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（下册） 2

第Ⅳ篇 热学 2

第9章 热运动的统计描述 2

目录 2

§9.1 热现象与热运动 3

一、热现象 3

二、热现象的宏观规律 4

〈物理趣闻〉壮观的“和平”号“流星雨” 4

三、分子热运动的物理图象 6

§9.2 统计规律 10

一、统计规律的概念 10

二、生活中的统计规律 11

三、统计规律的描述 12

四、统计规律的特点 15

一、平衡态与状态参量 17

§9.3 理想气体状态方程 17

二、理想气体状态方程 18

〈课间小憩〉真实气体的范德瓦耳斯方程 19

§9.4 压强和温度的微观意义 20

一、理想气体的微观模型 20

二、压强的微观本质 21

三、温度的微观本质 23

§9.5 理想气体的内能 25

一、运动自由度 26

二、能量均分定理 27

三、理想气体的内能 28

§9.6 麦克斯韦速率分布律 30

一、分子速率分布的实验测定 30

二、麦克斯韦速率分布律 32

三、三种统计速率 35

〈趣味物理〉方均根速率与大气成分 37

四、麦克斯韦速度分布律 37

§9.7 玻耳兹曼能量分布律 38

一、玻耳兹曼能量分布律 38

二、重力场中粒子按高度的分布 39

§9.8 平均自由程与碰撞频率 40

内容提要 43

练习9 热运动的统计描述 44

第10章 热力学 50

§10.1 准静态过程 51

一、准静态过程 52

二、准静态过程的功 53

三、热量Q 56

§10.2 热力学第一定律 57

一、等体过程 58

二、等压过程 59

三、等温过程 62

四、绝热过程 64

五、多方过程 66

〈物理之窗〉液化气体 68

§10.3 循环过程 70

一、循环过程的一般概念 70

二、卡诺循环 74

§10.4 热力学第二定律 78

一、自然过程的不可逆性 79

二、热力学第二定律及其微观意义 79

§10.5 熵与熵增加原理 81

一、宏观态与微观态 81

二、热力学概率与熵 84

三、熵增加原理 85

〈物理学家〉L．玻耳兹曼 86

四、克劳修斯熵公式 87

五、熵与能量 89

内容提要 90

练习10 热力学 92

第Ⅴ篇 波动 101

第11章 简谐运动 101

§11.1 简谐运动及其特征 102

一、弹簧振子及其运动分析 102

二、简谐运动的特征 103

三、常见的几种简谐运动 105

§11.2 简谐运动的描述方法 110

一、简谐运动方程 110

二、振动曲线 119

三、旋转矢量 120

§11.3 简谐运动的合成 124

一、两个同方向、同频率简谐运动的合成 124

二、两个同方向、不同频率简谐运动的合成 拍现象 128

三、两个相互垂直的简谐运动的合成 130

§11.4 阻尼振动 受迫振动 135

一、阻尼振动 135

二、受迫振动 137

〈课间小憩〉火车的危险速率 138

内容提要 139

练习11 简谐运动 140

第12章 波的传播规律 151

§12.1 机械波传播的物理图象 152

一、弹性介质模型 152

二、横波与纵波 153

三、机械波传播的物理图象 154

§12.2 波动的描述方法 155

一、波动的几何描述 155

二、波动曲线 157

三、波动方程 160

§12.3 波的能量特征 167

§12.4 波的干涉 168

一、波的叠加原理 169

〈物理趣闻〉孤立波与孤立子 169

二、波的干涉 170

三、驻波 175

〈课间小憩〉音乐声学 179

§12.5 波的衍射 183

§12.6 多普勒效应 185

一、机械波的多普勒效应 185

二、电磁波的多普勒效应 188

§12.7 声波 189

一、声压、声强和声强级 189

〈研究进展〉声辐射压与声悬浮技术 192

二、超声波的原理和应用 195

§12.8 电磁波 198

一、电磁波的理论预见 198

二、赫兹实验 199

三、电磁波的基本性质 201

四、玻印廷矢量S 202

五、电磁波谱 203

〈课间小憩〉红外技术 204

内容提要 205

练习12 波的传播规律 208

第13章 光的波动性 218

一、光线光速 219

§13.1 几何光学简介 219

二、几何光学的基本定律 221

三、几种光学器件的成像原理 224

四、光学仪器 232

§13.2 光波的物理图象 235

一、原子发光机理波列 235

二、光程 236

§13.3 光的干涉 238

一、光干涉的一般论述 238

二、杨氏双缝干涉 240

三、薄膜干涉 244

四、迈克尔逊干涉仪 252

§13.4 光的衍射 255

一、单缝的夫琅禾费衍射 256

二、光栅的夫琅禾费衍射 263

〈趣味物理〉无镜头摄影技术 272

三、X射线的衍射 274

四、光学仪器的分辨率 275

〈课间小憩〉相控阵雷达 278

§13.5 光的偏振性 280

一、自然光和偏振光 280

二、起偏与检偏 282

三、马吕斯定律 283

四、布儒斯特定律 284

五、双折射现象 285

六、偏振光的应用 286

内容提要 287

练习13 光的波动性 290

第Ⅵ篇 近代物理 306

第14章 相对论 306

一、两条基本原理 307

§14.1 狭义相对论的两条基本原理和洛伦兹变换 307

〈物理学家〉A．爱因斯坦 309

二、洛伦兹变换 310

§14.2 相对论时空观 316

一、同时性的相对性 317

二、时间度量的相对性 时间膨胀 318

〈趣味物理〉孪生子效应 321

三、空间度量的相对性 长度收缩 322

四、两种时空观 326

§14.3 相对论动力学结论 327

一、相对论性动量 327

二、相对论运动方程 329

三、质量和能量的关系 330

四、动量和能量的关系 332

一、等效原理 336

§14.4 广义相对论简介 336

二、广义相对论的相对性原理 337

三、广义相对论的预言和验证 339

〈热门话题〉暗物质和暗能量 341

内容提要 343

练习14 相对论 345

第15章 光的量子性 350

§15.1 普朗克量子论 351

一、黑体辐射 351

二、普朗克量子论 353

〈物理学家〉M．普朗克 355

§15.2 爱因斯坦的光子学说 357

一、光电效应的实验规律 357

二、爱因斯坦的光子学说 359

§15.3 康普顿效应 365

一、氢原子光谱规律 370

§15.4 玻尔氢原子理论 370

二、玻尔氢原子理论 371

〈物理学家〉N．玻尔 373

内容提要 379

练习15 光的量子性 381

第16章 量子力学引论 385

§16.1 实物粒子的波粒二象性 386

一、德布罗意波 387

〈物理学家〉L．德布罗意 388

二、物质波的实验验证 389

〈趣味物理〉德布罗意波与玻尔的量子条件 393

§16.2 不确定关系 394

〈物理学家〉W．海森伯 397

一、波函数 400

§16.3 物质波波函数的统计解释 400

二、玻恩对物质波的统计解释 401

§16.4 薛定谔方程 402

§16.5 薛定谔方程的应用 405

一、一维无限深方势阱 405

二、势垒和隧道效应 409

〈物理之窗〉扫描隧穿显微镜（STM） 412

§16.6 氢原子的量子力学描述 414

一、氢原子的定态薛定谔方程 414

二、氢原子中电子运动的若干结论 415

§16.7 多电子原子中的电子分布 418

一、斯特恩-盖拉赫实验电子自旋 418

二、四个量子数 419

三、多电子原子的壳层结构 420

内容提要 423

练习16 量子力学引论 425

第17章 量子理论的应用 429

§17.1 激光 430

一、激光的形成机理 430

二、激光器的结构 433

三、激光器件 436

〈课间小憩〉我国第一台激光器 436

〈物理前沿〉自由电子激光 439

四、激光的特性与应用 440

〈趣味物理〉激光冷冻和俘陷原子 441

§17.2 固体的能带理论 443

一、固体的能带 444

二、导体、半导体和绝缘体的能带结构 447

三、半导体的导电机理 449

〈课间小憩〉诱人的CD技术 454

§17.3 超导电性 457

一、超导体的主要电磁特性 457

二、第二类超导体和磁通量子化 459

三、BCS理论 460

四、约瑟夫森效应 460

〈课间小憩〉超导研究的发展历程 462

内容提要 463

练习17 量子理论的应用 464

附录 466

附录Ⅰ 基本物理常量及有关数据的计算用值 466

附录Ⅱ 常用数学公式 468

附录Ⅲ 1901—2005年诺贝尔物理学奖获得者 471

索引 486

参考文献 496