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第九章 振动 1

9-1 简谐振动 振幅 周期和频率 相位 2

一、简谐振动 2

二、振幅 4

三、周期和频率 4

四、相位 5

五、常量A和ψ的确定 6

9-2 旋转矢量 6

9-3 单摆和复摆 11

一、单摆 11

二、复摆 12

9-4 简谐振动的能量 13

9-5 简谐振动的合成 16

一、两个同方向同频率简谐振动的合成 16

二、两个相互垂直的同频率的简谐振动的合成 17

三、多个同方向同频率简谐振动的合成 20

四、两个同方向不同频率简谐振动的合成拍 21

9-6 阻尼振动 受迫振动 共振 23

一、阻尼振动 23

二、受迫振动 26

三、共振 27

9-7 电磁振荡 29

一、振荡电路 无阻尼自由电磁振荡 29

二、无阻尼电磁振荡的振荡方程 30

三、无阻尼电磁振荡的能量 31

9-8 简述非线性系统 33

问题 36

习题 37

第十章 波动 44

10-1 机械波的几个概念 45

一、机械波的形成 45

二、横波与纵波 45

三、波长 波的周期和频率 波速 46

四、波线 波面 波前 48

10-2 平面简谐波的波函数 49

一、平面简谐波的波函数 49

二、波函数的物理含义 51

10-3 波的能量 能流密度 55

一、波动能量的传播 55

二、能流和能流密度 57

10-4 惠更斯原理 波的衍射和干涉 58

一、惠更斯原理 58

二、波的衍射 59

三、波的干涉 60

10-5 驻波 64

一、驻波的产生 64

二、驻波方程 65

三、相位跃变 68

四、驻波的能量 68

五、振动的简正模式 69

10-6 多普勒效应 71

一、波源不动，观察者相对介质以速度v0运动 71

二、观察者不动，波源相对介质以速度v？运动 72

三、波源与观察者同时相对介质运动 73

10-7 平面电磁波 77

一、电磁波的产生与传播 77

二、平面电磁波的特性 80

三、电磁波的能量 81

四、电磁波谱 82

10-8 声波 超声波与次声波 84

一、声波 84

二、超声波 86

三、次声波 87

问题 87

习题 89

第十一章 光学 95

11-1 相干光 97

11-2 杨氏双缝干涉 劳埃德镜 99

一、杨氏双缝干涉 99

二、杨氏双缝干涉的光强分布 102

三、光程和光程差 103

四、缝宽对干涉条纹的影响 空间相干性 105

五、劳埃德镜 106

11-3 薄膜干涉 108

一、薄膜干涉的光程差 108

二、等倾干涉 113

11-4 劈尖 牛顿环 迈克耳孙干涉仪 113

一、劈尖 113

二、牛顿环 117

三、迈克耳孙干涉仪 119

四、时间相干性 121

11-5 光的衍射 122

一、光的衍射现象 122

二、惠更斯－菲涅耳原理 124

三、菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射 124

11-6 夫琅禾费单缝衍射 125

11-7 夫琅禾费圆孔衍射 光学仪器的分辨本领 130

11-8 衍射光栅 133

一、光栅 134

二、光栅衍射条纹的形成 135

三、衍射光谱 138

四、X射线的衍射 140

11-9 光的偏振性 马吕斯定律 143

一、自然光 偏振光 143

二、偏振片 起偏与检偏 144

三、马吕斯定律 145

11-10 反射光和折射光的偏振 147

11-11 双折射 149

一、双折射的寻常光和非常光 149

二、惠更斯原理对双折射现象的解释 152

三、1/4波片和半波片 153

四、人为双折射现象 153

11-12 偏振光的干涉 155

一、椭圆偏振光和圆偏振光 155

二、偏振光的干涉 156

11-13 液晶 158

一、液晶的分类 158

二、液晶的电光效应与显示原理 159

三、液晶显示 160

11-14 几何光学 162

一、几何光学基本定律 162

二、光在平面上的反射和折射成像 164

三、光在球面上的反射和折射成像 165

四、薄透镜 168

五、显微镜、望远镜和照相机 171

问题 173

习题 177

第十二章 气体动理论 184

12-1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律 185

一、气体的物态参量 185

二、平衡态 186

三、理想气体物态方程 186

四、热力学第零定律 188

12-2 物质的微观模型 统计规律性 188

一、分子的线度和分子力 188

二、分子热运动的无序性及统计规律性 189

12-3 理想气体的压强公式 191

一、理想气体的微观模型 191

二、理想气体的压强公式 192

12-4 理想气体分子的平均平动动能与温度的关系 194

12-5 能量均分定理 理想气体的内能 196

一、自由度 196

二、能量均分定理 199

三、理想气体的内能 199

12-6 麦克斯韦气体分子速率分布律 200

一、测定气体分子速率分布的实验 201

二、麦克斯韦气体分子速率分布律 203

三、三种统计速率 204

四、关于气体逃逸地球大气层问题和对克劳修斯的质疑 206

12-7 玻耳兹曼能量分布律 等温气压公式 207

一、玻耳兹曼能量分布律 207

二、重力场中的等温气压公式 209

12-8 分子的平均碰撞频率和平均自由程 210

12-9 气体的迁移现象 212

一、黏性现象 212

二、热传导现象 213

三、扩散现象 214

四、三种迁移系数 215

12-10 实际气体的范德瓦耳斯方程 217

问题 219

习题 220

第十三章 热力学基础 224

13-1 准静态过程 功 热量 225

一、准静态过程 225

二、功 226

三、热量 226

13-2 热力学第一定律 内能 227

13-3 理想气体的等体过程和等压过程 摩尔热容 229

一、等体过程 摩尔定容热容 229

二、等压过程 摩尔定压热容 231

三、固体热容 234

四、比热容 235

13-4 理想气体的等温过程和绝热过程 多方过程 236

一、等温过程 236

二、绝热过程 237

三、绝热线和等温线 239

四、多方过程 242

13-5 循环过程 卡诺循环 243

一、循环过程 243

二、热机和制冷机 244

三、卡诺循环 246

13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理 250

一、热力学第二定律的两种表述 250

二、可逆过程与不可逆过程 252

三、卡诺定理 253

四、能量品质 253

13-7 熵熵增加原理 254

一、熵 254

二、熵变的计算 257

三、熵增加原理 259

四、熵增加原理与热力学第二定律 259

13-8 热力学第二定律的统计意义 262

一、熵与无序度 262

二、无序度与微观状态数 263

三、熵与热力学概率 玻耳兹曼关系式 264

四、自组织现象 266

13-9 信息熵简介 267

一、信息和熵的关系 267

二、信息量 267

三、信息熵 268

问题 269

习题 270

第十四章 相对论 278

14-1 伽利略变换式 经典力学的绝对时空观 280

一、伽利略变换式 经典力学的相对性原理 280

二、经典力学的绝对时空观 282

14-2 迈克耳孙－莫雷实验否定绝对参考系的存在 282

14-3 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 285

一、狭义相对论的基本原理 285

二、洛伦兹变换式 286

三、洛伦兹速度变换式 287

14-4 狭义相对论的时空观 289

一、同时的相对性 289

二、长度的收缩 291

三、时间的延缓 293

四、关于时间延缓和长度收缩的实验证明 294

14-5 光的多普勒效应 295

14-6 相对论性动量和能量 298

一、动量与速度的关系 298

二、狭义相对论力学的基本方程 299

三、质量与能量的关系 300

四、质能公式在原子核裂变和聚变中的应用 303

五、动量与能量的关系 305

14-7 等离子体与受控核聚变 307

一、等离子体及其基本性质 307

二、等离子体在磁场中的特性 308

三、受控核聚变的展望 309

14-8 广义相对论简介 310

一、广义相对论的等效原理 310

二、广义相对论时空特性的几个例子 312

问题 314

习题 316

第十五章 量子物理 319

15-1 黑体辐射 普朗克能量子假设 321

一、黑体 黑体辐射 321

二、斯特藩－玻耳兹曼定律 维恩位移定律 322

三、黑体辐射的瑞利－金斯公式 经典物理的困难 324

四、普朗克假设 普朗克黑体辐射公式 327

15-2 光电效应 光的波粒二象性 332

一、光电效应实验的规律 332

二、光子爱因斯坦方程 333

三、光电效应在近代技术中的应用 336

四、光的波粒二象性 337

15-3 康普顿效应 338

15-4 氢原子的玻尔理论 343

一、近代氢原子观的回顾 343

二、氢原子的玻尔理论及其困难 348

15-5 弗兰克－赫兹实验 351

15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性 352

一、德布罗意假设 353

二、德布罗意波的实验证明 355

三、应用举例 358

四、德布罗意波的统计解释 359

15-7 不确定关系 359

15-8 量子力学简介 362

一、波函数 概率密度 363

二、薛定谔方程 365

三、一维势阱问题 367

四、对应原理 370

五、一维方势垒 隧道效应 372

15-9 氢原子的量子理论简介 373

一、氢原子的薛定谔方程 373

二、三个量子数 375

三、氢原子在基态时的径向波函数和电子的分布概率 377

15-10 多电子原子中的电子分布 379

一、电子自旋自旋磁量子数 379

二、多电子原子中的电子分布 381

15-11 激光 386

一、自发辐射 受激辐射 386

二、激光原理 387

三、激光器 389

四、激光的特性和应用 390

15-12 半导体 391

一、固体的能带 391

二、本征半导体和杂质半导体 393

三、pn结 395

四、光生伏打效应 397

15-13 超导电性 398

一、超导体的转变温度 398

二、超导体的主要特性 399

三、超导电性的BCS理论 400

四、超导的应用前景 401

五、简介约瑟夫森效应 402

15-14 扫描隧穿显微镜 402

一、STM的原理简介 403

二、STM的工作方式 404

三、STM的应用 404

四、STM的发展 405

15-15 纳米材料简介 407

一、纳米效应 407

二、纳米材料的制备 409

三、与碳纳米有关的两种新材料 409

问题 411

习题 413

第十六章 原子核与粒子物理简介 417

16-1 原子核的基本性质和规律 418

一、原子核的基本性质 418

二、原子核的变化及其规律 422

16-2 粒子的相互作用及粒子分类 426

一、相互作用 426

二、粒子分类 428

三、粒子的观察 430

16-3 守恒定律、对称性和标准模型 430

一、守恒量与对称性 430

二、标准模型 432

问题 432

习题 432

习题答案 434

索引 443

照片说明 454