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第三篇 热物理学 1

第九章 热力学基础 2

第一节 热力学系统 理想气体物态方程 2

一、热力学系统 2

二、气体的状态参量 2

三、平衡态 3

四、理想气体物态方程 3

第二节 热力学第一定律 5

一、准静态过程 5

二、功 6

三、热量 6

四、内能 7

五、热力学第一定律 7

第三节 理想气体的等值过程 摩尔热容 8

一、等体过程 定体摩尔热容 8

二、等压过程 定压摩尔热容 9

三、等温过程 11

第四节 绝热过程 多方过程 12

一、绝热过程 12

二、多方过程 13

第五节 循环过程 卡诺循环 15

一、循环过程 15

二、卡诺循环 17

第六节 热力学第二定律 19

一、热力学第二定律的两种表述 19

二、两种表述的等效性 20

第七节 可逆过程与不可逆过程 卡诺定理 21

一、可逆过程与不可逆过程 21

二、卡诺定理 22

第八节 熵 熵增加原理 23

一、熵的引入 23

二、熵变的计算 25

三、熵增加原理 26

一、本章小结 27

章后结束语 27

习题与思考 28

二、应用及前沿发展 28

科学家简介——焦耳 32

阅读材料A：熵和能量退化、能源 33

第十章 气体动理论 35

第一节 分子动理论的基本观点和统计方法的概念 35

一、分子动理论的基本观点 35

二、统计方法的一般概念 36

二、理想气体的压强公式 37

第二节 理想气体的压强公式 37

一、理想气体的微观模型 37

第三节 温度的微观解释 39

第四节 麦克斯韦气体分子速率分布律 40

一、测定气体分子速率分布的实验 41

二、麦克斯韦气体分子速率分布律 42

三、三种速率的推算 43

一、玻尔兹曼分布 46

第五节 玻尔兹曼分布 46

二、重力场中微粒按高度的分布律 47

三、等温气压公式 47

第六节 能量按自由度均分定理 理想气体的内能和摩尔热容 48

一、自由度 48

二、分子的自由度 48

三、能量按自由度均分定理 49

四、理想气体的内能和摩尔热容 50

第七节 分子的平均碰撞次数和平均自由程 51

第八节 气体内的迁移现象 53

一、粘滞现象（内摩擦现象） 53

二、热传导现象 54

三、扩散现象 54

第九节 实际气体的范德瓦尔斯方程 56

一、分子体积引起的修正 56

二、分子引力引起的修正 56

一、焦耳实验 58

第十节 焦耳—汤姆孙实验实际气体的内能 58

二、焦耳—汤姆孙实验 59

三、实际气体的内能 60

第十一节 热力学第二定律的统计意义 60

一、气体自由膨胀过程的不可逆性的微观解释 60

二、热力学第二定律的统计意义 61

三、熵的统计表达式 61

章后结束语 62

一、本章小结 62

二、应用及前沿发展 63

习题与思考 63

科学家简介——玻耳兹曼 65

阅读材料B：自组织现象 低温的获得 66

第四篇 振动与波 69

第一节 简谐振动 70

一、简谐振动的基本特征及其表示 70

第十一章 振动学基础 70

二、描述简谐振动的特征量 71

三、简谐振动的矢量图解法和复数解法 72

四、简谐振动的能量 75

第二节 阻尼振动 77

第三节 受迫振动和共振 78

一、受迫振动 78

二、共振 79

一、同方向同频率的两个简谐振动的合成 80

第四节 简谐振动的合成 80

二、同方向不同频率的两个简谐振动的合成 拍 82

三、相互垂直的简谐振动的合成 84

第五节 电磁振荡 86

一、LC电路的振荡 87

二、阻尼振荡 88

三、受迫振荡 电共振 92

章后结束语 95

一、本章小结 95

习题与思考 96

二、应用及前沿发展 96

阅读材料C：周期运动的分解 99

第十二章 波动学基础 101

第一节 机械波的产生和传播 101

一、机械波产生的条件 101

二、横波和纵波 102

三、波射线和波振面 102

四、描述波动的几个物理量 103

一、平面简谐波的波函数 104

第二节 平面简谐波 104

二、波动方程及其推导 107

第三节 波的能量和能流 109

一、波的能量及能量密度 109

二、波的能流和能流密度 波强 111

三、波的吸收 111

第四节 电磁波 112

一、平面电磁波的性质 112

三、电磁波谱 113

二、电磁波的能量 113

一、惠更斯原理 115

第五节 惠更斯原理 波的反射、折射和衍射 115

二、波的反射和折射 116

三、波的衍射 117

第六节 波的叠加原理 波的干涉和驻波 117

一、波的叠加原理 117

二、波的干涉现象和规律 117

三、驻波 119

一、机械波的多普勒效应 122

第七节 多普勒效应 122

二、电磁波的多普勒效应 123

章后结束语 125

一、本章小结 125

二、应用及前沿发展 126

习题与思考 126

阅读材料D：冲击波 128

二、光的相干叠加 129

一、光的叠加原理 129

第一节 光的干涉的一般理论 129

第十三章 波动光学 129

三、光程 光程差 132

第二节 分波振面干涉 133

一、杨氏双缝干涉实验 133

二、缝宽对干涉条纹的影响 空间相干性 134

三、双缝型的其他干涉装置 135

第三节 分振幅干涉 136

一、薄膜干涉——等倾干涉条纹 136

二、薄膜干涉——等厚干涉条纹 137

三、薄膜干涉的应用 140

第四节 迈克尔孙干涉仪 时间相干性 141

一、迈克尔孙干涉仪 141

二、时间相干性 142

第五节 光的衍射现象和惠更斯—菲涅耳原理 143

一、光的衍射现象 143

三、菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射 144

二、惠更斯—菲涅耳原理 144

第六节 单缝夫琅禾费衍射 145

第七节 圆孔的夫琅禾费衍射 光学仪器的分辨本领 147

一、圆孔的夫琅禾费衍射 147

二、光学仪器的分辨本领 148

第八节 光栅的衍射 149

一、光栅的衍射花样 149

二、光栅方程 150

第九节 X射线衍射 151

三、光栅光谱 151

第十节 光的偏振态 153

一、自然光 线偏振光和部分偏振光 153

二、椭圆偏振光和圆偏振光 154

第十一节 偏振片的起偏和检偏 马吕斯定律 154

一、二相色性 155

二、偏振片的起偏和检偏 155

三、马吕斯定律 156

一、反射光和折射光的偏振 157

第十二节 反射、折射和散射时的偏振现象 157

第十三节 双折射现象与光的偏振 158

一、晶体的双折射现象 158

二、由散射产生的偏振光 158

二、尼科耳棱镜 159

三、波片 160

四、克尔电光效应 160

五、偏振光的检测 161

第十四节 旋光现象 162

章后结束语 163

一、本章小结 163

二、应用及前沿发展 164

习题与思考 165

阅读材料E：光学信息处理 168

第五篇 近代物理基础 171

第一节 狭义相对论产生的历史背景 172

一、力学相对性原理和经典时空观 172

第十四章 相对论基础 172

二、狭义相对论产生的历史背景和条件 173

第二节 狭义相对论的基本原理 174

一、狭义相对论的两个基本假设 174

二、洛伦兹变换 174

三、洛伦兹速度变换关系 176

第三节 狭义相对论的时空观 177

一、同时的相对性 177

三、长度收缩效应 178

二、时间延缓效应 178

第四节 狭义相对论动力学基础 179

一、相对论质量和动量 179

二、相对论动力学基本方程 181

三、质能关系 181

四、能量—动量关系 182

第五节 电磁场的统一性与电磁场量的相对性 183

一、电磁场的统一性与电磁场量的相对性 183

二、运动点电荷的电磁场 183

一、本章小结 185

章后结束语 185

二、应用及前沿发展 186

习题与思考 187

科学家简介——爱因斯坦 188

阅读材料F：广义相对论简介 189

第十五章 量子力学基础 192

第一节 黑体辐射与普朗克的量子假设 192

一、黑体辐射的基本规律 192

一、光电效应的实验规律 194

二、普朗克的量子假设 194

第二节 光电效应与爱因斯坦的光量子假设 194

二、爱因斯坦光子假设和光电效应方程 195

三、光（电磁波）的波粒二象性 196

第三节 氢原子光谱与玻尔的量子论 197

一、氢原子光谱的实验规律 197

二、玻尔的量子论 198

一、微观粒子的波—粒二象性 200

第四节 微观粒子的波—粒二象性 不确定关系 200

三、玻尔理论的缺陷和意义 200

二、不确定关系 202

第五节 量子力学的基本概念和基本原理 203

一、波函数及其统计解释 204

二、薛定谔方程 205

三、一维无限深势阱 206

第六节 氢原子 209

一、氢原子问题的量子力学处理 209

二、电子的自旋 211

第七节 原子的电子壳层结构 213

一、四个量子数 213

二、原子的电子壳层结构 213

第八节 激光 214

一、受激吸收 自发辐射和受激辐射 214

二、粒子数反转 215

三、光学谐振腔 216

一、电子的共有化 217

第九节 固体的能带理论 217

四、激光的应用 217

二、能带的形成 218

三、满带、导带和禁带 218

四、导体、半导体和绝缘体 219

章后结束语 220

一、本章小结 220

二、应用及前沿发展 222

习题与思考 223

阅读材料G：纳米物理与纳米技术 225

第十六章 原子核物理和粒子物理简介 227

第一节 原子核的组成和基本性质 227

一、原子核的质量和大小 227

二、原子核的电荷及其分布 228

三、原子核的组成 229

四、原子核的自旋和磁矩 核磁共振 230

第二节 核力和核结构模型 231

一、核力 231

二、核结构 233

一、原子核的结合能 234

第三节 原子核的结合能 裂变和聚变 234

二、重核裂变 235

三、轻核聚变 236

第四节 原子核的放射性衰变 237

一、放射性衰变 238

二、放射性衰变的基本规律 239

三、核素分布图 241

一、粒子的种类 242

第五节 粒子物理简介 242

二、相互作用和守恒定律 243

三、强子结构的夸克模型 245

章后结束语 247

一、本章小结 247

二、应用及前沿发展 247

习题与思考 249

习题答案 250

附表 254