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第3篇 热学 2

第11章 热力学基础 2

11.1 热力学基本概念 2

11.1.1 热力学平衡态和态参量 2

11.1.2 热力学第零定律 3

11.1.3 理想气体物态方程 3

11.2 热力学第一定律 4

11.2.1 准静态过程 4

11.2.2 内能 4

11.2.3 功和热量 4

11.2.4 热力学第一定律 5

11.3 热力学第一定律的应用 6

11.3.1 理想气体的等体过程 6

11.3.2 理想气体的等压过程 7

11.3.3 理想气体的等温过程 8

11.3.4 理想气体的绝热过程 9

11.3.5 多方过程 10

11.4 循环过程和卡诺循环 12

11.4.1 循环过程 12

11.4.2 热机和致冷机 13

11.4.3 卡诺循环 15

11.5 热力学第二定律 17

11.5.1 热力学第二定律 17

11.5.2 实际热力学过程的不可逆性 18

11.5.3 卡诺定理 19

11.6 熵和熵增加原理 19

11.6.1 熵 19

11.6.2 熵变的计算 21

11.6.3 熵增加原理 22

阅读材料11 能源的开发利用 23

习题 23

第12章 气体动理论 26

12.1 气体动理论基本观点与方法 26

12.1.1 物质微观结构的假设 26

12.1.2 统计规律与统计方法 27

12.2 麦克斯韦速率分布律 28

12.2.1 麦克斯韦速率分布律 28

12.2.2 玻耳兹曼分布律 31

12.3 气体宏观性质的微观解释 32

12.3.1 理想气体的微观模型 32

12.3.2 理想气体压强的微观解释 33

12.3.3 温度的微观实质 34

12.3.4 实际气体的范德瓦耳斯方程 35

12.4 热运动能量的统计规律 38

12.4.1 分子自由度 38

12.4.2 能量按自由度均分定理 38

12.4.3 理想气体的内能和热容 39

12.5 气体内输运现象及微观机制 41

12.5.1 分子的平均自由程 41

12.5.2 热传导现象的微观解释 43

12.5.3 黏滞现象的微观解释 44

12.5.4 扩散现象的微观解释 45

12.5.5 3种输运现象的比较 45

12.6 热力学第二定律和熵的统计意义 46

12.6.1 宏观态与微观态 46

12.6.2 热力学第二定律和熵的统计意义 46

12.6.3 熵的微观实质 47

阅读材料12 低温现象 48

习题 49

第4篇 机械振动和机械波 52

第13章 机械振动 52

13.1 简谐振动 52

13.1.1简谐运动的特征及运动方程 52

13.1.2简谐运动的基本物理量 54

13.2 简谐运动的旋转矢量法 56

13.2.1旋转矢量法 56

13.2.2旋转矢量法的应用 58

13.3 振动的能量 59

13.4 简谐运动的合成 61

13.4.1同方向、同频率简谐运动的合成 62

13.4.2两个同方向不同频率简谐运动的合成 64

阅读材料13 共振的应用及其危害 66

习题 68

第14章 机械波 70

14.1 机械波的产生和传播 70

14.1.1 机械波的形成和分类 71

14.1.2 波的几何表示法 71

14.1.3 波的特征物理量 72

14.2 平面简谐波 74

14.2.1 平面简谐波的波函数 74

14.2.2 波函数的物理意义 75

14.3 波的能量 76

14.3.1 波的能量 76

14.3.2 能流密度 78

14.4 惠更斯原理波的衍射、反射和折射 78

14.4.1 惠更斯原理 78

14.4.2 波的衍射 80

14.4.3 波的反射和折射 80

14.5 波的叠加原理波的干涉驻波 81

14.5.1 波的叠加原理 81

14.5.2 波的干涉 82

14.5.3 驻波 84

14.6 多普勒效应 87

14.6.1 多普勒效应 87

14.6.2 多普勒效应的演示实验 87

14.6.3 声波多普勒效应的理论分析 88

14.6.4 波的多普勒效应的科学应用 90

阅读材料14 超声波 90

习题 92

第5篇 波动光学 98

第15章 光的干涉 98

15.1 相干光 98

15.1.1 普通光源的特性 98

15.1.2 相干光 99

15.1.3 普通光源获得相干光的方法 100

15.2 分波阵面干涉 100

15.2.1 杨氏双缝干涉 100

15.2.2 菲涅尔双面镜干涉 102

15.2.3 劳埃德镜干涉 103

15.3 光程和光程差析 103

15.3.1 光程 103

15.3.2 光程差 104

15.3.3 薄透镜的等光程性 105

15.4 分振幅干涉 105

15.4.1 薄膜干涉 105

15.4.2 等倾干涉 108

15.4.3 等厚干涉 109

15.5 迈克耳孙干涉仪 112

15.5.1 迈克耳孙干涉仪的结构及原理 112

15.5.2 干涉图样的讨论 113

阅读材料15 激光干涉仪 114

习题 115

第16章 光的衍射 118

16.1 光的衍射现象与惠更斯——菲涅耳原理 118

16.1.1 光的衍射现象 118

16.1.2 惠更斯—菲涅耳原理 119

16.1.3 菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射 120

16.2 夫琅禾费单缝衍射 121

16.2.1 夫琅禾费单缝衍射实验装置 121

16.2.2 菲涅耳半波带法 121

16.2.3 夫琅禾费单缝衍射图样分析 122

16.3 夫琅禾费圆孔衍射 124

16.3.1 夫琅禾费圆孔衍射 124

16.3.2 光学仪器分辨率 125

16.4 光栅衍射 126

16.4.1 衍射光栅 126

16.4.2 光栅衍射条纹 127

16.4.3 光栅光谱 129

16.5 X射线的晶体衍射 131

16.5.1 X射线 131

16.5.2 劳厄实验 131

16.5.3 布拉格方程 132

阅读材料16 全息照相 133

习题 136

第17章 光的偏振 138

17.1 光的偏振性马吕斯定律 138

17.1.1 自然光与偏振光 138

17.1.2 偏振片及起偏与检偏 140

17.1.3 马吕斯定律 140

17.2 布儒斯特定律 141

17.2.1 反射光与折射光的偏振 141

17.2.2 布儒斯特定律 142

17.3 光的双折射 143

17.3.1 双折射现象 143

17.3.2 双折射晶体的光轴与主截面 143

17.3.3 双折射现象的解释 144

17.3.4 尼科耳棱镜 145

17.3.5 椭圆偏振光和圆偏振光 146

17.3.6 四分之一波片和二分之一波片 147

17.4 旋光现象 147

17.4.1 旋光现象 147

17.4.2 旋光现象的应用 148

阅读材料17 立体视觉与立体电影 148

习题 150

第6篇 近代物理学 155

第18章 狭义相对论基础 155

18.1 牛顿的时空观 155

18.1.1 牛顿力学的时空观 155

18.1.2 爱因斯坦的两个基本假设 157

18.2 洛伦兹速度变换公式 158

18.2.1 洛伦兹变换 158

18.2.2 速度的变换 159

18.3 爱因斯坦的时空观 160

18.3.1 同时性的相对性 160

18.3.2 长度收缩 162

18.3.3 时间延缓 162

18.4 相对论动力学 165

18.4.1 质量与速率的关系 165

18.4.2 相对论动力学方程 166

18.5 相对论能量 166

18.5.1 相对论动能 167

18.5.2 质量和能量的关系 168

18.5.3 能量和动量的关系 169

阅读材料18 广义相对论简介 170

习题 172

第19章 量子物理基础 174

19.1 黑体辐射和普朗克量子假说 174

19.1.1 基尔霍夫定律 174

19.1.2 黑体和黑体辐射 175

19.1.3 黑体辐射的实验定律 176

19.1.4 普朗克量子假说 177

19.2 光的量子性 178

19.2.1 光电效应及其实验规律 178

19.2.2 经典物理的困难 180

19.2.3 爱因斯坦光子假说 180

19.2.4 光电效应的应用 183

19.3 康普顿效应 183

19.3.1 康普顿效应 183

19.3.2 光的波粒二象性 185

19.4 玻尔的氢原子理论 186

19.4.1 氢原子光谱的规律 186

19.4.2 原子的核式结构 186

19.4.3 玻尔理论的基本假设 187

19.4.4 玻尔理论的基本结论 188

19.5 实物粒子的波粒二象性 190

19.5.1 德布罗意假设 190

19.5.2 不确定关系 193

19.5.3 波函数及其概率解释 196

19.6 薛定谔方程 198

19.6.1 薛定谔方程的建立 198

19.6.2 定态薛定谔方程 200

19.6.3 力学量用算符表示 202

19.6.4 薛定谔方程的简单应用 203

19.7 氢原子量子理论 209

19.7.1 角动量算符的本征值问题 210

19.7.2 氢原子的能量和电子几率密度 211

19.8 电子的自旋 泡利不相容原理 212

19.8.1 施特恩—盖拉赫实验 212

19.8.2 电子的自旋 214

19.8.3 原子中电子的壳层结构 215

阅读材料19 纳米物理与纳米技术 218

习题 219

本书习题答案 221

参考文献 226