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第3篇 热学 1

第9章 热力学基础 2

9.1 状态参量 平衡态 准静态过程 2

9.1.1 气体的状态参量 2

9.1.2 平衡态 4

9.1.3 准静态过程 5

9.2 理想气体的状态方程 6

9.3 热力学第一定律 内能 功 热量 9

9.3.1 热力学第一定律 9

9.3.2 内能 9

9.3.3 功 10

9.3.4 热量和热容量 11

9.4 热力学第一定律的应用 13

9.4.1 等体过程 14

9.4.2 等压过程 15

9.4.3 等温过程 16

9.5 理想气体的绝热过程 18

9.5.1 理想气体的准静态绝热过程 19

9.5.2 非静态绝热过程 21

9.5.3 多方过程 22

9.6 循环过程和卡诺循环 27

9.6.1 循环过程 27

9.6.2 卡诺循环 28

9.7 热力学第二定律和不可逆过程 卡诺定理 35

9.7.1 自然过程的方向性 35

9.7.2 热力学第二定律的两种表述 35

9.7.3 热力学第二定律两种表述的等效性 36

9.7.4 可逆和不可逆过程 37

9.7.5 卡诺定理 38

阅读材料（9） 电冰箱 空调 39

思考题9 41

习题9 42

第10章 气体动理论 46

10.1 麦克斯韦速率分布 46

10.1.1 麦克斯韦速率分布律 47

10.1.2 三个统计速率 49

10.1.3 麦克斯韦速率分布律的实验验证 52

10.2 玻耳兹曼分布 53

10.2.1 玻耳兹曼分布律 53

10.2.2 重力场中微粒按高度的分布 54

10.2.3 统计规律性与涨落现象 55

10.3 理想气体的压强 55

10.3.1 理想气体的微观模型 55

10.3.2 平衡状态气体的统计假设（又称分子混沌性假设） 56

10.3.3 理想气体压强公式及其统计意义 57

10.4 温度的微观本质 理想气体状态方程的推证 58

10.4.1 温度的微观解释 58

10.4.2 理想气体状态方程的推证 59

10.5 能量均分定理 理想气体的内能 61

10.5.1 自由度 61

10.5.2 能量均分定理 62

10.5.3 理想气体的内能 63

10.5.4 理想气体的摩尔热容 64

10.6 真实气体 66

10.6.1 真实气体的等温线 66

10.6.2 范德瓦耳斯方程 67

10.7 气体分子的平均自由程和碰撞频率 70

10.8 气体内的输运过程 73

10.8.1 黏滞现象（内摩擦） 73

10.8.2 热传导 75

10.8.3 扩散现象 77

10.8.4 低压下的热传导 78

10.9 热力学第二定律的统计意义和熵的概念 78

10.9.1 热力学第二定律的统计意义 78

10.9.2 熵和熵增加原理 80

10.9.3 熵的热力学表示 82

阅读材料（10） 熵和信息、生命及其他 86

思考题10 90

习题10 91

第4篇 振动、波动和波动光学 94

第11章 振动学基础 95

11.1 简谐运动的描述 95

11.1.1 弹簧振子 95

11.1.2 简谐运动的表达式 96

11.1.3 简谐运动的速度和加速度 96

11.1.4 振动的相位 97

11.1.5 旋转矢量表示法 98

11.2 简谐运动的动力学特征 101

11.2.1 简谐运动的动力学定义 101

11.2.2 简谐运动的实例 104

11.2.3 简谐运动的能量 105

11.3 简谐运动的合成 109

11.3.1 两个同方向同频率简谐运动的合成 109

11.3.2 两个同方向不同频率简谐运动的合成 111

11.3.3 相互垂直的简谐运动的合成 113

11.4 阻尼振动 116

11.5 受迫振动 共振 118

11.6 电磁振荡 120

阅读材料（11） 非线性振动简介 121

思考题11 127

习题11 128

第12章 波动学基础 132

12.1 机械波的产生和传播 132

12.1.1 机械波的形成 132

12.1.2 描述波动的物理量 134

1 2.2 平面简谐波的波函数 135

12.2.1 波函数的建立 135

12.2.2 波函数的物理意义 137

12.3 波动方程与波速 142

12.3.1 物体的弹性形变 142

12.3.2 波动方程 143

12.3.3 决定波速的因素 145

12.4 波的能量 146

12.4.1 平面简谐纵波传播时介质元的能量 146

12.4.2 波的能量密度和能流密度 147

12.4.3 波的吸收 149

12.4.4 球面波 150

12.5 惠更斯原理 151

12.5.1 惠更斯原理 151

12.5.2 惠更斯原理的应用 152

12.6 波的叠加原理 波的干涉 154

12.6.1 波的叠加原理 154

12.6.2 波的干涉 154

12.7 驻波 157

12.7.1 驻波的形成 157

12.7.2 驻波的波函数 159

12.7.3 半波损失 160

12.7.4 弦线振动的简正模式 161

12.8 多普勒效应 162

12.9 声波 165

12.9.1 声压 165

12.9.2 声强和声强级 165

12.10 电磁波 167

12.10.1 电磁波及其性质 167

12.10.2 电磁波的能量 169

12.10.3 电磁波的产生与传播 170

12.10.4 电磁波谱 172

阅读材料（12） 超声波应用简介 174

思考题12 176

习题12 178

第13章 光学 181

13.1 几何光学的基本原理 181

13.1.1 几何光学的基本定律 181

13.1.2 全反射 183

13.1.3 费马原理 184

13.2 几何光学成像的基本概念和薄透镜成像规律 186

13.2.1 同心光束 物和像 186

13.2.2 光在平面上的反射 187

13.2.3 光在球面上的折射和反射 188

13.2.4 薄透镜 194

13.3 光学仪器 199

13.3.1 照相机 199

13.3.2 显微镜 200

13.3.3 望远镜 202

13.4 光的相干性 203

13.4.1 光源 203

13.4.2 光的干涉现象 205

13.5 双缝干涉 207

13.5.1 杨氏双缝干涉 207

13.5.2 菲涅耳双镜 209

13.5.3 劳埃德镜 209

13.6 薄膜干涉 211

13.6.1 薄膜的等倾干涉 211

13.6.2 薄膜的等厚干涉 215

13.6.3 迈克耳逊干涉仪 219

13.6.4 多层薄膜系统 221

13.7 单缝衍射 223

13.7.1 惠更斯-菲涅耳原理 223

13.7.2 单缝衍射 225

13.8 光栅衍射 229

13.8.1 衍射光栅 229

13.8.2 光栅衍射的光强分布 230

13.9 光学仪器的分辨本领 234

13.10 X射线衍射 236

13.11 偏振光与自然光 238

13.11.1 偏振光 239

13.11.2 自然光 240

13.12 马吕斯定律 241

13.12.1 偏振片 241

13.12.2 马吕斯定律 242

13.13 反射和折射时光的偏振 244

13.14 双折射现象 246

13.14.1 双折射的寻常光和非常光 246

13.14.2 光轴和主平面 247

13.14.3 双折射现象的解释 248

13.14.4 偏振棱镜 250

13.15 椭圆偏振光和圆偏振光 波片 253

13.15.1 椭圆偏振光和圆偏振光 253

13.15.2 波片 254

13.15.3 偏振光的检验 256

13.16 偏振光的干涉 人为双折射现象 旋光现象 256

13.16.1 偏振光的干涉 256

13.16.2 人为双折射现象 258

13.16.3 物质的旋光性 260

阅读材料（13） 全息照相 260

思考题13 262

习题13 265

第5篇 近代物理基础 270

第14章 量子物理 271

14.1 黑体辐射和普朗克量子假设 271

14.1.1 黑体辐射 272

14.1.2 普朗克量子假设和普朗克公式 274

14.2 光电效应和爱因斯坦光子理论 277

14.2.1 光电效应 277

14.2.2 爱因斯坦光子理论 279

14.2.3 光的波粒二象性 280

14.3 康普顿效应（康普顿散射） 281

14.4 氢原子光谱和玻尔理论 285

14.4.1 经典原子模型 286

14.4.2 氢原子光谱 287

14.4.3 玻尔氢原子理论 288

14.5 德布罗意假设与电子衍射实验 292

14.5.1 德布罗意假设 292

14.5.2 电子衍射实验 295

14.6 波函数的统计解释 298

14.6.1 关于粒子和波的分析 298

14.6.2 波函数的统计解释 299

14.6.3 态叠加原理 302

14.7 不确定关系 303

14.8 薛定谔方程 305

14.8.1 薛定谔方程的引入 305

14.8.2 定态，不含时间的薛定谔方程 307

14.9 一维定态 308

14.9.1 一维无限深方势阱 308

14.9.2 隧道效应 311

14.9.3 一维线性谐振子 宇称 314

14.10 原子中的电子 原子的壳层结构 317

14.10.1 氢原子中电子的波函数及其概率分布 317

14.10.2 电子的自旋 施特恩-盖拉赫实验 320

14.10.3 泡利原理 多电子原子的壳层结构 322

14.10.4 元素周期表 325

阅读材料（14） 激光及其原理 327

思考题14 331

习题14 332

第15章 原子核物理和粒子物理简介 335

15.1 原子核的基本性质 335

15.1.1 原子核的组成 335

15.1.2 核素图 336

15.1.3 原子核的大小和形状 337

15.1.4 核的自旋和磁距 338

15.2 原子核的结合能 339

15.3 核力 340

15.3.1 核力的一般性质 340

15.3.2 核力的介子理论 341

15.4 原子核的放射性 342

15.4.1 放射性的一般现象 342

15.4.2 衰变规律 343

15.4.3 放射性强度与辐射剂量 344

15.5 核反应 346

15.5.1 核反应 346

15.5.2 Q方程 347

15.5.3 反应截面 348

15.5.4 核反应机制 349

15.6 原子核的裂变和聚变 350

15.6.1 重核裂变 350

15.6.2 裂变机制 350

15.6.3 裂变能的利用 350

15.6.4 轻核聚变 351

15.7 粒子物理的基本特点 355

15.8 粒子的分类 356

15.8.1 粒子的分类 356

15.8.2 共振态 356

15.9 守恒定律 360

15.9.1 轻子数和重子数 360

15.9.2 同位旋I和同位旋z分量Iz 360

15.9.3 奇异数 361

15.9.4 电荷共轭 362

15.9.5 宇称 362

15.10 夸克（层子）模型 363

15.11 相互作用及其统一性探索 365

15.11.1 相互作用 365

15.11.2 统一性探索 365

思考题15 368

习题15 368

第16章 分子与固体 370

16.1 化学键 370

16.1.1 离子键 371

16.1.2 共价键 371

16.1.3 金属键 372

16.1.4 分子间的作用力 372

16.2 晶体结构 374

16.2.1 晶格的周期性 374

16.2.2 晶体分类 375

16.3 能带理论 378

16.4 导体 绝缘体 半导体 380

16.4.1 导体、半导体和绝缘体的能带差异 380

16.4.2 半导体的导电机理 380

16.4.3 n型半导体、p型半导体 381

16.4.4 p-n结 382

思考题16 383

第17章 天体物理与宇宙学 384

17.1 广义相对论印证 384

17.1.1 广义相对论的等效原理 385

17.1.2 光线引力偏折和弯曲时空 385

17.1.3 引力辐射 386

17.1.4 引力红移 387

17.2 白矮星 中子量黑洞 387

17.2.1 白矮星 387

17.2.2 中子量 388

17.2.3 黑洞 389

17.3 宇宙论 389

17.3.1 哈勃定律与膨胀宇宙 389

17.3.2 大爆炸宇宙学说 391

17.3.3暴胀宇宙学问世 393

思考题17 394

习题参考答案 395

习题9 395

习题10 395

习题11 396

习题12 397

习题13 398

习题14 399

习题15 400

附录 402

附录1 书中物理量的符号及单位 402

附录2 名词索引 405

参考文献 414