大学物理基础 下PDF电子书下载

振动与波动 1

第一章振动 1

§1.1简谐振动 1

1. 1.1弹簧振子 1

1.1.2描述简谐振动的参量 1

目 录 1

1.1.3弹簧振子自由振动的速度、加速度和机械能 3

1.1.4简谐振动的旋转矢量描述 4

1.1.5简谐量的复指数描述 5

§1.2谐振动系统举例 6

第二章机械波 9

§1.3阻尼振动品质因数 11

1.3.1阻尼振动 11

1.3.2品质因数 13

§1.4受迫振动共振受迫振动 14

1.4.1受迫振动 14

1.4.2共振 16

1.4.3受迫振子吸收的功率共振宽度与锐度 17

§1.5简谐振动的叠加周期过程的Fou ri er分析 20

1.5.1 两个同方向同频率简谐振动的叠加 20

1.5.2两个同方向不同频率简谐振动的叠加拍 21

1.5.3两个垂直方向简谐振动的叠加 22

1.5.4周期过程的Fourier分析频谱 26

§2.1波动概述 29

§2.2行波的描述与分类 29

2.2.1张紧弦线上的一维行波 29

2.2.2一维简谐波 31

2.2.3行波分类 32

2.2.4三维波场的几何描述 33

2.2.5平面简谐波波矢量 34

§2.3波动方程波速 36

2.3.1一维波动方程波速 36

2.3.2三维波动方程 39

§2.4.机械波的能量能流强度 40

2.4.1机械波的能量 40

2.4.2机械波的能流、能流密度与波强 43

2.4.3波的吸收 43

§2.5波的叠加与边界效应 44

2.5.1波的叠加 44

2.5.2边界效应 45

2.6.1半无界弦上的驻波 47

§2.6驻波有界弦的固有振动和简正模 47

2.6.2有界弦的共振 49

2.6.3有界弦的简正模 50

2.6.4初始扰动与弦的一般激发 52

2.6.5空气柱的纵振动 52

§2.7 Doppler效应 54

2.7.1声波的Doppler频移 55

2.7.2声源超声速运动艏波 56

［知识扩展］ 光学Doppler频移 58

［附录］ 声强级 59

第三章电磁波 61

§3.0场论概要 61

3.0.1.矢量场的通量与散度 61

3.0.2矢量场的环流与旋度 63

3.0.3矢性微分算符？ 64

§3.1 Maxwell方程组的微分形式预言电磁波 65

3.1.1 Maxwell方程组的微分形式 65

3.1.2无源空间中的自由电磁场预言电磁波 66

［阅读］Maxwell方程组提出与电磁波发现的前前后后 67

§3.2平面电磁波的传播特性 69

§3.3电磁能流Poynting矢量 72

3.3.1 通过闭曲面的电磁能流Poynting矢量 72

3.3.2 Poynting定理 73

§3.4 电磁场的动量 辐射压 75

§3.5平面电磁波在两种介质表面上的反射与折射 76

3.5.1 电磁场在绝缘介质分界面的边值关系 76

3.5.2反射和折射定律 76

——反射波、透射波振幅与入射波振幅间的关系 77

3.5.3 Fresnel公式 77

§3.6电磁波谱 78

波动光学 82

第一章光的折射与反射 82

§1.1 Huygens原理光线反射与折射定律 82

1.1.1 Huygens原理 82

1.1.2光线束与波面 82

1.1.3 Huygens原理解释反射折射定律 83

§1.2光程Fermat原理 84

1.2.1透明介质中的光波长及光程概念 84

1.2.2 Fermat原理 85

§1.3反射折射定律应用举例 86

1.3.1全内反射现象 86

1.3.2阶跃型光导纤维 87

1.4.1 单心光束视觉物点像点理想光具组 89

§1.4成像 89

1.4.2光线追迹与逐次成像实物虚物实像虚像 90

1.4.3物像之间的等光程性 91

§1.5共轴球面光具组傍轴成像 92

1.5.1球面成像Gauss公式 92

1.5.2薄透镜 97

§1.6眼睛及光学助视仪器 101

1.6.1眼睛 101

1.6.2放大镜 102

1.6.3眼镜 103

1.6.4显微镜 103

第二章光的偏振 105

§2.1偏振态偏振片起偏与检偏 105

2.1.1线偏振光 105

2.1.4偏振片起偏与检偏Malus定律 106

2.1.2 自然光 106

2.1.3部分偏振光 106

§2.2起偏的物理机制 108

2.2.1二向色性 109

2.2.2反射、折射引起的偏振态变化Brewster角 109

2.2.3散射及散射引起的偏振态改变 110

§2.3光在单轴晶体中的传播 112

2.3.1双折射现象 112

2.3.2方解石及其光轴 112

2.3.3单轴晶体的光学性质 113

2.3.4 Huygens作图法研究双折射 114

§2.4波晶片椭圆偏振光与圆偏振光的获得与检验 116

2.4.1波晶片——相位推迟器 116

2.4.3圆偏振光与椭圆偏振光的检验 117

2.4.2 圆偏振光和椭圆偏振光的获得 117

§2.5偏振光干涉 118

第三章光学干涉 122

§3.1 光学干涉的一般概念 122

3.1.1 光波的相干叠加与非相干叠加 122

3.1.2光的相干条件 122

3.1.3相干光的获得 124

3.1.4干涉场中光强按相差δ（P）的分布 124

§3.2 T.Young实验 126

3.3.2 Fresnel双棱镜 130

3.3.3 Biller对切透镜 130

3.3.4 Lloyd镜 130

3.3.1 Fresnel双面镜 130

§3.3分波面干涉装置 130

§3.4薄膜的双光干涉（一） 132

3.4.1薄膜干涉概述 132

3.4.2薄膜表面的等厚干涉 136

§3.5薄膜的双光干涉（二） Michelson干涉仪 136

3.5.1 厚度均匀薄膜定域于无穷远的等倾干涉条纹 136

3.5.2 Michelson干涉仪 138

§3.6谱线的非单色性光场的时间相干性 139

第四章光波衍射 142

§4.1 光的衍射现象Huygens-Fresnel原理 142

4.1.1光的衍射现象 142

4.1.2 Huygens--Fresnel原理 143

4.1.3不透明屏的作用和开孔的影响 144

4.1.4*衍射积分互补屏Babinet原理 144

§4.2 Fraunhofe r单缝衍射 145

4.1.5衍射的分类 145

4.2.1 点光源照明的Fraunhofer单缝衍射 146

4.2.2 Fresner波带法分析Fraunhofer单缝衍射 146

4.2.3 Fraunhofer单缝衍射光强分布的定量研究 148

§4.3 Fraunhofer双缝衍射干涉与衍射相结合 149

4.3.1 Young双狭缝实验的再研究 149

4.3.2考虑缝宽的Fraunhofer双缝衍射 150

4.3.3干涉与衍射的联系和区别 151

§4.4 Fraunhofer多缝衍射 152

4.4.1缝宽α→0时的N光束干涉 152

4.4.2考虑缝宽的N缝衍射光栅方程 154

4.5.2光栅的分光原理 156

4.5.3光栅的色散本领和色分辨本领 156

4.5.1衍射光栅 156

§4.5衍射光栅与光谱 156

§4.6 Fraunhofer圆孔衍射光学仪器的分辨本领 159

4.6.1 Fraunhofer圆孔衍射 159

4.6.2光学仪器的分辨本领 160

［附录］全息照相 162

§4.7 X射线在晶体上的衍射 163

4.7.1 X射线 163

4.7.2 晶体点阵 163

4.7.3 Bragg公式 164

量子物理学基础 167

第一章电磁辐射的量子化 167

§1.1 光电效应光子 167

1.1.1金属的电子发射 167

1.1.2光电效应的实验装置和实验结果 167

1.1.4光子光电效应的量子理论 168

1.1.3经典波动理论解释光电效应的困难 168

1.1.5光致电离 169

1.1.6光化学 169

1.1.7韧致辐射 171

§1.2 Compton散射各种光子-电子相互作用的比较 172

1.2.1 Compton散射的实验装置和实验结果 172

1.2.2光子和自由电子的弹性碰撞 172

1.2.3 电子偶的产生与湮没 175

1.2.4各种光子-电子相互作用的比较 176

第二章微观粒子的波动性 177

§2.1 粒子与波de Broglie关系波粒二象性 177

2.1.1 de Broglie关系与Planck常数 177

2.1.2电子的波动性 178

2.1.3电子衍射实验 179

2.1.4关于波粒二象性和互补原理 180

§2.2不确定关系 181

2.2.1位置和动量的不确定关系 181

2.2.2时间和能量的不确定关系 183

［深入一步］超弦 185

§2.3波函数及其统计诠释 186

2.3.1物质波波函数及其统计诠释 186

2.3.2 电子双缝干涉实验 187

2.3.3态的叠加 187

2.3.4统计诠释和波动方程对波函数提出的要求 188

——波函数的标准条件 188

§2.4 Schr？dinger方程 188

2.4.1 Schr？dinger方程的建立 188

2.4.3束缚在一维无限深势阱中粒子的运动 190

2.4.2一维定态Schr？dinger方程 190

2.4.4势垒穿透 191

［附录］ 扫描隧道显微镜 193

［附录］ 量子围栏 193

第三章原子中的电子 194

§3.1 氢原子Boh r理论与量子力学方法 194

3.3.1氢原子光谱 194

3.3.2 Bohr的量子理论 194

3.3.3氢原子的定态能级和Bohr理论对氢光谱的解释及有关数值 195

3.3.4氢原子的量子力学结论量子数量子态 196

§3.2 Pauli不相容原理 200

3.2.1全同粒子的不可分辨性 200

3.2.2玻色子与费米子 200

3.2.3 Pauli不相容原理核外电子排布 201

4.1.1能带的形成 203

第四章 固体中的电子 203

§4.1 固体能带导体和绝缘体 203

4.1.2 电子在能带中的填充 204

4.1.3导体和绝缘体的导电性能 204

§4.2半导体 205

4.2.1本征半导体 205

4.2.2杂质半导体 206

4.2.3 P-N结 207

§4.3半导体器件 208

4.3.1太阳能电池发光二极管 208

4.3.2半导体激光器 209

［附录］ 能隙工程 210

［附录］ 纳米科技 210

［附录］主要参考文献 212