大學物理——機械振動、波和波動光學

大學物理——機械振動、波和波動光學課程是西安交通大學於2016年4月28日首次在中國大學MOOC開設的慕課課程、國家精品線上開放課程。該課程授課教師為劉丹東、張孝林、劉萍、李宏榮、王瑞敏、方愛平、栗生長、高博、王雪冬、王小力、江梓彬。據2021年1月中國大學MOOC官網顯示，該課程已開課7次。

大學物理——機械振動、波和波動光學課程共設定七周，主要內容包括機械振動、機械波和波動光學。

基本介紹

• 中文名：大學物理——機械振動、波和波動光學
• 提供院校：西安交通大學
• 類別：慕課、國家精品線上開放課程
• 開課時間：2016年4月28日（首次）
• 授課平台：中國大學MOOC
• 授課教師：劉丹東、張孝林、劉萍、李宏榮、王瑞敏、方愛平、栗生長、高博、王雪冬、王小力、江梓彬

課程性質

課程定位

大學物理——機械振動、波和波動光學課程是研究振動、波動及其干涉、衍射、偏振等現象的基礎物理課程。

適應專業

大學物理——機械振動、波和波動光學課程的教學內容按照對工科類本科生的要求設定。

開課信息

開課次數	開課時間	授課教師	學時安排	參與人數
第1次開課	2016年4月28日~2016年7月7日	劉丹東、張孝林、劉萍	4小時每周	4942
第2次開課	2016年10月11日~2017年1月2日	劉丹東	3~5小時每周	4716
第3次開課	2017年5月10日~2017年7月22日			5224
第4次開課	2017年10月16日~2018年1月30日	劉丹東、李宏榮、劉萍、王瑞敏、張孝林	3~4小時每周	8387
第5次開課	2018年10月16日~2019年1月23日	劉丹東、李宏榮、劉萍、王瑞敏、方愛平	3~5小時每周	13128
第6次開課	2019年10月14日~2020年1月10日	劉丹東、李宏榮、劉萍、王瑞敏、方愛平、栗生長、高博、王雪冬、王小力		13695
第7次開課	2020年10月13日~2021年1月22日	劉丹東、江梓彬		4617
參考資料：

課程簡介

大學物理——機械振動、波和波動光學課程介紹了機械振動，包括簡諧振動的三個特徵量、簡諧振動的合成、阻尼振動、受迫振動等；機械波，包括機械波的產生和傳播、波的能量、惠更斯原理、波的干涉、都卜勒效應等；波動光學，包括光波的疊加、光程、光的干涉、光的衍射、光的偏振、光彈效應等。

課程大綱

第1~4次開課課程大綱基本內容一致，第2~4次開課較第1次開課增加了偏振光的干涉及其形成機理、圓偏振光和橢圓偏振光的內容。

第5~7次開課課程大綱基本內容一致，第7次開課較第5~6次開課增加了塞曼效應中的偏振的內容。

第2次開課課程大綱

（1）掌握簡諧振動的描述及其基本特徵，並理解其物理意義，掌握旋轉矢量法。能根據給定的初始條件寫出一維簡諧振動的運動方程。了解阻尼振動和受迫振動。 （2）掌握同方向、同頻率兩個簡諧振動的合成規律，理解兩個以上同方向、同頻率簡諧振動的合成規律。 （3）理解機械波產生的條件。掌握由已知質點的簡諧振動方程得出平面簡諧波的波函式的方法及波函式的物理意義。了解波的能量傳播特徵及能流、能流密度概念。 （4）了解惠更斯原理和波的疊加原理。理解波的相干條件，能套用相位差和波程差分析、確定相干波疊加後振幅加強和減弱的條件。 （5）理解駐波的形成，掌握駐波波函式的計算方法；理解並能夠分析計算波源和觀測者在二者連線上運動時的都卜勒效應。 （6）理解光的相干條件，理解獲得相干光的方法。 （7）掌握光程的概念以及光程差和相位差的關係。能分析、確定楊氏雙縫干涉條紋及薄膜等厚干涉條紋的位置，了解等傾干涉和邁克耳遜干涉儀的工作原理。 （8）了解惠更斯—菲涅耳原理。理解分析單縫夫琅禾費衍射暗紋分布規律的方法。會分析縫寬及波長對衍射條紋分布的影響。 （9）理解光柵衍射公式。會確定光柵衍射譜線的位置。了解光柵衍射的暗紋公式。會分析光柵常數、狹縫數目及波長對光柵衍射譜線分布的影響。 （10）理解自然光和線偏振光。理解布儒斯特定律及馬呂斯定律。了解雙折射現象。理解線偏振光的獲得方法和檢驗方法。 （11）了解偏振光的干涉及其形成機理。了解圓偏振光和橢圓偏振光。

參考資料：

第7次開課課程大綱

第一周 機械振動 1.1.1 彈簧振子 1.1.2 簡諧振動的三個特徵量 1.1.3 諧振動的旋轉矢量表示法 簡諧振動例題 1.1.4 簡諧振動能量 1.1.5 超前、落後、同相、反相 1.2.1 兩個同方向同頻率簡諧振動的合成 1.2.2 多個同方向同頻率簡諧振動的合成 1.2.3 兩個同方向不同頻率簡諧振動的合成 1.2.4 兩個垂直方向簡諧振動的合成 1.3.1 阻尼振動 1.3.2 受迫振動 第一周單元測試 第二周 機械波（一） 2.1 機械波的產生和傳播 2.2 平面簡諧波波函式 2.3 波的能量 2.4 惠更斯原理 第三周 機械波（二） 2.5 波的干涉 2.6 駐波 2.7 都卜勒效應 機械波單元測驗 第四周 波動光學（一）	4.1 光是電磁波、光波強度 4.2 光波的疊加 4.3 楊氏干涉實驗 4.4 光程 第五周 波動光學（二） 4.5 等厚干涉 4.6 等傾干涉 4.7 麥可遜干涉儀 4.8 惠更斯-菲涅爾原理 光波干涉單元測試 第六周 波動光學（三） 單縫衍射 圓孔的弗朗禾費衍射和解析度 光柵衍射 第七周 波動光學（四） 光的偏振 布儒斯特定律 雙折射、偏振光的干涉 塞曼效應中的偏振 圓偏振光、橢圓偏振光 光波衍射和偏振單元測試 第七周 波動光學（四）2 偏振光的干涉 光彈效應 圓偏振光、橢圓偏振光
註：課程大綱排版從左到右列

課前預備

預備知識

學習大學物理——機械振動、波和波動光學課程，可預備微積分基礎，基本的振動、波的知識。

學習資料

書名	作者	出版時間	ISBN	出版社
《大學物理》（彩板）	吳百詩	-	-	西安交通大學出版社
《現代光學基礎》	鐘錫華	2012年	978-7-301-17469-2	北京大學出版社
參考資料：

授課目標

通過學習大學物理——機械振動、波和波動光學課程，使學習者掌握振動、波動的基本知識以及處理相關問題的基本方法。

所獲榮譽

2017年12月26日，該課程被中華人民共和國教育部評為“2017年國家精品線上開放課程”。

教師簡介

該課程教師團隊均來自西安交通大學，其中張孝林、劉萍、李宏榮、王小力為教授職稱，劉丹東、王瑞敏、方愛平、栗生長、高博為副教授職稱，王雪冬為高級工程師職稱，江梓彬為助教。