面。将自然光以入射面为基准(由入射限于两种介质分界面的法线所组成的平面)，正交分解为垂直于入射面的光振动(以点表示)和平行于入射面的光振动(以短线表示)，在分界面上反射的反射光为垂直也入射面的光振动较强的部分偏振光，折射光为平行于入射面的光振动较强的部分偏振光，它们的偏振程度与入射角有关。
(2)布儒斯特定律
当入射角为一特殊角i0,满足
时，反射光为完全偏振光，振动方向垂
直入射面而且i0 r0=90°，即折射线垂直于反射线。
6、双折射现象
光通过各向异性晶体，出现两束折射光线，这种现象称为双折射现象。其中一束光线遵从折射定律，成为寻常光线，用o表示，也称e光。出现双折射的原因是由于o光和e光在晶体中沿各个方向的传播速度不同(因而折射率也不同)
(1)几个概念
晶体的光轴——在光学各向异性晶体内部有一确定的方向，沿这一方向，o光和e光的传播速度相等，这一方向称为晶体的光轴。沿光轴方向传播的光不产生双折射。
晶体的主截面——晶体表面的法线与晶体光轴构成的平面
光线的主平面——晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面叫该束光的主平面．
