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第四篇 热学 2

14 气体动理论 2

14.1 热学的基本概念 2

14.1.1 系统与外界 2

14.1.2 平衡态 2

14.1.3 状态参量 3

14.1.4 状态方程 4

14.1.5 热力学第零定律 6

14.2 气体动理论的基本观点 7

14.2.1 分子运动的基本概念 7

14.2.2 统计观点简介 8

14.3 理想气体的压强 10

14.3.1 理想气体微观模型 10

14.3.2 分子集体行为的统计假设 10

14.3.3 理想气体的压强公式 11

14.4 理想的气体的温度 14

14.4.1 温度的统计解释 14

14.4.2 方均根速率 15

14.5 能量均分定理 理想气体的内能 17

14.5.1 自由度 17

14.5.2 能量均分定理 18

14.5.3 理想气体的内能 19

14.6 麦克斯韦速率分布律 20

14.6.1 麦克斯韦速率分布函数 20

14.6.2 三种统计速率 22

14.6.3 气体速率分布的实验验证 25

14.7 玻耳兹曼分布律简介 26

14.7.1 玻耳兹曼分布律 26

14.7.2 重力场中微粒按高度的分布 27

14.8 气体分子的平均自由程和平均碰撞频率 28

14.8.1 平均碰撞频率 29

14.8.2 气体分子的平均自由程 30

思考题 31

习题 32

15 热力学基础 35

15.1 准静态过程 功 热量和内能 35

15.1.1 准静态过程 35

15.1.2 功 36

15.1.3 热量 37

15.1.4 内能 38

15.2 热力学第一定律 39

15.2.1 热力学第一定律 39

15.2.2 热力学第一定律对理想气体等值过程的应用 40

15.2.3 理想气体的摩尔热容 41

15.3 绝热过程 多方过程 43

15.3.1 绝热过程方程 43

15.3.2 准静态绝热过程曲线 43

15.3.3 多方过程 45

15.4 循环过程 卡诺循环 46

15.4.1 循环过程 46

15.4.2 卡诺循环 48

15.5 热力学第二定律 51

15.5.1 可逆过程与不可逆过程 51

15.5.2 热力学第二定律的表述 52

15.5.3 热力学第二定律的实质 53

15.5.4 热力学第二定律的微观意义 53

15.6 卡诺定理 克劳修斯不等式 熵 54

15.6.1 卡诺定理 54

15.6.2 克劳修斯不等式 54

15.6.3 熵 55

15.6.4 热力学第二定律的数学表达式 56

15.6.5 熵增加原理 57

15.7 热力学第二定律的统计意义 玻耳兹曼熵 59

15.7.1 热力学概率 59

15.7.2 热力学第二定律的统计意义 60

15.7.3 玻耳兹曼熵 62

思考题 62

习题 63

阅读材料 67

第五篇 机械振动和机械波 67

16 机械振动 75

16.1 简谐振动 75

16.1.1 简谐振动的特征及其表达式 76

16.1.2 描述简谐振动的特征量 77

16.1.3 简谐振动的旋转矢量法 80

16.1.4 几种常见的简谐振动 83

16.1.5 简谐振动的能量 86

16.2 阻尼振动 受迫振动 共振 87

16.2.1 阻尼振动 87

16.2.2 受迫振动 共振 89

16.3 非线性振动简介 90

16.4 简谐振动和合成 92

16.4.1 两个同方向同频率简谐振动的合成 92

16.4.2 两个同方向不同频率的简谐振动的合成 95

16.4.3 相互垂直的简谐振动的合成 96

16.5 振动的分解 98

思考题 99

习题 100

17 机械波 105

17.1 机械波的产生和传播 105

17.1.1 机械波的产生 105

17.1.2 描述波动的物理量 106

17.2 平面简谐波 波动方程 110

17.2.1 平面简谐波的波动方程 110

17.2.2 平面波的波动微分方程 112

17.3 波的能量 114

17.3.1 波的能量和能量密度 114

17.3.2 波的能流和能流密度 116

17.3.3 波的吸收 117

17.4 波的衍射 干涉 118

17.4.1 惠更斯原理 波的衍射 118

17.4.2 波的叠加原理 波的干涉 119

17.5 驻波 121

17.5.1 驻波的形成 121

17.5.2 驻波方程 122

17.5.3 半波损失 125

17.5.4 弦线振动的简正模式 125

17.6 多普勒效应 126

17.7 非线性波简介 128

思考题 128

习题 129

第六篇 光学 137

18 光的干涉 137

18.1 光波的基本概念 光波的叠加 137

18.1.1 光波 137

18.1.2 相干光 138

18.1.3 光波的叠加与分析 140

18.1.4 光程 143

18.2 分波阵面干涉 146

18.2.1 杨氏双缝干涉 146

18.2.2 其他分波阵面干涉 150

18.3 分振幅干涉 152

18.3.1 平行平面薄膜干涉 152

18.3.2 等厚干涉 159

18.4 迈克尔逊干涉仪 165

18.4.1 迈克尔逊干涉仪结构 165

18.4.2 迈克尔逊干涉仪的干涉现象 166

18.5 多光束干涉 168

思考题 171

习题 172

阅读材料 175

19 光的衍射 179

19.1 光的衍射现象和惠更斯-菲涅尔原理 179

19.1.1 光的衍射现象 179

19.1.2 菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射 180

19.1.3 惠更斯-菲涅尔原理 180

19.2 单缝夫琅禾费衍射 181

19.2.1 菲涅尔半波带法 182

19.2.2 单缝夫琅禾费衍射图样 184

19.3 光栅衍射 189

19.3.1 光栅 189

19.3.2 光栅衍射的强度分布 190

19.3.3 光栅衍射的条纹分布 192

19.3.4 光栅光谱 194

19.4 光学仪器的分辨本领 197

19.4.1 圆孔夫琅禾费衍射 197

19.4.2 光学仪器的分辨本领 198

19.5 X射线的衍射 200

思考题 202

习题 202

阅读材料 205

20 光的偏振 207

20.1 自然光和偏振光 207

20.2 起偏和检偏 马吕斯定律 209

20.2.1 起偏和检偏 209

20.2.2 马吕斯定律 210

20.3 反射光与折射光的偏振性质 212

20.4 光的双折射 214

20.4.1 双折射与偏振光 214

20.4.2 双折射现象的解释 218

20.5 偏振光的干涉及其应用 221

20.5.1 波片 221

20.5.2 椭圆偏振光和圆偏振光 223

20.5.3 偏振光的干涉及其应用 224

20.5.4 人为双折射现象 225

20.6 旋光现象 227

思考题 228

习题 228

阅读材料 230

第七篇 量子物理基础 242

21 量子物理基础 242

21.1 黑体辐射 普朗克能量子假设 242

21.1.1 热辐射 242

21.1.2 黑体辐射定律 243

21.1.3 普朗克能量子假设 244

21.2 光的量子性 246

21.2.1 光电效应 246

21.2.2 爱因斯坦光子假设 248

21.2.3 康普顿效应 250

21.3 氢原子光谱的实验规律 玻尔理论 253

21.3.1 氢原子光谱的实验规律 253

21.3.2 玻尔的氢原子理论 254

21.4 德布罗意假设 电子衍射实验 258

21.4.1 德布罗意物质波假设 258

21.4.2 电子衍射实验 259

21.5 测不准关系 260

21.6 波函数 薛定谔方程 263

21.6.1 波函数 263

21.6.2 薛定谔方程 264

21.6.3 定态薛定谔方程 266

21.7 一维势阱 势垒 隧道效应 267

21.7.1 一维势阱 267

21.7.2 一维势垒 隧道效应 271

21.8 氢原子 273

21.9 斯特恩-盖拉赫实验 电子自旋 276

21.9.1 电子的轨道磁矩 276

21.9.2 斯特恩-盖拉赫实验 277

21.9.3 电子的自旋 278

21.10 原子的壳层结构 278

思考题 281

习题 282

阅读材料 285

22 原子核物理与粒子物理简介 291

22.1 原子核的基本性质 291

22.1.1 原子核的组成 291

22.1.2 原子核的大小和密度 292

22.1.3 自旋和磁矩 293

22.1.4 核力 294

22.1.5 原子核的质量与结合能 295

22.2 原子核的放射性衰变 296

22.2.1 放射性 296

22.2.2 放射性衰变定律 298

22.2.3 三种衰变方式 299

22.2.4 放射性的应用 301

22.3 粒子物理简介 303

22.3.1 粒子的基本特征 303

22.3.2 粒子的相互作用及其统一模型 304

22.3.3 粒子的分类 304

22.3.4 夸克模型 306

思考题 308

23 固体物理基础 激光 309

23.1 固体的能带结构 309

23.1.1 晶态固体的基本性质 309

23.1.2 固体的能带 311

23.2 绝缘体 导体 半导体 314

23.2.1 绝缘体 315

23.2.2 导体 315

23.2.3 半导体 316

23.3 pn结 319

23.3.1 pn结 319

23.3.2 结型晶体管 320

23.3.3 场效应晶体管 320

23.4 激光 322

23.4.1 激光的基本原理 322

23.4.2 常见激光器及激光应用 327

思考题 329

习题 330

阅读材料 331

附表 353

参考文献 355