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第3篇 振动和波动 波动光学 2

第9章 振动 2

9.1 简谐振动 3

9.1.1 简谐振动的方程、速度和加速度 3

9.1.2 描述简谐振动的特征量 4

9.1.3 旋转矢量法 7

9.1.4 简谐振动的实例 10

9.1.5 简谐振动的能量 13

9.2 简谐振动的合成 14

9.2.1 两个同方向同频率简谐振动的合成 14

9.2.2 两个同方向不同频率简谐振动的合成 16

9.2.3 相互垂直的简谐振动的合成 17

9.3 阻尼振动 受迫振动 共振 19

9.3.1 阻尼振动 19

9.3.2 受迫振动 共振 20

9.4 振动的分解 22

9.5 非线性振动简介 22

拓展阅读 24

思考题 24

习题 25

第10章 波动 28

10.1 机械波的产生和传播 29

10.1.1 机械波的形成 29

10.1.2 描述波动的物理量 30

10.2 平面简谐波的波函数 33

10.2.1 平面简谐波的波函数 33

10.2.2 波函数的物理意义 34

10.2.3 平面波波动方程 38

10.3 波的能量 38

10.3.1 波的能量和能量密度 38

10.3.2 波的能流和能流密度 40

10.3.3 球面波 波的吸收 41

10.3.4 声波 42

10.4 波的衍射 干涉 44

10.4.1 惠更斯原理 波的衍射 44

10.4.2 波的干涉 45

10.5 驻波 49

10.5.1 驻波的形成 49

10.5.2 驻波方程 50

10.5.3 半波损失 52

10.5.4 弦线振动的简正模式 54

10.6 多普勒效应 54

10.7 冲击波 57

拓展阅读 58

思考题 58

习题 59

第11章 光学 62

11.1 光的相干性 63

11.1.1 光源 63

11.1.2 光的相干性 63

11.1.3 光程 光程差 64

11.2 分波面干涉 65

11.2.1 杨氏双缝干涉 65

11.2.2 菲涅耳双面镜 劳埃德镜 67

11.3 分振幅干涉 69

11.3.1 薄膜干涉 69

11.3.2 薄膜的等厚干涉 71

11.3.3 薄膜的等倾干涉 74

11.3.4 迈克耳孙干涉仪 76

11.3.5 相干长度 77

11.4 光的衍射 78

11.4.1 光的衍射现象及其分类 78

11.4.2 惠更斯－菲涅耳原理 79

11.4.3 单缝衍射 79

11.4.4 圆孔夫琅禾费衍射 83

11.4.5 光学仪器的分辨本能 83

11.5 光栅 85

11.5.1 光栅衍射现象 86

11.5.2 光栅衍射规律 86

11.5.3 光栅光谱 89

11.6 X射线衍射 90

11.7 光的偏振 91

11.7.1 自然光 偏振光 91

11.7.2 偏振片的起偏与检偏 92

11.7.3 马吕斯定律 93

11.7.4 反射和折射光的偏振 94

11.7.5 晶体的双折射 95

11.8 偏振光的干涉 人为双折射 旋光现象 96

11.8.1 偏振光的干涉 96

11.8.2 人为双折射 98

11.8.3 旋光现象 98

11.9 现代光学简介 99

11.9.1 全息技术 99

11.9.2 非线性光学简介 101

11.9.3 光纤技术 104

拓展阅读 106

思考题 106

习题 108

第4篇 热物理学 112

第12章 气体动理论 112

12.1 平衡态 温度 理想气体状态方程 113

12.1.1 平衡态 113

12.1.2 温度 114

12.1.3 理想气体状态方程 114

12.1.4 统计规律的基本概念 115

12.2 理想气体的压强 116

12.2.1 理想气体的微观模型 平衡状态气体的统计假设 117

12.2.2 理想气体压强公式及其统计意义 117

12.3 温度的微观本质 119

12.3.1 温度的微观解释 119

12.3.2 方均根速率 120

12.4 能量均分定理 理想气体的内能 121

12.4.1 分子的自由度 121

12.4.2 能量均分定理 122

12.4.3 理想气体的内能 123

12.5 麦克斯韦速率分布 124

12.5.1 麦克斯韦速率分布律 124

12.5.2 3个统计速率 125

12.6 玻耳兹曼分布 129

12.7 气体分子的平均碰撞频率和平均自由程 131

12.8 范德瓦尔斯方程 133

12.9 气体内的输运过程 135

12.9.1 内摩擦现象（黏滞现象） 136

12.9.2 热传导现象 136

12.9.3 扩散现象 137

拓展阅读 138

思考题 138

习题 139

第13章 热力学基础 141

13.1 准静态过程 142

13.1.1 准静态过程 142

13.1.2 内能、功和热量 142

13.1.3 准静态过程的功和热量 143

13.2 热力学第一定律 144

13.2.1 热力学第一定律 144

13.2.2 热力学第一定律对理想气体平衡过程的应用 145

13.3 循环过程和卡诺循环 152

13.3.1 循环过程 152

13.3.2 卡诺循环 153

13.4 热力学第二定律 156

13.4.1 热力学第二定律 156

13.4.2 热力学第二定律两种表述的等效性 158

13.4.3 可逆与不可逆过程 158

13.4.4 卡诺定理 160

13.5 热力学第二定律的统计意义 熵 162

13.5.1 热力学第二定律的统计意义 162

13.5.2 熵 熵增原理 164

13.5.3 熵的热力学表示 165

13.5.4 熵与能量退化 开放系统熵变 170

13.5.5 信息熵 172

拓展阅读 175

思考题 175

习题 176

第5篇 量子论 179

第14章 量子力学基础 179

14.1 黑体辐射和普朗克量子假设 180

14.1.1 黑体辐射 180

14.1.2 普朗克量子假设和普朗克公式 182

14.2 光的量子性 185

14.2.1 光电效应 185

14.2.2 康普顿效应 189

14.3 玻尔的氢原子理论 191

14.3.1 氢原子光谱 191

14.3.2 经典原子模型的困难 192

14.3.3 玻尔氢原子理论 192

14.4 实物粒子的波粒二象性 195

14.4.1 德布罗意波 195

14.4.2 德布罗意波的实验证明 196

14.4.3 德布罗意波的应用 197

14.4.4 德布罗意波的统计解释 198

14.5 不确定关系 198

14.6 薛定谔方程 202

14.6.1 波函数 概率密度 202

14.6.2 薛定谔方程 204

14.6.3 一维无限深方势阱 206

14.6.4 一维方势垒 隧道效应 207

14.6.5 一维线性谐振子 宇称 209

14.7 算符与平均值 210

14.7.1 算符的本征值和本征函数 210

14.7.2 力学量的算符表示 211

14.7.3 态叠加原理 213

14.7.4 力学量测量结果概率 平均值 214

14.7.5 算符的对易和不确定关系 215

14.8 氢原子的量子理论 217

14.8.1 氢原子的薛定谔方程 217

14.8.2 Lz及L2的本征值及本征函数 218

14.8.3 径向波函数的求解 220

14.8.4 3个量子数 221

14.8.5 氢原子的波函数 222

14.8.6 电子云 224

14.9 多电子原子中的电子分布 226

14.9.1 电子自旋 自旋量子数 226

14.9.2 多电子原子中的电子分布 227

14.10 激光原理 231

14.10.1 激光的特性 231

14.10.2 原子的激发、辐射与吸收 232

14.10.3 粒子数反转分布 233

14.10.4 光学谐振腔 235

14.10.5 激光器 236

14.11 半导体 237

14.11.1 固体的能带 237

14.11.2 导体、绝缘体及半导体的能带结构 238

14.11.3 本征半导体和杂质半导体 238

14.11.4 pn结 240

14.11.5 光伏效应与太阳能电池 240

14.12 超导 241

14.12.1 超导的基本现象和性质 241

14.12.2 两类超导体 243

14.12.3 超导现象的微观机理 243

14.12.4 超导的应用前景 245

拓展阅读 246

思考题 246

习题 247

第15章 原子核物理和粒子物理简介 250

15.1 原子核的基本性质 251

15.1.1 原子核的组成 251

15.1.2 原子核的大小 251

15.1.3 核力 252

15.1.4 核的自旋与磁矩 252

15.2 原子核的结合能 裂变和聚变 253

15.2.1 原子核的结合能 253

15.2.2 重核的裂变 255

15.2.3 轻核的聚变 255

15.3 原子核的放射性衰变 256

15.3.1 放射性衰变 257

15.3.2 放射性衰变规律 258

15.3.3 放射性强度 259

15.4 正负电子对的产生和湮灭 260

15.5 粒子物理简介 261

15.5.1 粒子的基本特征 261

15.5.2 粒子的相互作用及其统一模型 262

15.5.3 粒子的分类 263

15.5.4 夸克模型 264

拓展阅读 266

思考题 266

习题 267