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第4篇 振动与波动 1

引言 1

第15章 机械振动 2

15.1 简谐振动的描述 2

15.1.1 简谐振动 2

15.1.2 简谐振动的动力学方程 3

15.1.3 简谐振动的速度及加速度 3

15.1.4 常数A和ψ的确定 3

15.1.5 简谐振动的振幅、周期、频率和相位 4

15.2 简谐振动旋转矢量图示法 6

15.3 常见的简谐振动——单摆和复摆 7

15.3.1 单摆 7

15.3.2 复摆 8

15.4 简谐振动的能量 8

15.5 阻尼振动、受迫振动及共振 9

15.5.1 阻尼振动 9

15.5.2 受迫振动及共振 10

15.6 振动的合成 11

15.6.1 同一直线上两个同频率的简谐振动的合成 11

15.6.2 同一直线上两个不同频率的简谐振动的合成 12

15.6.3 两个相互垂直的简谐振动的合成 13

本章小结 14

思考题 15

习题 15

第16章 机械波 18

16.1 机械波的形成及其描述 18

16.1.1 机械波的产生 18

16.1.2 机械波的几何描述 19

16.1.3 波的分类——横波与纵波 19

16.1.4 描述机械波的特征量 20

16.2 平面简谐波 21

16.2.1 平面简谐波的波动方程 22

16.2.2 波动方程的物理意义 24

16.2.3 平面波的波动微分方程 26

16.3 波的能量 27

16.3.1 能量密度 27

16.3.2 能流密度 28

16.4 惠更斯原理 30

16.4.1 惠更斯原理 30

16.4.2 波的衍射 30

16.4.3 波的反射和折射 31

16.5 波的干涉 33

16.5.1 波的叠加原理及相干条件 33

16.5.2 干涉相长和相消的条件 33

16.5.3 驻波 35

16.6 多普勒效应 39

本章小结 41

思考题 42

习题 42

第5篇 波动光学 45

引言 45

第17章 光的干涉 46

17.1 相干光 46

17.1.1 普通光源的发光特点 46

17.1.2 实际光源的相干条件 47

17.1.3 从普通光源获得相干光的方法 48

17.2 双缝干涉 48

17.2.1 杨氏双缝干涉 48

17.2.2 洛埃德镜 51

17.3 光程及光程差 52

17.3.1 光程及光程差 52

17.3.2 薄透镜不产生附加光程差 52

17.4 薄膜干涉 54

17.4.1 等倾干涉 54

17.4.2 等厚干涉 55

17.5 迈克尔逊干涉仪 59

17.6 空间相干性及时间相干性 60

17.6.1 缝宽对干涉条纹的影响及空间相干性 60

17.6.2 时间相干性 61

本章小结 61

思考题 62

习题 62

第18章 光的衍射 65

18.1 光的衍射和惠更斯-菲涅尔原理 65

18.1.1 光的衍射现象 65

18.1.2 衍射分类 66

18.1.3 惠更斯-菲涅尔原理 66

18.2 单缝的夫琅和费衍射 67

18.2.1 单缝的夫琅和费衍射 67

18.2.2 振幅矢量法 69

18.3 光学仪器分辨率 71

18.3.1 圆孔的夫琅和费衍射 71

18.3.2 光学仪器分辨率 71

18.4 光栅衍射 72

18.4.1 光栅及光栅常数 72

18.4.2 光栅方程 73

18.4.3 光谱线的缺级 73

18.4.4 形成暗条纹的条件 74

18.4.5 光栅光谱 75

18.5 X射线衍射 76

18.5.1 X射线衍射 76

18.5.2 劳厄斑 77

18.5.3 布拉格公式 78

本章小结 79

思考题 79

习题 79

第19章 光的偏振 82

19.1 光的偏振状态 82

19.1.1 自然光和偏振光 82

19.1.2 椭圆偏振光和圆偏振光 83

19.2 偏振片的起偏和检偏及马吕斯定律 83

19.2.1 线偏振光的获得与检验 83

19.2.2 马吕斯定律 84

19.3 反射和折射时光的偏振及布儒斯特定律 85

19.3.1 反射和折射时光的偏振 85

19.3.2 布儒斯特定律 85

19.4 双折射现象 86

19.4.1 寻常光和非常光 87

19.4.2 光轴及主平面 87

19.4.3 单轴晶体的子波波面 88

19.4.4 惠更斯原理在双折射现象中的应用 88

19.4.5 晶体的二向色性和偏振片 89

19.5 偏振元件 89

19.5.1 尼科尔棱镜 89

19.5.2 渥拉斯顿棱镜 89

19.5.3 波晶片 90

19.6 偏振光的干涉 91

19.7 人为双折射 92

19.7.1 光弹性效应 92

19.7.2 电光效应 93

本章小结 94

思考题 94

习题 94

第6篇 近代物理 97

引言 97

第20章 相对论 99

20.1 狭义相对论的基本假设 100

20.1.1 伽利略坐标变换式及经典力学的绝对时空观 100

20.1.2 迈克尔逊－莫雷实验 104

20.1.3 狭义相对论的两个基本假设 106

20.1.4 洛伦兹坐标变换式 106

20.2 狭义相对论的时空观 110

20.2.1 同时性的相对性 110

20.2.2 空间长度的相对性——长度的收缩 112

20.2.3 时间间隔的相对性——时间的延缓 114

20.2.4 同时的相对性不会改变相关事件的因果关系 115

20.3 狭义相对论质点动力学 117

20.3.1 相对论动量、质量及质点动力学方程 118

20.3.2 相对论中的功和动能 120

20.3.3 相对论能量和质能关系式 121

20.3.4 原子核的裂变和聚变 123

20.3.5 相对论能量和动量的关系 124

20.3.6 力和加速度的关系 125

20.3.7 相对论力、动量和能量的变换关系 126

20.4 广义相对论简介 128

20.4.1 广义相对论的基本原理 128

20.4.2 引力几何化和时空弯曲 129

20.4.3 广义相对论效应的实验验证 130

本章小结 133

思考题 135

习题 135

第21章 量子力学基础 137

21.1 量子力学的诞生 138

21.1.1 黑体辐射 138

21.1.2 普朗克的能量子假说 141

21.2 光的波粒二象性 142

21.2.1 光电效应 142

21.2.2 爱因斯坦的光量子论 144

21.2.3 康普顿散射 147

21.3 玻尔的氢原子理论 150

21.3.1 氢原子光谱的实验规律 151

21.3.2 玻尔的量子论 153

21.3.3 弗兰克－赫兹实验 155

21.4 实物粒子的波粒二象性 156

21.4.1 德布罗意物质波 156

21.4.2 德布罗意物质波的实验验证 158

21.4.3 不确定关系 160

21.5 概率波与波函数 163

21.5.1 物质波的统计诠释——概率波 163

21.5.2 波函数及其物理意义 166

21.5.3 波函数状态叠加原理 166

21.5.4 统计诠释及其他物理条件对波函数提出的要求 167

21.5.5 一维自由粒子波函数的表述形式 168

21.6 薛定谔方程 169

21.6.1 定态薛定谔方程 170

21.6.2 薛定谔方程的建立过程 171

21.6.3 一维无限深（方）势阱中的粒子 172

21.6.4 有限宽势垒和隧道效应 175

21.7 原子中的电子 178

21.7.1 氢原子的量子力学处理 178

21.7.2 求解波函数得出的一些重要结论 178

21.7.3 斯特恩革拉赫实验 181

21.7.4 电子自旋 182

21.7.5 多电子原子中电子的排布 184

本章小结 186

思考题 189

习题 189

阅读材料——扫描隧道显微镜与纳米技术 191

附录 计算中常用物理恒量 201

习题答案 202

参考文献 207