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第三篇 热学 3

第9章 气体分子动理论 3

9.1 平衡态 状态参量 状态方程 3

9.1.1 平衡态 3

9.1.2 状态参量 3

9.1.3 热力学系统的两种描述方法 4

9.1.4 理想气体状态方程 4

9.2 压强和温度的统计意义 6

9.2.1 理想气体的微观模型 6

9.2.2 理想气体压强公式 7

9.2.3 温度的统计意义 8

9.3 能量按自由度均分定理 理想气体的内能 10

9.3.1 分子的自由度 10

9.3.2 能量按自由度均分定理 11

9.3.3 分子的平均总动能 12

9.3.4 理想气体的内能 12

9.4 麦克斯韦速率分布律 13

9.4.1 速率分布函数 13

9.4.2 麦克斯韦速率分布律 14

9.4.3 三种统计速率 15

9.4.4 玻耳兹曼分布律 17

9.5 气体分子的平均碰撞频率和平均自由程 17

习题 19

第10章 热力学基础 21

10.1 热力学第一定律 21

10.1.1 准静态过程 21

10.1.2 内能 功 热量 21

10.1.3 热力学第一定律 23

10.2 理想气体的等值过程 24

10.2.1 等体过程 25

10.2.2 等温过程 25

10.2.3 等压过程 26

10.2.4 理想气体的热容 26

10.3 绝热过程 29

10.3.1 绝热过程的功和内能 30

10.3.2 理想气体准静态绝热过程方程 30

10.4 循环过程 卡诺循环 32

10.4.1 循环过程 热机 制冷机 32

10.4.2 卡诺循环 35

10.5 热力学第二定律 37

10.5.1 热力学第二定律的开尔文表述 37

10.5.2 热力学第二定律的克劳修斯表述 38

10.5.3 热力学第二定律两种表述的等价性 38

10.5.4 热力学第二定律的微观意义 39

10.5.5 卡诺定理 40

10.6 熵 熵增加原理 41

10.6.1 玻耳兹曼熵公式与熵增加原理 41

10.6.2 克劳修斯熵公式 45

习题 47

第四篇 振动与波动 53

第11章 机械振动 53

11.1 简谐振动的运动学 53

11.1.1 简谐振动表达式 53

11.1.2 描述简谐振动特征的物理量 54

11.1.3 简谐振动特征的矢量表示法 55

11.1.4 振幅A和初相φ0的决定 56

11.2 简谐振动的动力学 58

11.2.1 简谐振动的动力学方程 58

11.2.2 弹簧振子 58

11.2.3 单摆 60

11.2.4 复摆 61

11.3 简谐振动的能量 62

11.4 阻尼振动 63

11.5 受迫振动 共振 64

11.6 同方向简谐振动的合成 65

11.6.1 两个同方向同频率简谐振动的合成 65

11.6.2 两个同方向不同频率简谐振动的合成 67

11.7 相互垂直的简谐振动的合成 68

11.7.1 两个相互垂直、相同频率的简谐振动的合成 68

11.7.2 两个相互垂直、不同频率的简谐振动的合成 69

11.8 振动的频谱分析 70

习题 71

第12章 机械波 74

12.1 机械波的产生和传播 74

12.1.1 机械波的产生 74

12.1.2 横波 纵波 74

12.1.3 波面 波线 75

12.1.4 物体的弹性形变 75

12.1.5 波的传播速度 76

12.1.6 波长和频率 77

12.2 平面简谐波的波动表达式 78

12.2.1 平面简谐波表达式的建立 78

12.2.2 平面简谐波表达式的物理意义 80

12.2.3 波动方程 83

12.3 波的能量和能量密度 84

12.3.1 波的能量 84

12.3.2 能流和能流密度 85

12.4 声波 86

12.5 波的基本特征——反射、折射、衍射和干涉 88

12.5.1 惠更斯原理 波的衍射、反射和折射 88

12.5.2 波的叠加原理 波的干涉和驻波 90

12.6 多普勒效应 96

12.6.1 机械波的多普勒效应 96

12.6.2 电磁波的多普勒效应 98

12.6.3 冲击波 98

习题 99

第13章 几何光学简介 102

13.1 光的传播规律 102

13.1.1 几何光学三定律 102

13.1.2 光路可逆原理 103

13.1.3 全反射 103

13.2 实物 虚物 实像 虚像 104

13.3 光在球面上的反射成像 105

13.4 光在球面上的折射成像 109

13.5 薄透镜 112

13.6 光学仪器 116

13.6.1 显微镜 116

13.6.2 望远镜 117

13.6.3 照相机 117

习题 118

第14章 波动光学 119

14.1 光的相干性 119

14.1.1 光波概述 119

14.1.2 光的相干性 120

14.1.3 相干光的获取方法 120

14.2 双缝干涉 121

14.2.1 杨氏双缝干涉 121

14.2.2 洛埃德镜干涉 123

14.3 光程 光程差 124

14.4 薄膜干涉 126

14.4.1 等倾干涉 126

14.4.2 劈尖干涉 129

14.4.3 牛顿环 131

14.4.4 迈克耳孙干涉仪 132

14.5 光的衍射现象 惠更斯-菲涅耳原理 134

14.5.1 光的衍射现象 134

14.5.2 惠更斯-菲涅耳原理 134

14.6 单缝夫琅禾费衍射 135

14.7 圆孔夫琅禾费衍射 光学仪器的分辨本领 139

14.7.1 圆孔夫琅禾费衍射 139

14.7.2 光学仪器的分辨本领 139

14.8 光栅衍射 142

14.8.1 光栅衍射 142

14.8.2 光栅光谱 145

14.8.3 X射线衍射 147

14.9 光的偏振 147

14.9.1 自然光 147

14.9.2 线偏振光和部分偏振光 148

14.9.3 线偏振光的获得 149

14.10 由介质吸收引起的光的偏振 149

14.10.1 偏振片 起偏和检偏 149

14.10.2 马吕斯定律 150

14.11 反射和折射时光的偏振 151

14.12 由双折射引起的光的偏振 153

习题 154

第五篇 量子物理与新技术 161

第15章 量子物理基础 161

15.1 黑体辐射 普朗克能量子假设 161

15.1.1 热辐射 黑体 161

15.1.2 黑体辐射的实验规律 162

15.1.3 经典物理学的困难和普朗克能量子假设 163

15.2 光的波粒二象性 165

15.2.1 光电效应的实验规律 165

15.2.2 光的波动说的困难和爱因斯坦的光子理论 166

15.2.3 光的波粒二象性 167

15.2.4 康普顿效应 168

15.3 德布罗意波 170

15.3.1 德布罗意假设 170

15.3.2 德布罗意波的实验验证 171

15.4 波函数 不确定关系 173

15.4.1 波函数 173

15.4.2 不确定关系 174

15.5 薛定谔方程 177

15.6 一维势阱和势垒 178

15.6.1 无限深势阱中的粒子 178

15.6.2 一维势垒 隧道效应 181

15.7 氢原子 183

15.7.1 氢原子光谱 183

15.7.2 玻尔的氢原子理论 184

15.7.3 氢原子的量子化特性 185

15.8 原子的电子壳层结构 187

15.8.1 四个量子数 187

15.8.2 柯塞尔壳层分布模型 188

15.8.3 电子在原子中分布的基本规律 188

习题 189

第16章 新技术的物理基础 191

16.1 半导体 191

16.1.1 固体的能带 191

16.1.2 半导体 193

16.2 激光原理 196

16.2.1 激光的基本原理 197

16.2.2 激光器 200

16.2.3 激光的特性及其应用 201

16.2.4 激光冷却 202

16.3 超导体 202

16.3.1 超导电现象 202

16.3.2 超导体的基本特性 203

16.3.3 超导体的微观机制 204

16.3.4 约瑟夫森效应 205

16.3.5 超导电性的应用 206

16.4 纳米材料 207

16.4.1 纳米科技 207

16.4.2 纳米材料 207

16.4.3 C60纳米碳管 209

16.5 玻色-爱因斯坦凝聚态 211

16.5.1 等离子体 玻色-爱因斯坦凝聚态 211

16.5.2 玻色-爱因斯坦凝聚的实验发现 212

16.5.3 玻色-爱因斯坦凝聚态的应用前景 214

习题参考答案 216

参考书目 221