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第9章 热力学基础 1

9-1热力学的基本概念 2

9-1-1热力学系统 2

9-1-2平衡态 准静态过程 4

9-1-3理想气体物态方程 5

9-2热力学第一定律 7

9-2-1改变系统内能的两条途径 热功当量 7

9-2-2热力学第一定律的数学描述 8

9-2-3准静态过程中的热量、功和内能 8

9-3热力学第一定律的应用 11

9-3-1热力学的等值过程 11

9-3-2绝热过程 多方过程 15

9-4循环过程 19

9-4-1循环过程 19

9-4-2热机和制冷机 20

9-4-3卡诺循环及其效率 21

9-5热力学第二定律 24

9-5-1热力学过程的方向性 24

9-5-2热力学第二定律 25

9-5-3卡诺定理 26

第10章 气体动理论 31

10-1气体动理论的基本概念 32

10-1-1分子动理论的基本观点 32

10-1-2分子热运动与统计规律 33

10-2麦克斯韦速率分布 34

10-2-1麦克斯韦速率分布函数 34

10-2-2三个统计速率 36

10-3玻耳兹曼能量分布 38

10-3-1玻耳兹曼能量分布 38

10-3-2重力场中的分子数密度分布 39

10-3-3大气的垂直温度梯度 40

10-4理想气体物态方程的微观解释 41

10-4-1理想气体的微观模型 41

10-4-2理想气体压强的统计意义 41

10-4-3温度的微观意义 43

10-4-4理想气体物态方程的微观解释 44

10-4-5真实气体的范德瓦耳斯方程 45

10-5能量按自由度均分定理 48

10-5-1自由度 48

10-5-2能量按自由度均分定理 49

10-5-3理想气体的内能 摩尔热容 50

10-6气体分子的平均碰撞频率和平均自由程 52

10-6-1平均碰撞频率 52

10-6-2平均自由程 53

10-7气体的输运现象 54

10-7-1黏性现象 54

10-7-2热传导现象 55

10-7-3扩散现象 56

10-8熵与热力学第二定律 57

10-8-1热力学第二定律的统计意义 57

10-8-2熵与热力学概率 59

10-8-3克劳修斯熵 熵增加原理 59

第11章 几何光学 65

11-1几何光学的基本定律 66

11-1-1光的直线传播 66

11-1-2光的反射 67

11-1-3光的折射 67

11-1-4全反射 69

11-2平面反射和平面折射成像 70

11-2-1平面反射成像 70

11-2-2平面折射成像 70

11-3球面反射和球面折射成像 71

11-3-1球面反射的成像公式 72

11-3-2球面镜成像的作图法 73

11-3-3球面镜的横向放大率 74

11-3-4球面折射成像 75

11-4薄透镜成像 77

11-4-1薄透镜的成像公式 77

11-4-2薄透镜的焦点和焦距 79

11-4-3薄透镜成像的作图法 80

11-5光学仪器 81

11-5-1照相机 81

11-5-2眼睛 82

11-5-3放大镜 83

11-5-4显微镜 84

11-5-5望远镜 85

第12章 波动光学 89

12-1光的本性 90

12-1-1微粒说与波动说之争 90

12-1-2光的电磁本性 91

12-2光的相干性 91

12-2-1普通光源的发光机制 92

12-2-2杨氏双缝实验 93

12-2-3光程 96

12-3薄膜干涉 96

12-3-1等倾干涉 97

12-3-2等厚干涉 101

12-3-3迈克耳孙干涉仪 104

12-4光的衍射 105

12-4-1光的衍射现象 106

12-4-2惠更斯-菲涅耳原理 106

12-4-3夫琅禾费单缝衍射 107

12-4-4单缝衍射的光强分布 110

12-4-5圆孔衍射 光学仪器的分辨本领 111

12-4-6平面衍射光栅 113

12-4-7光栅衍射光谱的光强分布 115

12-4-8 X射线衍射 117

12-5光的偏振 119

12-5-1自然光与偏振光 119

12-5-2偏振片 马吕斯定律 120

12-5-3反射光和折射光的偏振性 121

12-6光的双折射 123

12-6-1光在晶体中的双折射 123

12-6-2椭圆偏振光和圆偏振光 波片 124

12-6-3偏振光的干涉 126

12-6-4光弹效应与旋光现象 127

第13章 狭义相对论 133

13-1基于绝对时空的力学理论 134

13-1-1牛顿的绝对时空观 134

13-1-2伽利略变换 经典力学相对性原理 134

13-1-3迈克耳孙-莫雷实验 135

13-2狭义相对论基本原理与时空的相对性 137

13-2-1狭义相对论基本原理 137

13-2-2时空的相对性 137

13-3洛伦兹变换 141

13-3-1洛伦兹变换 141

13-3-2相对论速度变换 143

13-4光的多普勒效应 144

13-5相对论与电磁特性 146

13-6相对论动力学 147

13-6-1相对论质量与动量 147

13-6-2相对论动力学的基本方程 148

13-6-3相对论能量 148

第14章 广义相对论 155

14-1广义相对论基本原理 156

14-1-1等效原理与局域惯性系 156

14-1-2广义相对性原理 157

14-2弯曲的时空 158

14-2-1弯曲的时空 158

14-2-2引力场中的时空特性 158

14-2-3场方程 160

14-3广义相对论的实验验证 161

14-3-1光线在引力场中弯曲 161

14-3-2水星近日点的进动 162

14-3-3引力红移 162

14-4黑洞 163

14-4-1黑洞 163

14-4-2探索黑洞 165

第15章 量子物理 167

15-1黑体辐射和普朗克能量子假设 168

15-1-1黑体辐射 168

15-1-2普朗克公式普朗克量子假设 170

15-2光电效应 爱因斯坦光量子理论 172

15-2-1光电效应 172

15-2-2爱因斯坦光量子理论 174

15-2-3光的波粒二象性 175

15-3康普顿效应 177

15-3-1康普顿效应的实验规律 177

15-3-2康普顿效应的量子解释 178

15-4氢原子光谱和玻尔理论 180

15-4-1氢原子光谱 180

15-4-2原子的经典模型 181

15-4-3玻尔的氢原子理论 182

15-5粒子的波动性 185

15-5-1德布罗意波 185

15-5-2物质波的实验验证 186

15-6德布罗意波的统计诠释不确定关系 188

15-6-1德布罗意波的统计诠释 188

15-6-2不确定关系 189

15-7波函数 薛定谔方程 191

15-7-1波函数 192

15-7-2薛定谔方程的一般形式 193

15-7-3一维定态不含时薛定谔方程 195

15-8一维定态问题 195

15-8-1一维无限深势阱 196

15-8-2一维势垒 隧道效应 197

15-8-3扫描隧穿显微镜 200

15-8-4一维谐振子 200

15-9氢原子结构 202

15-9-1氢原子的薛定谔方程 202

15-9-2三个量子数 角动量量子化 203

15-9-3氢原子中电子的概率分布 204

15-10电子的磁矩 原子的壳层结构 206

15-10-1电子的轨道磁矩 206

15-10-2电子的自旋 207

15-10-3原子的壳层结构 209

15-11激光 212

15-11-1光的吸收和辐射 212

15-11-2粒子数反转 213

15-11-3光学谐振腔 214

15-11-4激光的特性 215

第16章 原子核物理 219

16-1原子核的基本性质 220

16-1-1原子核的构成 220

16-1-2核的自旋和磁矩 221

16-2原子核的结合能 核力 222

16-2-1原子核的结合能 222

16-2-2核力 223

16-3原子核的稳定性和放射性 225

16-3-1原子核的稳定性 225

16-3-2放射性 226

16-3-3放射性衰变规律 半衰期 228

16-3-4放射性辐射的生物效应 230

16-4原子核裂变和聚变 232

16-4-1原子核裂变 232

16-4-2原子核聚变 234

16-4-3热核聚变的几种约束 235

第17章 粒子物理简介 237

17-1基本粒子 238

17-1-1基本粒子——一个历史的概念 238

17-1-2粒子的相互作用 239

17-1-3粒子的分类 240

17-2守恒定律 241

17-2-1重子数和轻子数 242

17-2-2同位旋I和同位旋分量Iz 242

17-2-3奇异数 242

17-2-4正反共轭和宇称 243

17-3夸克 标准模型 244

17-3-1夸克模型 245

17-3-2标准模型 246

第18章 固体物理简介 249

18-1晶体的结构 250

18-1-1晶体 250

18-1-2几种常见的晶体结构 250

18-2晶体的结合类型与能带 251

18-2-1结合力与晶体分类 251

18-2-2能带 252

18-3金属的自由电子模型 254

18-3-1电子的态密度 254

18-3-2费米-狄拉克分布 255

18-4半导体 257

18-4-1半导体的结构与特性 257

18-4-2 pn结 258

18-4-3半导体器件 259

附录 263

附录1基本物理常量 263

附录2国际单位制 264

附录3地球和太阳的一些常用数据 266

习题答案 267

参考文献 271