大学物理波动光学与近代物理-2023级
大学物理波动光学与近代物理-2023级
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更新日期:2025/04/13
开课平台学银在线
开课高校东北大学
开课教师王晓强时光
学科专业理学物理学类
开课时间2024/09/02 - 2025/01/08
课程周期19 周
开课状态已结课
每周学时-
课程简介

大学物理波动光学与近代物理学是物理类课程的基础和重要组成部分,章节内容包含机械振动、机械波、光的干涉、光的衍射、光的偏振和量子物理基础。

波动光学部分属于首先介绍振动和波动的基本性质和解析方法。自然界中的波动现象种类繁多,最常见的光也就是电磁波即为其中一种。光能呈现波动特性,因此光在传播过程中出现复杂而有趣的现象,例如:光的叠加、光的干涉、光的衍射、光的偏振等。进入经典波动光学部分,我们将对自然世界中各种光学现象进行观察总结出光的基本性质和光传播基本规律,介绍惠更斯-菲涅尔原理和其他经典的波动光学原理。

随着时间和科学的发展,人们对自然界的认知不断提升和精细。随着麦克斯韦电磁场理论预言电磁波的存在,人们意识到光就是电磁波,电磁波在近代物理发展中扮演着重要角色。近代物理学以电磁波的量子性质为开端,从黑体辐射、光电效应和康普顿散射出发,阐述光的量子性,利用氢原子光谱实验引出玻尔氢原子模型以及电磁波和物质粒子的波粒二象性,为波函数和薛定谔方程的提出提供必要的理论支持,从而引出量子物理的基本理论和应用。

本课程的学习,注重理论和实验相结合,通过观察分析实验现象揭示其背后的物理学原理

课程大纲

振动

  • 1.1 简谐振动的动力学特征
  • 1.2 简谐振动的运动学
  • 1.3 简谐振动的能量
  • 1.4 简谐振动的合成
  • 1.5 *选学 振动的频谱分析
  • 1.6 *选学 阻尼振动
  • 1.7 *选学 受迫振动
  • 1.8 *选学 共振
  • 1.9 *选学 非线性振动简介
  • 1.10 简谐振动知识框架图

波动

  • 2.1 机械波的形成和传播
  • 2.2 平面简谐波的波动方程
  • 2.3 波的能量
  • 2.4 声强
  • 2.5 惠更斯原理
  • 2.6 波的叠加和干涉
  • 2.7 驻波
  • 2.8 *选学 多普勒效应 冲击波
  • 2.9 *选学 色散 波包 群速度
  • 2.10 波动知识框架图
  • 2.11 “红移”—课程思政案例1
  • 2.12 地震预警—课程思政案例2

几何光学*

  • 3.1 几何光学的基本定律
  • 3.2 球面折射
  • 3.3 透镜
  • 3.4 共轴球面系统的基点和成像公式
  • 3.5 眼睛
  • 3.6 放大镜
  • 3.7 显微镜

光的干涉

  • 4.1 光源 光的相干性
  • 4.2 杨氏双缝干涉实验
  • 4.3 光程与光程差
  • 4.4 薄膜干涉
  • 4.5 劈尖干涉 牛顿环
  • 4.6 迈克尔逊干涉仪

光的衍射

  • 5.1 光的衍射 惠更斯-菲涅耳原理
  • 5.2 单缝夫琅禾费衍射
  • 5.3 衍射光栅
  • 5.4 *选学 圆孔衍射 光学仪器的分辨率
  • 5.5 *选学 X射线的衍射
  • 5.6 新建目录

光的偏振

  • 6.1 自然光和偏振光
  • 6.2 起偏和检偏 马吕斯定律
  • 6.3 反射与折射时光的偏振
  • 6.4 散射光的偏振
  • 6.5 光的双折射 人为双折射现象
  • 6.6 偏振光的干涉
  • 6.7 旋光现象
  • 6.8 波动光学知识框架图

量子物理基础

  • 7.1 绪论
  • 7.2 黑体辐射与普朗克量子理论
  • 7.3 光电效应
  • 7.4 康普顿散射
  • 7.5 波尔氢原子理论
  • 7.6 物质波
  • 7.7 测不准关系
  • 7.8 波函数与薛定谔方程
  • 7.9 薛定谔方程的一维定态问题
  • 7.10 量子力学解析氢原子理论
  • 7.11 斯特恩盖拉赫实验和电子自旋
  • 7.12 原子壳层结构
  • 7.13 量子力学基础知识框架图
  • 7.14 广域量子通信网络-课程思政案例3
  • 7.15 吴有训-中国近代物理奠基人—课程思政案例4
  • 7.16 斯特恩盖拉赫实验-课程思政案例5

**课程调查问卷**

  • 8.1 《大学物理波动光学与近代物理》课程调查问卷