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第四部分 振动 波动和波动光学 1

第一章 机械振动 1

1-1 谐振动 2

(一)谐振子及其运动微分方程 3

(二)谐振动的运动方程 5

(三)谐振动的矢量图示法 8

(四)谐振动的振幅 周期 频率 9

(五)相位的物理意义 11

(六)谐振动的能量 18

1-2 谐振动的合成 28

(一)同方向同频率谐振动的合成 28

(二)同方向不同频率谐振动的合成 拍 32

(三)相互垂直方向同频率谐振动的合成 34

(四)相互垂直方向不同频率谐振动的合成 39

1-3 阻尼振动 40

1-4 受迫振动 共振 43

(一)受迫振动 43

(二)共振 45

本章小结 49

思考题和习题 51

第二章 机械波 57

2-1 机械波的产生和传播 58

(一)机械波产生的条件 58

(二)横波和纵波 59

(三)波阵面和波射线 61

2-2 波长 波的周期和频率 波速 63

(一)波长 63

(二)波的周期及频率 63

(三)波速 64

(四)波长、周期、波速三者的关系 66

2-3 平面简谐波方程 67

(一)平面简谐波方程的导出 68

(二)平面简谐波方程的物理意义 69

(三)沿X负方向传播的波 71

(四)波速和质点振动速度 72

(五)平面波动方程的一般形式 72

2-4 波的能量 能流密度 80

(一)波的能量 80

(二)波的能量密度 83

(三)能流 能流密度 84

2-5 惠更斯原理 88

(一)惠更斯原理 88

(二)波的反射 90

(三)波的折射 91

(四)波的衍射 92

2-6 波的迭加原理 波的干涉 93

(一)波的迭加原理 93

(二)波的干涉 94

2-7 驻波 101

(一)驻波 101

(二)驻波方程 104

(三)半波损失 106

2-8 多普勒效应 110

2-9 声波 超声波 次声波 113

(一)声速 113

(二)声压 声强和声强级 114

(三)音调 响度 117

(四)超声波 117

(五)次声波 118

本章小结 119

思考题和习题 122

第三章 电磁振荡和电磁波 130

3-1 电磁振荡 131

(一)无阻尼自由振荡 131

(二)阻尼振荡 135

(三)受迫振荡 136

(四)电共振 139

3-2 电磁波 141

(一)电磁波的产生与传播 142

(二)平面电磁波的波动方程 143

(三)电磁波的基本性质 147

3-3 电磁波谱 150

3-4 电磁波的能量 坡印廷矢量 153

本章小结 155

思考题和习题 156

第四章 波动光学 160

4-1 相干光 162

(一)光源发光本质的复杂性 162

(二)相干光的获得 163

(三)相干光的条件 164

4-2 杨氏双缝 洛埃镜 164

(一)杨氏双缝 165

(二)洛埃镜 167

4-3 薄膜干涉 168

(一)光程 169

(二)使用透镜不会引起附加的光程差 171

(三)光在薄膜上反射时的半波损失 171

(四)薄膜干涉 172

(一)劈尖 180

4-4 劈尖 牛顿环 180

(二)牛顿环 183

4-5 迈克尔逊干涉仪 187

4-6 时间相干性和空间相干性 189

(一)时间相干性 190

(二)空间相干性 192

4-7 光的衍射现象 194

4-8 惠更斯—菲涅耳原理 195

4-9 单缝衍射 196

4-10 光栅衍射 203

4-11 光学仪器的分辨本领 212

4-12 X射线的衍射 214

4-13 自然光和偏振光 马吕斯定律 218

(一)光的偏振 218

(二)自然光与偏振光 219

(三)马吕斯定律 222

4-14 反射和折射时光的偏振 224

4-15 光的双折射现象 227

4-16 偏振光振动面的旋转 230

本章小结 232

思考题和习题 235

第五部分 近代物理 241

第一章 狭义相对论基础 241

1-1 狭义相对论的基本原理 242

(一)经典力学时空观 242

(二)以太的设想 244

(三)迈克尔逊—莫雷实验 244

(四)狭义相对论基本原理 247

(一)洛仑兹坐标变换式 248

1-2 洛仑兹坐标变换 248

(二)狭义相对论的速度合成公式 252

1-3 狭义相对论时空观 255

(一)同时性的相对性 255

(二)长度的收缩 256

(三)时间的延缓 259

1-4 狭义相对论动力学基础 262

(一)质量随速度的变化关系 263

(二)相对论力学的基本方程 265

(三)质能关系 266

(四)动量与能量的关系 271

本章小结 272

思考题和习题 274

2-1 热辐射 277

第二章 光的量子性 277

(一)热辐射 平衡热辐射 278

(二)辐射本领和吸收率 278

(三)绝对黑体 279

(四)基尔霍夫定律 280

2-2 绝对黑体辐射定律 281

(一)绝对黑体辐射本领的实验曲线 281

(二)普朗克量子假设 283

2-3 光电效应及其规律 287

(一)光电效应的基本实验规律 287

(二)光的波动论与光电效应间的矛盾 292

2-4 爱因斯坦的光子理论 293

2-5 康普顿效应 298

(一)康普顿效应 298

(二)康普顿效应的量子论解释 299

(三)康普顿效应的定量计算 300

本章小结 303

思考题和习题 306

第三章 原子结构及量子力学基本知识 308

3-1 玻尔的氢原子理论 309

(一)卢瑟福的α粒子散射实验和原子结构的行星模型 309

(二)氢原子光谱的规律性 315

(三)玻尔的氢原子理论 319

3-2 椭圆轨道 空间量子化 电子的自旋 331

(一)量子化条件和量子数 索末菲椭圆轨道 331

(二)电子轨道运动的磁矩 玻尔磁子 333

(三)空间量子化 335

(四)斯特恩—革拉赫实验 337

(五)电子的自旋 自旋磁量子数 338

(六)量子力学中得出的四个量子条件和四个量子数 340

(一)元素周期律 342

3-3 元素周期律与原子的电子壳层结构 342

(二)原子的电子壳层结构 泡利不相容原理和能量最小原理 344

3-4 伦琴线状光谱 348

3-5 量子力学的基本概念 薛定谔方程 354

(一)德布罗意假设 物质的二象性 354

(二)波函数和它的统计解释 359

(三)薛定谔方程 363

(四)测不准关系 366

3-6 势阱中的微观粒子 谐振子 势垒 369

(一)势阱中的粒子 369

(二)线性谐振子 374

(三)势垒 隧道效应 375

3-7 量子力学对氢原子的描述 376

本章小结 379

思考题和习题 381

第四章 半导体 383

4-1 固体能带 385

(一)价电子的共有化 385

4-2 导体 半导体 绝缘体 386

(一)满带 导带 禁带 386

(二)能带的形成 387

(二)导体 半导体和绝缘体的能带结构 391

4-3 半导体的导电机构 393

(一)电子和空穴 393

(二)杂质的影响 396

4-4 电子分布的统计规律 399

(一)费米分布函数 399

(二)半导体中载流子的统计分布 402

(一)电阻率 409

4-5 半导体的电阻率和光电导现象 409

(二)光电导现象 410

4-6 p—n结 411

(一)p-n结 411

(二)p-n结的整流原理 412

本章小结 415

思考题和习题 418

第五章 激光 419

5-1 产生激光的基本原理 419

(一)自发辐射、受激吸收和受激辐射 419

(二)粒子数的反转 424

(三)谐振腔 427

5-2 激光器 429

(一)氦—氖气体激光器 429

(二)掺钕钇铝石榴石激光器 431

5-3 激光的特性和应用 433

(一)激光的特性 433

(二)激光的应用 434

本章小结 438

思考题 439

第六章 原子核和基本粒子 440

6-1 原子核的基本性质和原子核的结构模型 442

(一)原子核的基本性质 442

(二)原子核的核力 452

(三)原子核的结构模型 455

6-2 原子核的转变 458

(一)原子核的衰变 458

(二)原子核的人工转变 464

(三)射线探测仪器 472

6-3 基本粒子及其分类 478

(一)宇宙射线 479

(二)基本粒子的分类 484

(三)共振态粒子 486

6-4 基本粒子的相互作用和守恒定律 487

(一)基本粒子的相互作用 487

(二)基本粒子的守恒定律 490

(三)基本粒子的结构模型 498

本章小结 504

思考题和习题 506

结束语 510

附录Ⅰ 各色可见光的波长范围 515

附录Ⅱ 常用物理基本常数表 516

附录Ⅲ 希腊字母表 517

习题答案 518