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第三篇 热学 3

第十六章 气体动理论 3

16.1平衡态 热力学第零定律 物态方程 3

16.1.1气体的平衡态 3

16.1.2状态参量 热力学第零定律 4

16.1.3理想气体的物态方程 6

16.1.4准静态过程 平衡态与准静态过程的几何图示 8

16.2理想气体的压强与温度 8

16.2.1理想气体的微观模型 8

16.2.2理想气体的压强 9

16.2.3理想气体的温度 11

16.3理想气体的内能 12

16.3.1自由度 12

16.3.2能量均分定理 13

16.3.3理想气体的内能 14

16.4玻耳兹曼分布律 15

16.4.1气体分子在重力场中的分布 16

16.4.2玻耳兹曼分布律 17

16.5 麦克斯韦速率分布律 17

16.5.1麦克斯韦速率分布律 17

16.5.2麦克斯韦速率分布律的应用 19

16.5.3麦克斯韦速率分布律的初等证明 21

16.5.4麦克斯韦速率分布律的实验验证 22

16.6气体分子的平均碰撞频率和平均自由程 22

16.6.1气体分子热运动的图像 22

16.6.2气体分子的平均碰撞频率与平均自由程 23

16.6.3 u = ？2v的证明 25

16.7气体内部的输运现象 25

16.7.1黏性现象 26

16.7.2热传导现象 26

16.7.3扩散现象 27

16.8范德瓦耳斯方程 28

思考题与习题 30

阅读材料 布朗运动及其应用 33

第十七章 热力学第一定律 36

17.1热力学第一定律 36

17.1.1内能、功与热量 36

17.1.2热力学第一定律 38

17.2等体、等压与等温过程 40

17.2.1等体过程 40

17.2.2等压过程 41

17.2.3等温过程 43

17.3绝热过程与多方过程 45

17.3.1绝热过程 45

17.3.2多方过程 47

17.4循环过程与卡诺循环 49

17.4.1循环过程 49

17.4.2卡诺循环 51

思考题与习题 53

阅读材料 能量守恒定律的建立 57

第十八章 热力学第二定律 59

18.1可逆过程与不可逆过程 59

18.1.1宏观过程的方向性 59

18.1.2可逆过程与不可逆过程 60

18.2热力学第二定律 60

18.2.1热力学第二定律的两种表述 60

18.2.2两种表述的等价性 61

18.2.3热力学第二定律的实质 62

18.2.4热力学第二定律的统计意义 63

18.3熵与熵增加原理 64

18.3.1熵的概念 玻耳兹曼关系式 64

18.3.2熵增加原理 65

18.3.3等温过程中Ω2/Ω1=（V2/V1）N的证明 67

18.3.4熵变的计算 67

18.4熵概念的泛化与应用 68

18.4.1信息与熵 68

18.4.2能量与熵 70

18.4.3生命与熵 70

思考题与习题 71

阅读材料 耗散结构 72

第四篇 振动与波 77

第十九章 机械振动 77

19.1简谐振动的特征 77

19.1.1简谐振动的运动学特征 77

19.1.2简谐振动的动力学特征 78

19.2简谐振动的描述 80

19.2.1简谐振动的解析描述——描述简谐振动的物理量 80

19.2.2简谐振动的几何描述——旋转矢量法 83

19.3简谐振动的能量 86

19.4简谐振动的合成 88

19.4.1两个同方向、同频率的简谐振动的合成 88

19.4.2两个同方向、不同频率的简谐振动的合成拍 91

19.4.3两个相互垂直、频率相同或为整数比的简谐振动的合成 93

19.5阻尼振动 受迫振动 共振 95

19.5.1阻尼振动 95

19.5.2受迫振动 共振 97

19.6非线性振动与混沌 98

19.6.1非线性振动 98

19.6.2混沌 100

思考题与习题 101

阅读材料 共振的利弊 105

第二十章 机械波 107

20.1机械波的基本概念 107

20.1.1机械波的产生条件 107

20.1.2横波与纵波 108

20.1.3波线与波面 109

20.1.4波长、周期、频率与波速 109

20.2平面简谐波的波函数 110

20.2.1波函数的概念及其表达式 110

20.2.2波函数的物理意义 111

20.2.3波函数的求解 112

20.3波的能量与能流 114

20.3.1波的能量 114

20.3.2波的能流 115

20.4波的衍射 116

20.4.1惠更斯原理 116

20.4.2波的衍射 118

20.5波的干涉 118

20.5.1波的叠加原理 118

20.5.2波的干涉 119

20.6驻波 相位突变（半波损失） 121

20.6.1驻波 121

20.6.2相位突变（半波损失） 123

20.7多普勒效应 124

20.8声波 127

20.8.1声波与声强 127

20.8.2超声波 129

20.8.3次声波 129

思考题与习题 130

阅读材料 孤波与孤子 134

第五篇 光学 139

第二十一章 光的干涉 139

21.1光与光程 139

21.1.1光与相干光 139

21.1.2获得相干光的基本方法 140

21.1.3光程与光程差 140

21.2双缝干涉 142

21.2.1杨氏双缝干涉实验 142

21.2.2劳埃德镜干涉与半波损失 144

21.3薄膜干涉 145

21.3.1平行平面膜的等倾干涉 146

21.3.2非平行膜的等厚干涉 151

21.4迈克耳孙干涉仪 156

21.5光的时间相干性与空间相干性 157

21.5.1光的时间相干性 158

21.5.2光的空间相干性 159

思考题与习题 160

第二十二章 光的衍射 167

22.1惠更斯-菲涅耳原理 167

22.1.1惠更斯-菲涅耳原理 167

22.1.2衍射的分类 169

22.2单缝衍射 170

22.2.1单缝衍射实验 170

22.2.2半波带法 171

22.3圆孔衍射 174

22.3.1圆孔衍射 174

22.3.2光学仪器的分辨本领 176

22.4光栅衍射 178

22.4.1光栅衍射现象 178

22.4.2光栅方程 180

22.4.3缺级与重叠 182

22.5 X射线衍射 184

22.6全息照相简介 186

思考题与习题 189

第二十三章 光的偏振 192

23.1自然光与偏振光 192

23.1.1自然光 192

23.1.2偏振光 193

23.2起偏与检偏 马吕斯定律 194

23.2.1起偏与检偏 194

23.2.2马吕斯定律 195

23.3布儒斯特定律 由反射与折射获得偏振光 197

23.3.1布儒斯特定律 197

23.3.2由反射与折射获得偏振光 198

23.4双折射现象 199

23.4.1双折射现象 199

23.4.2双折射现象的产生机理 201

23.4.3晶片 波片 偏振片 202

23.5偏振光的干涉与人工双折射 204

23.5.1椭圆偏振光与圆偏振光 204

23.5.2偏振光的干涉 204

23.5.3人工双折射及其应用 206

23.6旋光现象及其应用 207

23.7光的吸收、色散与散射 208

23.7.1光的吸收 208

23.7.2光的色散 209

23.7.3光的散射 210

思考题与习题 210

阅读材料 液晶 213

第二十四章 光的直线传播 218

24.1几何光学的基本定律 218

24.1.1光的直线传播定律 218

24.1.2光的独立传播定律 219

24.1.3光的反射与折射定律 219

24.2光在平面上的反射与折射 221

24.2.1光在平面上的反射 221

24.2.2光在平面上的折射 222

24.3光在球面上的反射与折射 223

24.3.1光在球面上的反射 223

24.3.2光在球面上的折射 226

24.4薄透镜 229

24.4.1薄透镜及其成像原理 229

24.4.2薄透镜成像的作图法 232

24.5几种常见的光学仪器 233

24.5.1眼睛 233

24.5.2放大镜 234

24.5.3显微镜 235

24.5.4望远镜 236

24.5.5照相机 237

思考题与习题 238

阅读材料 光纤通信 239

第六篇 量子物理学基础及固体物理学简介 245

第二十五章 量子力学的实验基础 245

25.1黑体辐射的实验规律 245

25.1.1黑体辐射 245

25.1.2普朗克能量子假说 247

25.2光电效应 248

25.2.1光电效应的实验规律 248

25.2.2光电效应的理论解释 爱因斯坦的光子理论 250

25.2.3光的波粒二象性 253

25.3康普顿效应 253

25.3.1康普顿效应 253

25.3.2康普顿偏移公式的推导 255

25.4玻尔的氢原子模型 弗兰克-赫兹实验 257

25.4.1氢原子光谱的实验规律 257

25.4.2玻尔的氢原子模型 258

25.4.3弗兰克-赫兹实验 261

25.4.4对应原理 262

25.5德布罗意波 263

25.5.1德布罗意假设 263

25.5.2德布罗意物质波的实验验证 264

思考题与习题 265

阅读材料 玻尔 268

第二十六章量子力学初步 270

26.1波函数 270

26.1.1波函数的概念 270

26.1.2波函数的统计解释 271

26.1.3波函数的特性 272

26.1.4德布罗意波与经典波的比较 274

26.2不确定关系 275

26.3薛定谔方程 277

26.3.1薛定谔方程的一般形式 277

26.3.2定态薛定谔方程 277

26.3.3态叠加原理 278

26.4一维无限深势阱 279

26.5线性谐振子 281

26.6一维势垒 扫描隧穿显微镜 283

26.6.1一维势垒 283

26.6.2扫描隧穿显微镜 285

思考题与习题 286

阅读材料AB效应 287

第二十七章 原子结构的量子理论 291

27.1氢原子的量子理论 291

27.1.1氢原子的薛定谔方程 291

27.1.2氢原子的能量及角动量 292

27.2电子的自旋 294

27.2.1施特恩-格拉赫实验 294

27.2.2电子的自旋 295

27.2.3全同粒子的交换对称性 296

27.3原子的壳层结构 296

27.3.1四个量子数 296

27.3.2原子的壳层结构 297

27.3.3元素周期表 300

思考题与习题 300

第二十八章 分子与固体 302

28.1化学键 302

28.1.1离子键 302

28.1.2共价键 303

28.2分子的振动与转动 303

28.2.1分子的振动 303

28.2.2分子的转动 303

28.3金属导电的量子解释 304

28.3.1固体的结构 304

28.3.2金属中自由电子的能量分布 305

28.3.3金属导电的量子解释 305

28.4能带理论 307

28.4.1电子的共有化 307

28.4.2能带的形成 308

28.5绝缘体 导体 半导体 309

28.5.1绝缘体 309

28.5.2导体 309

28.5.3半导体 310

28.5.4半导体的特性及其应用 311

思考题与习题 314

阅读材料 纳米科学与技术 315

第二十九章 核物理学与粒子物理学 317

29.1原子核的一般性质 317

29.1.1原子核的构造 317

29.1.2原子核的大小和密度 318

29.1.3原子核的自旋和磁矩 318

29.1.4结合能 319

29.1.5核力 320

29.2原子核的衰变、裂变与聚变 321

29.2.1原子核的衰变 321

29.2.2原子核的裂变 323

29.2.3原子核的聚变 325

29.3粒子及其分类 326

29.4守恒定律 327

29.4.1重子数守恒定律 327

29.4.2轻子数守恒定律 327

29.4.3奇异数守恒定律 327

29.4.4同位旋守恒定律 328

29.4.5超荷守恒定律 328

29.4.6宇称守恒定律 328

29.5基本相互作用 夸克模型与标准模型 329

29.5.1基本相互作用 329

29.5.2夸克模型 331

29.5.3标准模型 332

思考题 332

第七篇 天体物理学与宇宙学 335

第三十章 广义相对论与宇宙学 335

30.1广义相对论基础 335

30.1.1广义相对论的基本原理 335

30.1.2广义相对论的验证 336

30.2星体的演化 337

30.2.1恒星的形成 337

30.2.2白矮星 338

30.2.3中子星 338

30.2.4黑洞 339

30.3大爆炸宇宙学 340

30.3.1大爆炸宇宙学的观测证据 340

30.3.2宇宙创生于真空的一次大爆炸 342

30.3.3宇宙的演化过程 343

30.3.4宇宙的可能结局 346

思考题 347

第八篇 现代科学与高新技术的物理基础专题选讲 351

第一讲 激光 351

一、光的吸收与辐射 351

二、激光的产生 354

三、激光的特性及其应用 358

四、激光冷却与原子囚禁 361

第二讲 超导 363

一、超导的特性及理论 363

二、约瑟夫森效应 366

三、高温超导研究的进展 368

四、超导的应用前景 369

思考题与习题参考答案 371

附录｜概率 380