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第4篇 波动与光学 3

第十四章　振动 3

14-1　简谐振动的描述 3

一　简谐振动的描述 3

二　同频率的简谐振动的相位差 8

三　简谐振动的速度和加速度 9

14-2　简谐振动的动力学 11

一　简谐振动的微分方程 11

二　简谐振动的动力学特征 12

三　简谐振动的能量 17

14-3 阻尼振动 19

14-4　受迫振动　共振 21

14-5 同方向同频率的简谐振动的合成 23

14-6 同方向不同频率的简谐振动的合成 26

14-7　谐振分析 28

内容提要 30

习题 31

第十五章　机械波 37

15-1 机械波的产生和传播 37

一　机械波产生的条件 37

二　机械波的传播 37

三　波速　横波和纵波 39

四　波阵面和波射线 40

五　波长和频率 40

六　弹性介质 41

15-2　平面简谐波　波动方程 44

一　平面简谐波的波动方程 45

二　波动微分方程 48

三　波动微分方程的推导 49

15-3　波的能量　波的强度 53

一　波的能量 53

二　波动能量的推导 55

三　波的强度 55

四　波的吸收 58

15-4　声波 59

一 声压 60

二　声强　声强级 61

15-5　惠更斯原理　波的衍射、反射和折射 63

一　惠更斯原理 63

二　波的衍射 64

三　波的反射和折射 64

15-6　波的叠加原理　波的干涉 67

一　波的叠加 67

二　波的干涉 67

15-7　驻波 70

一　驻波现象 70

二　驻波的产生 71

三　驻波方程 71

四　半波损失 74

五　弦线上的驻波 76

15-8　多普勒效应 79

一　多普勒效应 79

二 冲击波 83

内容提要 84

习题 85

第十六章 电磁振荡和电磁波 93

16-1 电磁振荡 93

16-2　电磁波的基本性质 96

一　电磁辐射 96

二　电磁波的基本性质 96

三　电磁波的能量 98

内容提要 100

习题 100

第十七章　光的干涉 102

17-1　光的相干性 102

一 光源 102

二　光波 102

三　相干光的获取方法 103

17-2　光程　光程差 103

一　光程和光程差 104

二　薄透镜的等光程性 105

三　光的半波损失 106

四　光的干涉 107

17-3　双缝干涉 108

一　杨氏双缝干涉 108

二　双缝干涉条纹的分布特征 110

三　洛埃镜干涉 111

四　菲涅耳干涉 112

17-4　薄膜干涉 113

一　薄膜干涉 114

二　劈尖的等厚干涉 118

三　牛顿环干涉 121

四　迈克耳孙干涉议 123

内容提要 126

习题 127

第十八章　光的衍射 133

18-1　单缝衍射 133

一　惠更斯-菲涅耳原理 133

二　单缝夫琅禾费衍射 134

18-2　圆孔衍射　光学仪器的分辨本领 138

一　圆孔的夫琅禾费衍射 138

二　光学仪器的分辨本领 139

18-3　光栅衍射 141

一　光栅方程 141

二　光栅衍射光强的分布特点 142

三　缺级现象 143

四　光栅光谱 144

18-4　X射线衍射 146

内容提要 148

习题 149

第十九章　光的偏振 153

19-1 自然光和偏振光 153

19-2　起偏和检偏　偏振片 154

一　偏振片的起偏和检偏 154

二　马吕斯定律 155

19-3　反射和折射时光的偏振 157

19-4　光的双折射 158

一　双折射现象 158

二　惠理斯原理对双折射现象的解释 159

内容提要 162

习题 162

第5篇 近代物理 169

第二十章　狭义相对论 169

20-1　经典力学与经典时空观 169

一　伽利略变换与经典时空观 169

二　经典力学的伽利略不变性与伽利略相对性原理 171

20-2　狭义相对论原理 172

一　电磁理论的相对性讨论 172

二　关于“以太”模型 173

三　迈克耳孙-莫雷实验 174

四　光行差实验 175

五　爱因斯坦狭义相对论原理 176

20-3　相对论时空观 178

一　同时性的相对性 178

二　时间延缓效应 180

三　长度收缩效应 182

20-4　洛伦兹变换 183

一　洛伦兹坐标变换与洛伦兹坐标差变换 183

二　洛伦兹变换与相对论时空观 186

三　时空的运动相关性与对应原理 190

四　相对论速度变换与光速不变 191

20-5　光的多普勒效应 193

20-6　相对论动力学基础 194

一　相对论动力学方程、质速关系 195

二　相对论能量 198

三　相对论能量动量关系 199

四　结合能与质量亏损 200

20-7　广义相对论简介 201

一　引力质量与惯性质量 202

二　等效原理 202

三　广义相对性原理 203

四　广义相对论的实验检验 203

内容提要 205

习题 206

第二十一章 电磁辐射的量子理论 211

21-1　黑体辐射　普朗克能量子假设 211

一　热辐射 211

二　黑体辐射的规律 212

三　经典理论的困难 214

四　普朗克能量子假设 214

21-2　爱因斯坦光子理论 215

一　爱因斯坦光子理论 215

二　光的波粒二象性 216

21-3 电磁辐射与物质相互作用时的量子效应 218

一　光电效应 218

二　康普顿散射 222

三　电子对效应 227

四　光子的吸收 228

21-4　玻尔的氢原子理论 230

一　氢原子光谱的实验规律 230

二　玻尔假设 232

三　玻尔的氢原子理论 233

内容提要 237

习题 238

第二十二章　量子力学基础知识 241

22-1　波粒二象性 241

一　德布罗意假设 241

二　物质波的实验验证 242

三　物质波的统计诠释——概率波 244

22-2 波函数 247

22-3　不确定关系 249

22-4　薛定谔方程 255

22-5　一维无限深势阱中的粒子 256

一　势阱 256

二　一维无限深势阱中运动粒子的波函数 257

三　能量量子化　概率密度函数 258

22-6　势垒　隧道效应 261

一　单壁势垒的情况 261

二　势垒贯穿　隧道效应 263

三　扫描隧道显微镜 263

22-7　谐振子 265

内容提要 266

习题 267

第二十三章　原子中的电子 270

23-1 氢原子 270

一　氢原子的量子力学处理 270

二　电子云与电子的径向密度函数 273

23-2 电子自旋 275

23-3　施特恩-格拉赫实验 277

23-4　原子中电子的排布 278

一 电子的量子态——四个量子数 278

二　原子中电子的排布 279

三　元素周期律的理论说明 282

内容提要 283

习题 283

第二十四章　原子核 285

24-1　原子核的基本性质 285

一　原子核的电荷和质量 285

二　原子核的组成 286

三　原子核的大小 287

四　原子核的自旋和磁矩 287

五　原子核的能量 288

24-2　核力 289

24-3　原子核的结合能 291

24-4　原子核的放射性衰变 293

一　放射性衰变的基本规律 293

二　α衰变 296

三　β衰变 299

四　γ衰变 301

24-5　核反应 302

一　核反应 302

二　反应道和反应截面 303

三　反应能和阈能 304

四　核反应的过程及机制 305

24-6　核裂变 306

一　核裂变 306

二　裂变的液滴模型理论 307

三　裂变能量 308

四　链式反应 308

24-7　核聚变 310

内容提要 312

习题 313

第二十五章　激光 315

25-1　光放大和粒子数反转 315

一　光的自发辐射、受激辐射和受激吸收 315

二　光放大和粒子数反转 317

三　能级的寿命 317

四　抽运过程 319

25-2　激光的产生 320

一　光的增益和损耗 320

二　激光振荡和光学谐振腔 321

三　谐振腔对激光方向、频率和偏振态的选择 322

25-3　激光器 325

一　氦-氖（He-Ne）激光器 325

二　红宝石（Cr3+:Al2O3）激光器 327

三　半导体激光器 328

四　染料（液体）激光器 329

25-4　激光的特点 329

25-5　激光的应用 330

一　激光加工 330

二　激光测量 331

三　激光通讯 332

25-6　光学全息 333

一　光全息的基本思想 333

二　光全息的实现 334

三　光全息的应用 334

习题 336

第二十六章　半导体 338

26-1 固体的能带结构 338

26-2　导体、绝缘体和半导体 340

一　固体中的电子运动 341

二　导体、绝缘体和半导体 341

26-3　本征半导体和杂质半导体 342

26-4　半导体应用简介 344

一　pn节 344

二　半导体传感元件 344

习题 345

习题答案 347