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第3篇 热学 3

第9章 气体动理论 3

9.1 状态参量 平衡态准静态过程 3

9.1.1 气体的状态参量 3

9.1.2 平衡态 5

9.1.3 准静态过程 6

9.2 理想气体的物态方程 6

9.3 麦克斯韦速率分布 9

9.3.1 麦克斯韦速率分布律 9

9.3.2 三个统计速率 11

9.3.3 麦克斯韦速率分布律的实验验证 13

9.4 玻耳兹曼分布 14

9.4.1 玻耳兹曼分布律 14

9.4.2 重力场中微粒按高度的分布 15

9.4.3 统计规律性与涨落 15

9.5 理想气体的压强 16

9.5.1 理想气体的微观模型 16

9.5.2 平衡状态气体的统计假设（又称分子混沌性假设） 16

9.5.3 理想气体压强公式及其统计意义 17

9.6 温度的微观本质 理想气体物态方程的推证 19

9.6.1 温度的微观解释 19

9.6.2 理想气体物态方程的推证 20

9.7 能量均分定理 理想气体的内能 21

9.7.1 自由度 21

9.7.2 能量均分定理 22

9.7.3 理想气体的内能 23

9.8 真实气体 24

9.8.1 真实气体的等温线 24

9.8.2 范德瓦耳斯方程 25

9.9 气体分子的平均自由程和平均碰撞频率 27

9.10 气体内的输运过程 30

9.10.1 黏性现象（内摩擦） 30

9.10.2 热传导 32

9.10.3 扩散现象 33

9.10.4 低压下的热传导 33

思考题9 34

习题9 35

第10章 热力学基础 38

10.1 热力学第一定律内能 功 热量 38

10.1.1 热力学第一定律 38

10.1.2 内能 39

10.1.3 功 40

10.1.4 热量和热容量 40

10.2 热力学第一定律的应用 42

10.2.1 等体过程 42

10.2.2 等压过程 43

10.2.3 等温过程 44

10.3 理想气体的绝热过程 46

10.3.1 理想气体的准静态绝热过程 47

10.3.2 非静态绝热过程 48

10.3.3 多方过程 49

10.4 循环过程和卡诺循环 53

10.4.1 循环过程 53

10.4.2 卡诺循环 54

10.5 热力学第二定律和不可逆过程 卡诺定理 59

10.5.1 自然过程的方向性 59

10.5.2 热力学第二定律的两种表述 59

10.5.3 热力学第二定律两种表述的等效性 60

10.5.4 可逆和不可逆过程 61

10.5.5 卡诺定理 62

10.6 热力学第二定律的统计意义和熵的概念 63

10.6.1 热力学第二定律的统计意义 63

10.6.2 熵和玻耳兹曼熵公式及熵增加原理 64

10.6.3 熵的热力学表示及熵差计算 66

思考题10 68

习题10 70

第4篇 振动、波动和光学 77

第11章 振动学基础 77

11.1 简谐振动的描述 77

11.1.1 弹簧振子 77

11.1.2 简谐振动的表达式 77

11.1.3 简谐振动的速度和加速度 78

11.1.4 振动的相位 79

11.1.5 旋转矢量表示法 80

11.2 简谐振动的动力学特征 81

11.2.1 简谐振动的动力学定义 81

11.2.2 简谐振动的实例 84

11.2.3 简谐振动的能量 85

11.3 简谐振动的合成 88

11.3.1 两个同方向同频率简谐振动的合成 88

11.3.2 两个同方向不同频率简谐振动的合成 89

11.3.3 相互垂直的简谐振动的合成 91

11.4 阻尼振动 93

11.5 受迫振动 共振 94

11.6 电磁振荡 96

思考题11 97

习题11 99

第12章 波动学基础 103

12.1 机械波的产生和传播 103

12.1.1 机械波的形成 103

12.1.2 描述波动的物理量 105

12.2 平面简谐波的波函数 106

12.2.1 波函数的建立 106

12.2.2 波函数的物理意义 107

12.3 波动方程与波速 111

12.3.1 物体的弹性形变 111

12.3.2 波动方程 112

12.3.3 决定波速的因素 113

12.4 波的能量 114

12.4.1 平面简谐纵波传播时介质元的能量 114

12.4.2 波的能量密度和能流密度 115

12.4.3 波的吸收 116

12.4.4 球面波 117

12.5 惠更斯原理 118

12.5.1 惠更斯原理 118

12.5.2 惠更斯原理的应用 119

12.6 波的叠加原理 波的干涉 120

12.6.1 波的叠加原理 120

12.6.2 波的干涉 120

12.7 驻波 122

12.7.1 驻波的形成 122

12.7.2 驻波的波函数 124

12.7.3 半波损失 126

12.7.4 弦线振动的简正模式 126

12.8 多普勒效应 127

12.9 声波 129

12.9.1 声压 129

12.9.2 声强和声强级 129

12.10 电磁波 131

12.10.1 电磁波及其性质 131

12.10.2 电磁波的能量 132

12.10.3 电磁波的产生与传播 133

12.10.4 电磁波谱 135

思考题12 136

习题12 138

第13章 光学 141

13.1 几何光学的基本原理 141

13.1.1 几何光学的基本定律 141

13.1.2 全反射 143

13.1.3 费马原理 143

13.2 几何光学成像的基本概念和薄透镜成像规律 145

13.2.1 同心光束 物和像 145

13.2.2 光在平面上的反射 146

13.2.3 光在球面上的折射和反射 146

13.2.4 薄透镜 151

13.3 光学仪器 155

13.3.1 照相机 155

13.3.2 显微镜 156

13.3.3 望远镜 157

13.4 光的相干性 158

13.4.1 光源 158

13.4.2 光的干涉现象 160

13.4.3 光程 162

13.5 双缝干涉 163

13.5.1 杨氏双缝干涉 163

13.5.2 菲涅耳双镜 164

13.5.3 劳埃德镜 165

13.6 薄膜干涉 166

13.6.1 薄膜的等倾干涉 166

13.6.2 薄膜的等厚干涉 170

13.6.3 迈克耳孙干涉仪 173

13.6.4 多层薄膜系统 174

13.7 单缝衍射 176

13.7.1 惠更斯－菲涅耳原理 176

13.7.2 单缝衍射 178

13.8 光栅衍射 180

13.8.1 衍射光栅 180

13.8.2 光栅衍射的光强分布 181

13.9 光学仪器的分辨本领 184

13.10 X射线衍射 186

13.11 偏振光与自然光 187

13.11.1 偏振光 188

13.11.2 自然光 189

13.12 马吕斯定律 189

13.12.1 偏振片 189

13.12.2 马吕斯定律 190

13.13 反射和折射时光的偏振 192

13.14 双折射现象 193

13.14.1 双折射的寻常光和非常光 193

13.14.2 光轴和主平面 194

13.14.3 双折射现象的解释 195

13.14.4 偏振棱镜 196

13.15 椭圆偏振光和圆偏振光 波片 198

13.15.1 椭圆偏振光和圆偏振光 198

13.15.2 波片 199

13.15.3 偏振光的检验 200

13.16 偏振光的干涉 人为双折射现象 旋光现象 201

13.16.1 偏振光的干涉 201

13.16.2 人为双折射现象 202

13.16.3 物质的旋光性 204

思考题13 204

习题13 207

第5篇 近代物理基础 215

第14章 量子物理 215

14.1 黑体辐射和普朗克量子假设 215

14.1.1 黑体辐射 216

14.1.2 普朗克量子假设和普朗克公式 218

14.2 光电效应和爱因斯坦光子理论 220

14.2.1 光电效应 220

14.2.2 爱因斯坦光子理论 221

14.2.3 光的波粒二象性 222

14.3 康普顿效应（康普顿散射） 223

14.4 氢原子光谱和玻尔理论 227

14.4.1 经典原子模型 227

14.4.2 氢原子光谱 228

14.4.3 玻尔氢原子理论 229

14.5 德布罗意假设与电子衍射实验 233

14.5.1 德布罗意假设 233

14.5.2 电子衍射实验 235

14.6 波函数的统计解释 237

14.6.1 关于粒子和波的分析 237

14.6.2 波函数的统计解释 238

14.6.3 态叠加原理 240

14.7 不确定关系 241

14.8 薛定谔方程 243

14.8.1 薛定谔方程的引入 243

14.8.2 定态薛定谔方程 244

14.9 一维定态 245

14.9.1 一维无限深方势阱 246

14.9.2 隧道效应 249

14.9.3 一维线性谐振子宇称 251

14.10 原子中的电子 原子的壳层结构 253

14.10.1 氢原子中电子的波函数及其概率分布 253

14.10.2 电子的自旋 施特恩－格拉赫实验 256

14.10.3 泡利原理 多电子原子的壳层结构 258

14.10.4 元素周期表 260

思考题14 262

习题14 263

第15章 原子核物理和粒子物理简介 266

15.1 原子核的基本性质 266

15.1.1 原子核的组成 266

15.1.2 核素图 267

15.1.3 原子核的大小和形状 267

15.1.4 核的自旋和磁矩 268

15.2 原子核的结合能 269

15.3 核力 270

15.3.1 核力的一般性质 270

15.3.2 核力的介子理论 271

15.4 原子核的放射性 272

15.4.1 放射性的一般现象 272

15.4.2 衰变规律 272

15.4.3 放射性强度与辐射剂量 273

15.5 核反应 274

15.5.1 核反应 274

15.5.2 Q方程 275

15.5.3 反应截面 276

15.5.4 核反应机制 277

15.6 原子核的裂变和聚变 277

15.6.1 重核裂变 277

15.6.2 裂变机制 278

15.6.3 裂变能的利用 278

15.6.4 轻核聚变 279

15.7 粒子物理的基本特点 282

15.8 粒子的分类 282

15.8.1 粒子的分类 282

15.8.2 共振态 283

15.9 守恒定律 287

15.9.1 轻子数和重子数 287

15.9.2 同位旋I和同位旋z分量Iz 287

15.9.3 奇异数 287

15.9.4 电荷共轭 288

15.9.5 宇称 288

15.10 夸克（层子）模型 289

15.11 相互作用及其统一性探索 291

15.11.1 相互作用 291

15.11.2 统一性探索 291

思考题15 295

习题15 295

第16章 分子与固体 297

16.1 化学键 297

16.1.1 离子键 298

16.1.2 共价键 299

16.1.3 金属键 301

16.1.4 分子间的作用力 301

16.2 晶体结构 302

16.2.1 晶格的周期性 303

16.2.2 晶体分类 304

16.3 能带理论 307

16.4 导体、绝缘体、半导体 308

16.4.1 导体、半导体和绝缘体的能带差异 308

16.4.2 半导体的导电机理 309

16.4.3 n型半导体、p型半导体 309

16.4.4 pn结 310

思考题16 311

第17章 天体物理与宇宙学 312

17.1 广义相对论印证 313

17.1.1 广义相对论的等效原理 313

17.1.2 光线引力偏折和弯曲时空 313

17.1.3 引力辐射 314

17.1.4 引力红移 315

17.2 白矮星 中子星黑洞 315

17.2.1 白矮星 316

17.2.2 中子星 316

17.2.3 黑洞 317

17.3 宇宙论 317

17.3.1 哈勃定律与膨胀宇宙 317

17.3.2 大爆炸宇宙学说 318

17.3.3 暴胀宇宙学问世 320

思考题17 321

部分习题参考答案 322

附录 329

附录1 书中物理量及单位的符号 329

附录2 名词索引 331

参考文献 343