2018大学物理物理小论文范文

2105270

　　大学物理物理小论文篇一
　　谈谈角动量守恒及其应用
　　摘要: 角动量这一概念是经典物理学里面的重要组成部分，角动量的研究主要是对于物体的转动方面，并且可以延伸到量子力学、原子物理以及天体物理等方面。角动量这一概念范畴系统的介绍的力矩、角速度、角加速度的概念，并且统筹的联系到质点系、质心系、对称性等概念.本文主要对角动量守恒定律和其应用进行论述。对定律本身进行了简略的阐述，并就其守恒条件及其结论进行了定性分析。
　　正文:
　　大家也许小时候都有过一个疑问：人们走路的时候为什么要甩手呢？为什么如果走顺拐了会感觉特别别扭呢？一个常见的解释是，为了保持身体平衡。这种解释了和没解释没什么区别的答案是永远正确的，问题是甩手到底是怎么保持身体平衡的？
　　原来这一切都是我们大学生所熟知的角动量以及动量守恒的原因，很神奇的是原来用动量守恒可以解决很复杂的问题,但是却用了最简单的方法。
　　1.角动量：角动量也称为动量矩，刚体的转动惯量和角速度的乘积叫做刚体转动的角动量，或动量矩，单位千克二次方米每秒，符号kgm2/s。角动量是描述物体转动状态的物理量。对于质点在有心力场中的运动，例如，天体的运动，原子中电子的运动等，角动量是非常重要的物理量。角动量反映不受外力作用或所受诸外力对某定点（或定轴）的合力矩始终等于零的质点和质点系围绕该点（或轴）运动的普遍规律。物理学的普遍定律之一。质点轨迹是平面曲线，且质点对力心的矢径在相等的时间内扫过相等的面积。如果把太阳看成力心，行星看成质点，则上述结论就是开普勒行星运动三定律之一,开普勒第二定律。一个不受外力或外界场作用的质点系，其质点之间相互作用的内力服从牛顿第三定律，因而质点系的内力对任一点的主矩为零，从而导出质点系的角动量守恒。W.泡利于1931年根据守恒定律推测自由中子衰变时有反中微子产生，1956年后为实验所证实。角动量是矢量，角动量L=r×F=r×Fsin
　　2.力矩:在物理学里，力矩可以被想象为一个旋转力或角力，导致出旋转运动的改变。这个力定义为线型力乘以径长。依照国际单位制，力矩的单位是牛顿-米[1]。
　　3.作用力矩和反作用力矩:由于作用力和反作用力是成对出现的，所以它们的力矩也成对出现。由于作用力与反用力的大小相等，方向相反且在同一直线上因而有相同的力臂，所以作用力矩和反作用力矩也是大小相等，方向相反，其和为零。
　　3.角动量守恒定理：
　　在不受外界作用时，角动量是守恒的。角动量守恒是跟空间各项同性有关系的，也就是说空间的各个方向是没有区别的，这叫做物理定律的旋转不变性，由这种不变性，在理论上，可以得到角动量守恒。动量守恒是跟空间均匀性相关的，也就是说物理定律在各个地方是一样的，地球上的物理定律跟月亮上的物理定律是一样的，这叫做空间平移不变性，由空间平移不变性，可以从理论上推导出动量守恒。另外，还有能量守恒是跟时间平移不变性相关的，也就是说，过去，现在和未来物理定律是一样的话，就有这么一个量，叫做能量是守恒的。所有这些，
　　都是由一个叫做诺特定理的东西得出来的，质点系对参考点的角动量守恒定律：由n个质点组成的质点系,且处于惯性系中,可以推导出作用于各质点诸力对参考点的外力矩的冲量矩∑Mi×△t,等于质点系对该参考点的角动量的变量,即△L=∑Mi×△t同样当∑Mi=0时,质点系对该参考点的角动量守恒。如果n个质点组成的质点系,处于非惯性系中,只要把质点系的质心取作参考点,上述结论仍成立。
　　4.角动量守恒的判断:
　　当外力对参考点的力矩为零,即∑Mi=0时,质点或质点系对该参考点的角动
　　量守恒。有四种情况可判断角动量守恒:①质点或质点系不受外力。②所有外力通过参考点。③每个外力的力矩不为零,但外力矩的矢量和为零。甚至某一方向上的外力矩为零,则在这一方向上满足角动量守恒。④内力对参考点的力矩远大于外力对参考点的合力矩,即内力矩对质点系内各质点运动的影响远超过外力矩的影响,角动量近似守恒[3]。
　　5.角动量守恒定理的应用：
　　角动量守恒定理在我们的现实生活中非常的常见，航海航天领域和人们平常所使用的工具器械，以及日常中见到的现象很多一部分都可以用角动量守恒定理来解释。
　　（1）行星运动:受到太阳的万有引力这一有心力，由于万有引力对太阳这个参考点力矩为零，所以他们以太阳为参考点的角动量守恒。
　　（2）芭蕾舞旋转：跳芭蕾舞的时候，运动员在转动的过程之中，会收缩双手，来实现减少转动惯量，则角速度变大，转动得越快。
　　（3）跳水：跳水运动中，运动员在在完成动作时，会将身体蜷缩成球形，目的也是减小转动惯量，加快转动速度，更好地完成动作。
　　（4）航空：安装在轮船、飞机或火箭上的导航装置回转仪，也叫陀螺，回转仪的核心器件是一个转动惯量较大的转子，装在“常平架”上。常平架由两个圆环构成，转子和圆环之间用轴承连接，轴承的摩擦力矩极小，常平架的作用是使转子不会受任何力矩的作用。转子一旦转动起来，它的角动量将守恒，即其指向将永远不变，因而能实现导航作用。宇宙飞船在空间中运行的时候，通过深处或受其两根杆来改变转动惯量，从而改变转动的速度。
　　（5）体操:体操运动员在完成空翻动作的时候，也是尽量蜷缩身体，是转动惯量减小，加快转速。
　　（6）跳远：跳远的时候，起跳之后由于力会产生一个转动惯量，如果不向后摆手来抵消这个转动惯量，运动员就会向前翻转。
　　角动量守恒定律是一个很有用的定律，我们要更好地理解他，才能在日常生活中活用。
　　参考文献
　　[1]漆安慎,杜婵英。普通物理学教程 力学[M].北京:高等教育出版社,2005.6～8。
　　[2]胡海云。大学物理。北京：国防工业出版社，2009.1。
　　[3]贾玉磊,贾瑞皋。刚体角动量的定义和定义状态量的原则[D]。山东 东营:中国石油大学(华东)物理科学与技术学院,2008,13～16。
　　大学物理物理小论文篇二：大学物理小论文
　　大学物理小论文
　　——关于热力学第二定律的理解与思考
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　　在发现热力学第一定律基础上，说明了一切的热力学过程必须遵守能量守恒和转换定律，但是不是满足了能量守恒定律的过程就一定能够进行。人们经行了大量的实验，其实验结果表明，实际中自发进行热力学过程都具有方向性，并不是满足能量守恒定律就一定能够自然发生。于是，在这种情况下，热力学第二定律渐渐的浮出水面，绽放出它耀眼夺目的光彩。
　　自然界的一切实际热力学过程都是按一定的方向进行的，反方向的逆过程是不可能自动进行的。在一定条件下不需要外来作用，任其自然就能自动发生的过程，称为自发过程。例如热由高温物体传给低温物体，锌片放入硫酸铜溶液中后铜就析出，气体向真空膨胀，导体中的电流从高电势端流向低电势端，水从高水位流向低水位等等，都是自发过程。而那些需要借助外来作用才能发生的过程，称为非自发过程。例如电解水产生氢气和氧气，需要环境対系统做电功，就是非自发过程。
　　从表面来看，似乎各种不同的自发过程有着不同的决定因素。例如热总是自发地由高温物体传向低温物体，直到两物体的温度相等为止，温度是决定过程方向和限度的因素。导体中的电流总是自发地从高电势端流向低电势端，直到导体中各处的电势都相等为止，电势是决定过程方向和限度的因素。水总是自发地从高水位流
　　向低水位，直到各处水位都相等为止，水位高低是决定过程方向和限度的因素。气体总是自发地从高压处流向低压处，直到系统中各处的压力都相等为止，压力是决定过程方向和限度的因素。
　　在人们大量的实验基础上，人们总结出自然过程的方向性，分别是功热转换的方向性，热传导的方向性，气体绝热自由膨胀的方向性。实际中，功全部转化成热的过程是可以自发进行的，但唯一效果是热全部转化为功的过程是不可能发生的。热传导的方向性。两个温度不同的物体相接触，热量可以自动地从高温物体传向低温物体，直到达到温度相等的热平衡态。此过程的逆过程却不能够自发的进行，即热量不能自动地从低温物体传向高温物体，从而使高温物体温度的更高，低温物体的温度更低，虽然这样的传递不违反能量守恒定律。气体绝热自由膨胀的方向性。即气体可以自发的向真空膨胀从而占据更大的体积的状态自动地收缩到体积较小的状态而不引起其他变化。
　　我们通过以上三个实际的热力学过程的方向性的讨论，归纳得到一个普遍性的结论，即热力学过程都是按一定的方向进行的，即不可逆，其逆过程是不能自动发生的。我们可以通过实验装置证明热传导的不可逆性和功变热的不可逆性是相互依存的。同样可以证明，
　　理想气体绝热自由膨胀的不可逆性和功变热的不可逆性也是等价的。总之，各种宏观自然过程的不可逆性都是相互联系的，只需要承认一种宏观自然过程的不可逆，就可以论证其他宏观自然过程的不可逆性。
　　德国科学家克劳修斯(Clausius)在1865年提出“不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化。”开尔文在1851提出的不可能从单一热源取热，使之完全变为功而不引起其它变化。 在克劳修斯的讲法中，指出了在自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移，而不能由低温物体自动向高温物体转移，也就是说在自然条件下，这个转变过程是不可逆的。要使热传递方向倒转过来，只有靠消耗功来实现。 在开尔文的讲法中指出，自然界中任何形式的能都会很容易地变成热，而反过来热却不能在不产生其他影响的条件下完全变成其他形式的能，从而说明了这种转变在自然条件下也是不可逆的。热机能连续不断地将热变成机械功，一定伴随有热量的损失。第二定律和第一定律不同，第一定律否定了创造能量和消灭能量的可能性，第二定律阐明了过程进行的方向性，否定了以特殊方式利用能量的可能性。 为了进一步的解释，热力学第二定律，我们引入的熵的概念。 ．
　　热力学研究的是大量质点集合的宏观系统，热力学能、焓和熵都是系统宏观的物理量。熵是系统的状态函数，当系统的状态一定时，系统有确定的熵值，系统状态发生变化，熵值也要发生改变。
　　热力学第二定律指出，凡是自发过程都是热力学不可逆过程，而且一切不可逆过程都归结为热功交换的不可逆性。从微观角度来看，热是分子混乱运动的一种表现，而功是分子有秩序的一种规则运动。功转变为热的过程是规则运动转化为无规则运动，向系统无序性增加的方向进行。因此，有序的运动会自发地变为无序的运动，而无序的运动却不会自发地变为有序的运动。
　　例如，低压下的晶体恒压加热变成高温的气体。该过程需要吸热，系统的熵值不断增大。从微观来看，晶体中的分子按一定方向、距离有规则的排列，分子只能在平衡位置附近振动。当晶体受热熔化时，分子离开原来的平衡位置，系统变为液体，系统的无序性增加。当液体继续受热时，分子完全克服其它分子对它的束缚，可以在空间自由运动，系统的无序性进一步增加。
　　因此，熵是系统无序程度的一种度量，这就是熵的物理意义。当系统的无序程度增大，系统的熵值也增大。玻尔兹曼（Boltzmann）定量表述为公式，k称为玻尔兹曼常数。 通过在上网看书等种种方式了解热力学第二定律，发现至今为止仍热有人对热力学第二定律经行质疑。热力学第二定律是建立在对实验结果的观测和总结的基础上的定律。虽然在过去的一百多年间未发现与第二定律相悖的实验现象，但始终无法从理论上严谨地证明第二定律的正确性。自1993年以来，Denis J.Evans等学者在理
　　大学物理物理小论文篇三：大学物理下小论文
　　浅谈电磁感应在生活中的应用
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　　摘要：电磁学已成为物理学的一个重要分支，是研究电磁运动基本规律的学科。电磁学理论的发展不仅是电工学、无线电电子学、电子计算机技术及其他新科学、新技术发展的理论依据，而且也与人们的日常生活和生产技术有着十分密切的关系。
　　关键词：电磁感应，电磁炉，电磁炮
　　正文：
　　电磁学从原来互相独立的两门学科——电学、磁学，发展成为物理学中一个完整的分支学科，主要是基于两个重要的实验发现，即1820年丹麦物理学家奥斯特发现的电流的磁效应和1831年英国物理学家法拉第发现的电磁感应现象。这两个实验现象，以及1865年英国物理学家麦克斯韦提出的感应电场和位移电流的的假说，奠定了电磁学的整个理论体系。
　　如今，电磁学已成为物理学的一个重要分支，是研究电磁运动基本规律的学科。电磁学理论的发展不仅是电工学、无线电电子学、电子计算机技术及其他新科学、新技术发展的理论依据，而且也与人们的日常生活和生产技术有着十分密切的关系，下面举例说明电磁学在生活中应用。
　　先来谈谈电磁炉。随着生活水平的提升，人们对安全卫生的炊事用具逐渐接受，电磁炉也进入千家万户。
　　电磁炉是现代厨房革命的产物，它无需明火或传导式加热而让热直接在锅(转 载于:www.hnNscy.CoM :大学物理物理小论文)底产生，因此热效率得到了极大的提高。电磁炉的功率一般在700～1800W之间，它的结构主要由外壳、高级耐热晶化陶瓷板、PAN 电磁线盘、加热电路板、控制电路板、显示电路板、风扇组件及电源等组成。
　　电磁炉是利用电磁感应加热原理制成的电气烹饪器具。使用时，加热线圈中通入交变电流，线圈周围便产生交变磁场，交变磁场的磁力线大部分通过金属锅体，在锅底中产生大量涡流，从而产生烹饪所需的热。
　　在电磁炉内部，由整流电路将50Hz的交流电压变成直流电压，再经过控制电路将直流电压转换成频率为15～40kHz 的高频电压，高速变化的电流流过扁平空心螺旋状的感应加热线圈（励磁线圈），线圈会产生高频交变磁场。
　　其磁感线穿透灶台的陶瓷台板而作用于不锈钢锅（导磁又导电材料）底部，在烹饪锅体内因电磁感应就有强大的涡流产生。涡流克服锅体的内阻流动时完成电能向热能的转换，锅底迅速释放出大量的热量，就是烹调的热源。
　　那么涡流又是如何产生的呢？在柱形铁芯上绕有线圈，当线圈中通上交变电流时，每个铁芯片就处在交变的磁场中。铁芯可看成是由一系列半径逐渐变化的柱状薄壳组成，每层薄壳构成一个闭合回路。在交变的磁场中，通过这些薄壳的磁通量都在不断地变化，所以沿着一层层的壳壁产生感应电流。从铁芯的上端俯视，电流的流线呈闭合的旋涡状，因而这种感应电流叫做涡电流，简称涡流。由于大块铁芯的电阻很小，因此涡流可非常大。强大的涡流在铁芯内流动时，电能转化为内能，从而释放出大量的焦耳热,而使铁芯的温度升高。
　　电磁炉工作过程中热量由锅底直接感应磁场产生涡流来产生的，因此应该选择对磁敏感的铁来作为炊具，由于铁对磁场的吸收充分、屏蔽效果也非常好，这样减少了很多的磁辐射，所以铁锅比其他任何材质的炊具也都更加安全。此外，铁是对人体健康有益的物质，也是人体长期需要摄取的必要元素。
　　电磁炉具有升温快、热效率高、无明火、无烟尘、无有害气体、对周围环境不产生热辐射、体积小巧、安全性好和外观美观等优点，能完成家庭的绝大多数烹饪任务。因此，在电磁炉较普及的一些国家里，人们誉之为“烹饪之神”和“绿色炉具”。
　　再来说说电磁炮。电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器。自80年代初期以来，电磁炮在未来武器的发展计划中，已成为越来越重要的部分。
　　传统火炮提高炮弹初速只能通过增加发射药量来实现，但火炮药室尺寸的增大及炮管长度的加长均受限制，所以传统火炮最大初速难以超越物理限度，而电磁炮则完全摆脱了这一瓶颈。与传统的大炮将火药燃气压力作用于弹丸不同，电磁炮是利用电磁系统中电磁场的作用力，其作用的时间要长得多，可大大提高弹丸的速度和射程。
　　电磁炮主要由能源、加速器、开关三部分组成。能源通常采用可蓄存10～100兆焦耳能量的装置。目前实验用的能源有蓄电池组、磁通压缩装置、单极发电机，其中单极发电机是近期内最有前途的能源。加速器是把电磁能量转换成炮弹动能，使炮弹达到高速的装置。主要有：使用低压直流单极发电机供电
　　的轨道炮加速器和离散或连续线圈结构的同轴同步加速器两大类。开关是接通能源和加速器的装置，能在几毫秒之内把兆安级电流引进加速器中。
　　电磁炮的原理非常简单。磁场对电流的作用力，可以使通电导体运动，把电能转化成机械能。利用这一原理，科学家提出用磁场对电流的作用力发射炮弹。可以说，电磁炮是一种比较特殊的电动机，因为它的转子不是旋转的，而是作直线加速运动的炮弹。那么如何产生驱动炮弹的磁场，并让电流经过炮弹，使它获得前进的动力呢？一个最简单的电磁炮设计如下：用两根导体制成轨道，中间放置炮弹，使电流可以通过三者建立回路。把这个装置放在磁场中，并给炮弹通电，炮弹就会加速向前飞出。
　　根据结构和原理的不同，电磁炮可分为以下几种类型：
　　线圈炮：由环绕炮膛的一系列固定线圈与环绕弹丸的弹体线圈所组成。炮弹发射时，电源依次给环绕炮膛的一系列固定线圈供电，产生一个沿炮管运动的移动磁场，使得在环绕弹丸的弹体线圈中产生感应电流，感应电流也形成一个磁场，产生加速力，使弹丸在炮管整个长度上得到加速。弹丸就这样高速地被发射了出去。
　　轨道炮：轨道炮是利用轨道电流间相互作用的安培力把弹丸发射出去。它由两条平行的长直导轨组成，导轨间放置一质量较小的滑块作为弹丸。当两轨接入电源时，强大的电流从一导轨流入，经滑块从另一导轨流回时，在两导轨平面间产生强磁场，通电流的滑块在安培力的作用下，弹丸会以很大的速度射出，这就是轨道炮的发射原理。
　　电热炮：电热炮的原理完全不同于上述两种电磁炮，其结构也有多种形式。最简单的一种是采用一般的炮管，管内设置有接到等离子体燃烧器上的电极，燃烧器安装在炮后膛的末端。当等离子体燃烧器两极间加上高压时，会产生一道电弧，使放在两极间的等离子体生成材料（如聚乙烯）蒸发．蒸发后的材料变成过热的高压等离子体，从而使弹丸加速。
　　重接炮：重接炮是一种多级加速的无接触电磁发射装置，没有炮管，但要求弹丸在进入重接炮之前应有一定的初速度。其结构和工作原理是利用两个矩形线圈上下分置，之间有间隙。长方形的“炮弹”在两个矩形线圈产生的磁场中受到强磁场力的作用，穿过间隙在其中加速前进。重接炮是电磁炮的最新发展形式。
　　电磁炮作为一种新概念火炮，它具有传统火炮所不具有的特点。电磁炮最大特点便是发射的炮弹初速高。这是由于电磁炮利用电磁发射技术，使电能转化成弹丸动能，使得炮弹初速突破了每秒2000米极限。弹丸初速高，射程就远，所以电磁炮可以远距离射击，能攻击远距离目标；飞行速度高，弹丸撞击目标的动能大，战斗杀伤力也大；弹丸在空中飞行时间减少，可以提高射击命中精度，提高击毁目标的概率。美国海军试验的电磁轨道炮可以精确攻击，误差范围不超过5米，不容易造成目标周围自己士兵的伤亡。
　　电磁炮不仅可以发射炮弹，也可以用来发射导弹。电磁炮通过巨大的电能，产生巨大的推力，能发射各种类型的导弹，其发射的导弹不需要像传统导弹那样携带燃料飞行，极大降低了导弹的造价，也易于存放，不容易被引爆。
　　然而，电磁炮的发展也还面临着一些挑战。首先，目前电磁炮能够发射的炮弹质量仍然不大，这是加速能力不足造成的。加速炮弹的力与磁场和电流之积成正比，要获得足够强的加速磁场一般靠超导磁体。用超导线圈产生磁场已是相对成熟的技术，但超导磁体需要冷却到很低温度才能发挥作用，这对于军事应用是个问题，因为会大大降低发射装置的灵活性，如果高温超导强磁体能够研制成功，对低温条件的要求也可放宽。
　　其次，由于目前没有足够强的发射磁场，那么只能够加大通过弹丸的电流来获取足够的初速度，但是如果加大电流必然会发热造成弹丸的腐蚀，发生危险。
　　随着科技的发展，超导材料的逐渐成熟，相信我们一定能克服上述问题，电磁炮在未来将会扮演十分重要的角色。
　　电磁学在大学物理中是一个难点,然而其在日常生活中有着极为广泛的应用,我们的生活与其息息相关,因此学好它是必不可少的。
　　参考文献：
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　　[2]韩广兴.电磁炉原理使用与维修技术[M].北京：教育音响出版社，2007.
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