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第三篇 波 1

第9章 振动 1

9.1 简谐振动相位 1

9.1.1 简谐振动 1

9.1.2 几种典型的简谐振动 2

9.1.3 旋转矢量表示法相位 5

9.1.4 简谐振动的能量 7

9.2 简谐振动的合成 13

9.2.1 同方向简谐振动的合成 13

9.2.2 相互垂直的简谐振动的合成 17

9.3 阻尼振动受迫振动共振 21

9.3.1 阻尼振动 21

9.3.2 受迫振动与共振 24

9.3.3 受驱振荡电磁共振 26

本章要点 29

习题 31

第10章 波动 38

10.1 简谐波 38

10.1.1 波的基本概念 38

10.1.2 波函数 40

10.1.3 波动方程 42

10.2 机械波 45

10.2.1 机械波产生的条件及传播机制 45

10.2.2 物体的弹性形变 45

10.2.3 机械波在弹性介质中的波速 48

10.3 机械波的能量和强度 51

10.3.1 波的能量 51

10.3.2 能量密度 52

10.3.3 波的强度 53

10.3.4 波的吸收 54

10.3.5 声波 56

10.4 电磁波 59

10.4.1 电磁波的波动方程 59

10.4.2 电磁波的性质 61

10.4.3 电磁波的能量 62

10.4.4 电磁波的动量 64

10.4.5 电磁波的辐射与接收 65

10.4.6 电磁波谱 68

10.5 惠更斯原理及其应用 70

10.5.1 惠更斯原理 70

10.5.2 波的反射定律和折射定律 71

10.5.3 波的衍射 73

10.6 波的干涉驻波 73

10.6.1 波的叠加原理 73

10.6.2 波的干涉 74

10.6.3 驻波 76

10.6.4 半波损失 79

10.7 多普勒效应 80

10.7.1 机械波的多普勒效应 81

10.7.2 光的多普勒效应 83

10.7.3 光的多普勒效应与“宇宙大爆炸”形成说 85

10.8 非线性波孤子 86

10.8.1 非线性波 86

10.8.2 孤波 86

本章要点 88

习题 90

第11章 光的波动性 97

11.1 光的相干性 97

11.1.1 光的相干条件 97

11.1.2 获得相干光的方法 98

11.1.3 光程光程差 半波损失 99

11.1.4 两列相干光叠加后的光强分布 101

11.2 光的分波面干涉 102

11.2.1 杨氏双缝干涉 102

11.2.2 菲涅耳双镜实验 105

11.2.3 劳埃德镜实验 105

11.3 光的分振幅干涉 107

11.3.1 薄膜干涉 107

11.3.2 等厚干涉 108

11.3.3 等倾干涉 112

11.4 光的夫琅禾费衍射 118

11.4.1 惠更斯－菲涅耳原理 118

11.4.2 光的衍射现象及其分类 119

11.4.3 单缝夫琅禾费衍射 120

11.4.4 圆孔衍射 123

11.4.5 光学仪器的分辨率 124

11.5 光栅衍射 126

11.5.1 光栅结构 126

11.5.2 双缝衍射 126

11.5.3 光栅公式 127

11.5.4 光栅光谱 130

11.6 X射线的衍射 133

11.7 光的偏振 135

11.7.1 自然光和偏振光 136

11.7.2 马吕斯定律 139

11.7.3 布儒斯特定律 140

11.7.4 光的双折射 142

11.7.5 偏振光的干涉 145

11.8 偏振光的应用 146

11.8.1 光弹性效应 146

11.8.2 克尔效应 147

11.8.3 旋光现象 148

11.8.4 液晶和液晶显示器的物理原理 149

11.9 几何光学基础 151

11.9.1 几何光学的基本定律 151

11.9.2 费马原理 153

11.9.3 光在平面上的反射和折射成像 154

11.9.4 光在球面上的反射和折射 156

11.9.5 薄透镜 158

11.9.6 显微镜、望远镜和照相机 161

本章要点 163

习题 166

第12章 光的波粒二象性 175

12.1 黑体辐射定律与普朗克能量子假设 175

12.1.1 热辐射的几个基本概念 175

12.1.2 基尔霍夫定律 176

12.1.3 黑体辐射的实验定律 178

12.1.4 普朗克的能量子假设 180

12.2 光子理论与光的波粒二象性 184

12.2.1 光电效应的实验规律 184

12.2.2 光的波动说遇到的困难 186

12.2.3 爱因斯坦的光子理论 186

12.2.4 多光子光电效应和光电导效应 188

12.2.5 光的波粒二象性 189

12.3 康普顿效应 191

12.3.1 康普顿效应 191

12.3.2 康普顿效应的理论解释 193

本章要点 195

习题 196

第13章 辐射度学和光度学基础 199

13.1 辐射度学的基本物理量 199

13.1.1 辐射能 199

13.1.2 辐射通量 199

13.1.3 辐射出射度 200

13.1.4 辐射强度 200

13.1.5 辐射亮度 200

13.1.6 辐射照度 201

13.1.7 光谱辐射度量 202

13.2 光度学的基本物理量 202

13.2.1 光谱光视效能和光谱光视效率 202

13.2.2 光度学的基本物理量 204

13.3 照度定律 209

13.3.1 余弦定律 209

13.3.2 平方反比定律 209

本章要点 211

习题 212

第14章 量子力学基础 214

14.1 物质波 215

14.1.1 德布罗意的物质波假设 215

14.1.2 德布罗意波的实验证实 216

14.1.3 德布罗意的驻波思想 219

14.1.4 微观粒子波动性的统计解释 219

14.2 薛定谔方程 220

14.2.1 物质波的波函数 220

14.2.2 力学量的算符表示 222

14.2.3 薛定谔方程 224

14.3 定态薛定谔方程和驻波思想的应用 226

14.3.1 一维无限深势阱 227

14.3.2 一维势垒 隧道效应 231

14.3.3 一维线性谐振子 234

14.3.4 氢原子 237

14.3.5 电子的自旋 238

14.4 海森伯不确定关系 239

14.4.1 坐标和动量的不确定关系 240

14.4.2 能量和时间的不确定关系 241

14.4.3 其他形式的不确定关系 242

14.4.4 不确定关系与时空对称性 242

14.4.5 牛顿力学的适用度 242

14.5 原子和原子核结构 244

14.5.1 原子的壳层结构 244

14.5.2 原子核的基本性质和结构 246

14.6 核磁共振及其应用 252

14.6.1 核磁共振 252

14.6.2 核磁共振的应用 253

本章要点 255

习题 256

第四篇 粒 子 261

第15章 统计物理学基础 261

15.1 理想气体压强和温度的统计意义 262

15.1.1 系统的状态及其描述 262

15.1.2 理想气体分子模型和统计假设 263

15.1.3 理想气体压强的统计解释 264

15.1.4 温度的统计意义 266

15.2 能量均分定理 理想气体的内能 268

15.2.1 自由度 268

15.2.2 能量均分定理 268

15.2.3 理想气体的内能 270

15.3 粒子的经典统计分布 270

15.3.1 测定气体分子速率分布的实验 270

15.3.2 速率分布函数 271

15.3.3 麦克斯韦速率分布定律 272

15.3.4 三种特征速率 273

15.3.5 玻耳兹曼分布定律 275

15.3.6 大气密度和压强随高度变化的规律 277

15.4 气体分子的碰撞及其迁移现象 278

15.4.1 气体分子的碰撞 278

15.4.2 气体内的迁移现象 282

15.5 粒子的统计分布 285

15.5.1 经典粒子与量子粒子 285

15.5.2 费米－狄拉克统计 285

15.5.3 玻色－爱因斯坦统计 286

15.5.4 经典统计与量子统计的关系 286

15.6 激光 286

15.6.1 激光产生的基本原理 287

15.6.2 激光的特性 291

15.6.3 激光器 292

15.7 玻色－爱因斯坦凝聚和原子激射器 292

15.7.1 玻色－爱因斯坦凝聚 292

15.7.2 原子激射器 295

本章要点 297

习题 298

第16章 热力学基础 303

16.1 热力学第零定律 温度和温标 303

16.1.1 热力学第零定律 303

16.1.2 温标 304

16.2 热力学第一定律 305

16.2.1 准静态过程 305

16.2.2 功 内能 热量 306

16.2.3 热力学第一定律 309

16.3 热力学第一定律在理想气体准静态过程中的应用 311

16.3.1 气体的摩尔热容 311

16.3.2 等体过程 311

16.3.3 等压过程 312

16.3.4 等温过程 314

16.3.5 绝热过程 316

16.3.6 多方过程 318

16.4 循环过程 卡诺循环 319

16.4.1 循环过程 319

16.4.2 卡诺循环 323

16.5 热力学第二定律 327

16.5.1 热力学第二定律的表述 327

16.5.2 能量的退化与能源 329

16.5.3 热力学过程的不可逆性 329

16.5.4 卡诺定理 330

16.6 熵 热力学第三定律 332

16.6.1 熵的概念 332

16.6.2 熵增加原理 334

16.6.3 熵的统计解释 335

16.6.4 热力学第三定律 338

本章要点 340

习题 342

习题参考答案 348

附录 常用物理量数值表 356

参考文献 357