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第四篇 热学 2

14 气体动理论 2

14.1 热学的基本概念 2

14.1.1 系统与外界 2

14.1.2 平衡态 2

14.1.3 状态参量 3

14.1.4 状态方程 4

14.1.5 热力学第零定律 6

14.2 气体动理论的基本观点 7

14.2.1 分子运动的基本概念 7

14.2.2 统计观点简介 8

14.3 理想气体的压强 10

14.3.1 理想气体微观模型 10

14.3.2 分子集体行为的统计假设 10

14.3.3 理想气体的压强公式 11

14.4 理想的气体的温度 14

14.4.1 温度的统计解释 14

14.4.2 方均根速率 15

14.5 能量均分定理 理想气体的内能 17

14.5.1 自由度 17

14.5.2 能量均分定理 18

14.5.3 理想气体的内能 19

14.6 麦克斯韦速率分布律 20

14.6.1 麦克斯韦速率分布函数 20

14.6.2 三种统计速率 22

14.6.3 气体速率分布的实验验证 25

14.7 玻耳兹曼分布律简介 26

14.7.1 玻耳兹曼分布律 26

14.7.2 重力场中微粒按高度的分布 27

14.8 气体分子的平均自由程和平均碰撞频率 28

14.8.1 平均碰撞频率 29

14.8.2 气体分子的平均自由程 30

思考题 31

习题 32

15 热力学基础 35

15.1 准静态过程 功 热量和内能 35

15.1.1 准静态过程 35

15.1.2 功 36

15.1.3 热量 37

15.1.4 内能 38

15.2 热力学第一定律 39

15.2.1 热力学第一定律 39

15.2.2 热力学第一定律对理想气体等值过程的应用 40

15.2.3 理想气体的摩尔热容 41

15.3 绝热过程 多方过程 43

15.3.1 绝热过程方程 43

15.3.2 准静态绝热过程曲线 43

15.3.3 多方过程 45

15.4 循环过程卡诺循环 46

15.4.1 循环过程 46

15.4.2 卡诺循环 48

15.5 热力学第二定律 51

15.5.1 可逆过程与不可逆过程 51

15.5.2 热力学第二定律的表述 52

15.5.3 热力学第二定律的实质 53

15.5.4 热力学第二定律的微观意义 53

15.6 卡诺定理 克劳修斯不等式 熵 54

15.6.1 卡诺定理 54

15.6.2 克劳修斯不等式 54

15.6.3 熵 55

15.6.4 热力学第二定律的数学表达式 56

15.6.5 熵增加原理 57

15.7 热力学第二定律的统计意义 玻耳兹曼熵 59

15.7.1 热力学概率 59

15.7.2 热力学第二定律的统计意义 60

15.7.3 玻耳兹曼熵 62

思考题 62

习题 63

阅读材料 67

第五篇 机械振动和机械波 75

16 机械振动 75

16.1 简谐振动 75

16.1.1 简谐振动的特征及其表达式 75

16.1.2 描述简谐振动的特征量 77

16.1.3 简谐振动的旋转矢量法 80

16.1.4 几种常见的简谐振动 83

16.1.5 简谐振动的能量 86

16.2 阻尼振动 受迫振动 共振 87

16.2.1 阻尼振动 87

16.2.2 受迫振动 共振 89

16.3 非线性振动简介 90

16.4 简谐振动和合成 92

16.4.1 两个同方向同频率简谐振动的合成 92

16.4.2 两个同方向不同频率的简谐振动的合成 94

16.4.3 相互垂直的简谐振动的合成 96

16.5 振动的分解 98

思考题 98

习题 99

17 机械波 104

17.1 机械波的产生和传播 104

17.1.1 机械波的产生 104

17.1.2 描述波动的物理量 105

17.2 平面简谐波 波动方程 109

17.2.1 平面简谐波的波动方程 109

17.2.2 平面波的波动微分方程 111

17.3 波的能量 113

17.3.1 波的能量和能量密度 113

17.3.2 波的能流和能流密度 115

17.3.3 波的吸收 116

17.4 波的衍射 干涉 117

17.4.1 惠更斯原理 波的衍射 117

17.4.2 波的叠加原理 波的干涉 118

17.5 驻波 120

17.5.1 驻波的形成 120

17.5.2 驻波方程 121

17.5.3 半波损失 123

17.5.4 弦线振动的简正模式 124

17.6 多普勒效应 125

17.7 非线性波简介 127

思考题 127

习题 128

第六篇 光学 136

18 光的干涉 136

18.1 光波的基本概念 光波的叠加 136

18.1.1 光波 136

18.1.2 相干光 137

18.1.3 光波的叠加与分析 139

18.1.4 光程 142

18.2 分波阵面干涉 145

18.2.1 杨氏双缝干涉 145

18.2.2 其他分波阵面干涉 149

18.3 分振幅干涉 151

18.3.1 平行平面薄膜干涉 151

18.3.2 等厚干涉 158

18.4 迈克尔逊干涉仪 164

18.4.1 迈克尔逊干涉仪结构 164

18.4.2 迈克尔逊干涉仪的干涉现象 165

18.5 多光束干涉 167

思考题 170

习题 171

阅读材料 174

19 光的衍射 178

19.1 光的衍射现象和惠更斯-菲涅尔原理 178

19.1.1 光的衍射现象 178

19.1.2 菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射 179

19.1.3 惠更斯-菲涅尔原理 179

19.2 单缝夫琅禾费衍射 180

19.2.1 菲涅尔半波带法 181

19.2.2 单缝夫琅禾费衍射图样 183

19.3 光栅衍射 188

19.3.1 光栅 188

19.3.2 光栅衍射的强度分布 189

19.3.3 光栅衍射的条纹分布 191

19.3.4 光栅光谱 193

19.4 光学仪器的分辨本领 196

19.4.1 圆孔夫琅禾费衍射 196

19.4.2 光学仪器的分辨本领 197

19.5 X射线的衍射 199

思考题 201

习题 201

阅读材料 204

20 光的偏振 206

20.1 自然光和偏振光 206

20.2 起偏和检偏 马吕斯定律 208

20.2.1 起偏和检偏 208

20.2.2 马吕斯定律 209

20.3 反射光与折射光的偏振性质 211

20.4 光的双折射 213

20.4.1 双折射与偏振光 213

20.4.2 双折射现象的解释 217

20.5 偏振光的干涉及其应用 220

20.5.1 波片 220

20.5.2 椭圆偏振光和圆偏振光 222

20.5.3 偏振光的干涉及其应用 223

20.5.4 人为双折射现象 224

20.6 旋光现象 226

思考题 227

习题 227

阅读材料 229

第七篇 量子物理基础 241

21 量子物理基础 241

21.1 黑体辐射 普朗克能量子假设 241

21.1.1 热辐射 241

21.1.2 黑体辐射定律 242

21.1.3 普朗克能量子假设 243

21.2 光的量子性 245

21.2.1 光电效应 245

21.2.2 爱因斯坦光子假设 247

21.2.3 康普顿效应 249

21.3 氢原子光谱的实验规律 玻尔理论 252

21.3.1 氢原子光谱的实验规律 252

21.3.2 玻尔的氢原子理论 253

21.4 德布罗意假设 电子衍射实验 257

21.4.1 德布罗意物质波假设 257

21.4.2 电子衍射实验 258

21.5 测不准关系 259

21.6 波函数 薛定谔方程 262

21.6.1 波函数 262

21.6.2 薛定谔方程 264

21.6.3 定态薛定谔方程 265

21.7 一维势阱 势垒 隧道效应 266

21.7.1 一维势阱 266

21.7.2 一维势垒 隧道效应 270

21.8 氢原子 272

21.9 斯特恩-盖拉赫实验 电子自旋 275

21.9.1 电子的轨道磁矩 275

21.9.2 斯特恩-盖拉赫实验 276

21.9.3 电子的自旋 277

21.10 原子的壳层结构 277

思考题 280

习题 281

阅读材料 284

22 原子核物理与粒子物理简介 290

22.1 原子核的基本性质 290

22.1.1 原子核的组成 290

22.1.2 原子核的大小和密度 291

22.1.3 自旋和磁矩 292

22.1.4 核力 293

22.1.5 原子核的质量与结合能 294

22.2 原子核的放射性衰变 295

22.2.1 放射性 295

22.2.2 放射性衰变定律 297

22.2.3 三种衰变方式 298

22.2.4 放射性的应用 300

22.3 粒子物理简介 302

22.3.1 粒子的基本特征 302

22.3.2 粒子的相互作用及其统一模型 303

22.3.3 粒子的分类 303

22.3.4 夸克模型 305

思考题 307

23 固体物理基础 激光 308

23.1 固体的能带结构 308

23.1.1 晶态固体的基本性质 308

23.1.2 固体的能带 310

23.2 绝缘体 导体 半导体 313

23.2.1 绝缘体 314

23.2.2 导体 314

23.2.3 半导体 315

23.3 pn结 318

23.3.1 pn结 318

23.3.2 结型晶体管 319

23.3.3 场效应晶体管 319

23.4 激光 321

23.4.1 激光的基本原理 321

23.4.2 常见激光器及激光应用 326

思考题 328

习题 329

阅读材料 330

附表 352

参考文献 354