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第4篇 热物理学 237

第11章 热力学定律 237

11.1热力学基本概念和热力学第一定律 237

状态参量热力学第零定律 237

理想气体的状态方程 238

热力学第一定律 240

热力学第一定律对于理想气体的应用举例 242

循环过程及其效率卡诺循环 245

11.2熵热力学第二定律 247

作为态函数的熵熵变计算举例 248

熵增加原理热力学第二定律 251

习题11 254

第12章 相变输运现象 256

12.1相变的基本概念 256

12.2非平衡热力学简介 258

偏离平衡态的过程 258

耗散结构 259

第13章 统计物理概述 262

13.1理想气体的麦克斯韦分布 262

理想气体的压强 262

理想气体平衡态的速度分布和速率分布 264

三种统计速率 266

13.2玻尔兹曼的统计理论 267

麦克斯韦-玻尔兹曼分布 267

玻尔兹曼的统计理论 268

熵的微观本质 273

玻色-爱因斯坦分布 274

费米-狄拉克分布 276

物质的顺磁性 277

爱因斯坦的AB系数和黑体辐射公式 278

全同自由粒子体系的能态密度 279

13.3能均分定理 281

能均分定理和理想气体的定容热容量 281

能均分定理的一般性证明 281

13.4重力场中的理想气体 284

13.5输运过程的微观解释 284

平均自由程和平均碰撞频率 285

粘滞现象的微观解释 287

热传导现象和扩散现象的微观解释 288

习题13 289

第14章 量子统计大意及其应用举例 292

14.1量子统计大意 292

两种量子统计的微观状态数及其最可几分布 292

化学势和热力学势 294

14.2量子统计的几个应用实例 296

量子理想气体的物态方程和简并压 296

简并费米气体和电子气 297

简并玻色气体和光子气体 300

声子气体 301

14.3超流现象 303

玻色系统的超流动性 303

费米系统的超流动性 304

BCS理论 305

第5篇 波动和光学 309

第15章 机械波和电磁波的基本规律 309

15.1波动的基本规律 309

弹性模量 309

波动方程和波函数 310

平面简谐波 311

波函数的表达波矢 313

三维空间中的波动方程和波函数 314

15.2能量及其传播 316

15.3波动的偏振 319

15.4波动几何光学和费马原理 322

波动几何光学 322

费马原理和光在均匀介质中的传播 323

光在非均匀介质中的传播 325

15.5多普勒效应 327

声波的多普勒效应 327

电磁波的多普勒效应 329

冲击波 329

15.6波在不同介质中的传播 330

反射定律和折射定律 330

跃变点的反射和折射 331

15.7惠更斯原理和马吕斯定理 334

基尔霍夫-惠更斯-菲涅耳原理 334

马吕斯定理 335

HFK衍射公式的严格证明 336

衍射的分类 339

15.8波谱 339

习题15 343

第16章 光的衍射和光的相干性 345

16.1光的干涉和衍射 345

相干条件 345

光的干涉 346

多光束干涉 349

单缝衍射 350

光栅衍射 351

迈克耳孙干涉仪和法布里-珀罗干涉仪 353

晶体对X射线的衍射 354

半波带法 355

16.2菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射 356

HFK原理在光学信息处理中的常用形式 356

菲涅耳近似 358

夫琅禾费近似 358

一维余弦光栅的夫琅禾费衍射 359

16.3光学信息处理的基本概念和全息术 361

二维傅里叶变换的光学实现 361

光学4f系统和空间滤波 363

16.4全息照相 364

相位元件和振幅元件 364

全息术的基本知识 365

傅里叶变换的全息存储与显示 367

16.5光的相干性 367

圆孔的夫琅禾费衍射艾里斑和瑞利判据 368

时间相干性和空间相干性 369

光场的相干性的经典理论 374

习题16 376

第17章 经典概念下的光与物质相互作用 378

17.1光的反射折射与偏振态 378

17.2光在各向异性介质中的传播 383

各向异性电介质中电磁场的行为 383

晶体光学的基本理论 386

单轴晶体及其双折射现象 387

17.3电磁波在导体表面的反射和透射 389

电磁波在导体中的传播趋肤效应 389

电磁波在导体表面的反射 392

17.4光的吸收色散散射 393

光的吸收和色散的基本规律 393

吸收和色散与光和物质的相互作用 394

光的散射 396

非线性光学简介 398

习题17 399

第18章 光与物质的相互作用和早期量子概念 400

18.1黑体辐射 400

18.2光电效应 405

18.3氢原子的玻尔模型 407

玻尔模型 407

量子化通则 408

椭圆轨道的氢原子模型 409

角动量的空间取向量子化 411

量子数与测量值及原子磁矩 412

玻尔理论的困难德布罗意波 414

习题18 416

第6篇 量子力学 419

第19章 微观粒子的运动方程和状态描述 419

19.1量子力学的基本方程和态函数 419

态函数和薛定谔方程 419

自由粒子 423

一维势阶散射 425

19.2一维定态的束缚体系 429

一维无限深势阱 429

一维线性谐振子 431

19.3宇称 436

宇称的概念 436

无限深势阱的宇称问题 437

一维有限深势阱 438

19.4几种δ势体系 439

一维δ势垒的散射 440

δ势阱中的束缚态 442

中心有δ势垒的无限深方势阱 443

19.5 Kronig-Penney模型 444

准自由电子近似模型 444

紧束缚近似模型 449

周期性δ势垒的Kronig-Penney模型 450

19.6绝缘体、导体、半导体能带中电子的运动 452

绝缘体、导体、半导体 452

能带中电子的运动 453

习题19 459

第20章 算符表象对称性 462

20.1厄米算符和物理量的对应 462

厄米算符及其与物理量的对应 462

期望值和不确定度的定义 465

期望值和不确定度的测量意义 466

20.2厄米算符的性质 468

厄米算符的期望值为实数 468

厄米算符的本征值为实数 468

厄米算符本征函数的正交性 469

本征函数集的完全性 470

关于量子力学中的测量 471

20.3表象 472

坐标表象和能量表象 472

坐标表象和动量表象 474

坐标表象和动量表象之间的关系 477

表象变换 478

20.4狄拉克符号 482

20.5算符的对易关系及其物理意义 484

算符对易式及其基本性质 484

坐标和动量的基本对易关系式 486

对易关系式的物理意义 487

海森伯不等式的精确表达式 492

从笛卡儿表象到球坐标表象和轨道角动量算符 494

泡利矩阵 496

20.6守恒量和对称性 497

守恒量 497

对称性和守恒量 499

20.7体系力学量的完全组和简并问题 501

20.8密度算符 502

纯态的密度算符表示 503

混合态的密度算符表示 505

约化密度算符 509

20.9态矢量和矩阵的直积运算 512

20.10全同粒子的特性 518

全同性原理 518

态函数的对称化和泡利不相容原理 519

20.11一维双电子的线性谐振子 527

一维双电子的线性谐振子的本征值问题及其对称化态 527

一维双电子的线性谐振子的准极坐标解法 528

二体问题的交换对称性和宇称 533

习题20 535

第21章 原子的状态和跃迁 541

21.1氢原子的能级和跃迁 541

氢原子的量子数和简并 541

电子的自旋角动量和角动量相加 542

考虑电子自旋的氢原子能级图和跃迁选择定则 544

考虑自旋情况的简单赛曼效应 545

21.2原子的电子组态和元素周期表 546

原子能级的表达符号 546

多电子原子组态 547

原子的壳层结构和元素周期表 548

21.3激光原理简介 550

产生激光的基本条件 551

光学谐振腔和纵模 552

激光的谱线宽度 552

纵模数和选模 554

习题21 555

第22章 基本粒子和相互作用 556

22.1原子核物理简介 556

22.2基本粒子和相互作用 558

22.3对称性和守恒定律 559

22.4强子结构和夸克模型 561

22.5规范场理论和大统一理论 563

习题22 564