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第10章 波动光学 1

10.1 光源及光的相干性 2

10.1.1 光源及光源的分类 2

10.1.2 可见光的光谱 单色光与准单色光 3

10.1.3 光波的叠加 非相干叠加与相干叠加 3

10.1.4 光程及光程差 5

10.1.5 透镜对光程的影响 6

10.1.6 干涉与衍射的条纹及级次 7

10.2 分波面法干涉 8

10.2.1 获得相干光的方法 干涉的分类 8

10.2.2 杨氏双缝干涉实验 9

10.2.3 菲涅耳双面镜实验 11

10.2.4 劳埃德镜实验、半波损失 12

10.2.5 光的空间相干性 13

10.3 分振幅法干涉 14

10.3.1 平行平面薄膜干涉 14

10.3.2 劈尖干涉 牛顿环 16

10.3.3 干涉现象在光学器件中的应用——增透膜与增反膜 20

10.4 光学干涉仪器 时间相干性 21

10.4.1 迈克耳孙干涉仪 22

10.4.2 马赫-曾德尔干涉仪 23

10.4.3 法布里-珀罗干涉仪 24

10.4.4 时间的相干性 24

10.5 光的衍射现象 惠更斯-菲涅耳原理 24

10.5.1 光的衍射现象 菲涅耳衍射及夫琅禾费衍射 24

10.5.2 惠更斯-菲涅耳原理 26

10.6 单缝夫琅禾费衍射 27

10.6.1 衍射条纹的分析——半波带法 27

10.6.2 衍射条纹的分布特征 29

10.7 圆孔夫琅禾费衍射 光学仪器的分辨率 32

10.7.1 圆孔夫琅禾费衍射 32

10.7.2 光学仪器的分辨率 33

10.8 衍射光栅 34

10.8.1 光栅及光栅分类 34

10.8.2 光栅衍射规律 35

10.8.3 光栅光谱 38

10.8.4 光栅衍射在光学仪器中的应用——光谱仪 39

10.9 X射线的衍射 40

10.9.1 X射线衍射的规律 40

10.9.2 X射线的应用 42

10.10 光的偏振性 43

10.10.1 自然光与偏振光 43

10.10.2 偏振片 光的起偏与检偏 46

10.10.3 偏振片对光强的影响 马吕斯定律 47

10.11 反射光和折射光的偏振 49

10.11.1 反射光和折射光的偏振 49

10.11.2 布儒斯特定律 49

10.12 光的双折射 52

10.12.1 光的双折射现象、寻常光和非常光 52

10.12.2 光轴与主平面和主截面 52

10.13 旋光现象 54

本章小结 56

习题10 59

选读材料 光栅的汇合光谱与双光栅色散-汇合光谱成像效应 63

第11章 气体动理论 66

11.1 气体统计物理的基本概念 66

11.1.1 宏观态与微观态 67

11.1.2 统计的规律性和涨落现象 67

11.1.3 统计规律的定量分析方法 68

11.1.4 等概率假设 69

11.2 分子平均平动动能统计分布规律 70

11.2.1 理想气体的微观模型和物态方程 70

11.2.2 理想气体压强公式 71

11.2.3 温度的统计意义 73

11.3 能量均分定理 理想气体的内能 74

11.3.1 自由度 74

11.3.2 能量按自由度均分定理 75

11.3.3 理想气体的内能 76

11.4 麦克斯韦分子速率分布律 77

11.4.1 气体分子的速率分布函数 77

11.4.2 麦克斯韦速率分布律 79

11.4.3 麦克斯韦速率分布律的实验验证 80

11.4.4 分子速率的三个统计值 80

11.4.5 麦克斯韦分布曲线的性质 81

11.5 玻耳兹曼分布律 82

11.5.1 麦克斯韦速度分布律 82

11.5.2 玻耳兹曼分布律 82

11.6 实际气体范德瓦耳斯气体 85

11.6.1 实际气体与理想气体的差别 85

11.6.2 范德瓦耳斯方程的推导 86

11.7 分子平均碰撞次数和平均自由程 89

11.7.1 平均碰撞次数 90

11.7.2 平均自由程 90

11.8 气体内的输运过程 92

11.8.1 扩散现象 92

11.8.2 热传导 93

11.8.3 黏性现象 93

本章小结 94

习题11 96

第12章 热力学基础 100

12.1 内能 功和热量 准静态过程 100

12.1.1 内能 功和热量 100

12.1.2 准静态过程 101

12.1.3 准静态过程的功与热量 101

12.2 热力学第一定律及应用 103

12.2.1 热力学第一定律 103

12.2.2 热力学第一定律在理想气体等值过程中的应用 104

12.3 气体的摩尔热容 106

12.3.1 热容与摩尔热容 106

12.3.2 理想气体的摩尔热容 107

12.3.3 绝热过程 110

12.4 循环过程 卡诺循环 113

12.4.1 正循环 热机的效率 114

12.4.2 逆循环 制冷系数 115

12.4.3 卡诺循环 117

12.5 热力学第二定律 不可逆过程 120

12.5.1 开尔文表述 121

12.5.2 克劳修斯表述 122

12.5.3 自然过程的方向性 123

12.5.4 可逆过程与不可逆过程 124

12.6 热力学第二定律的统计意义 玻耳兹曼熵 125

12.6.1 热力学第二定律的微观意义 125

12.6.2 热力学概率与玻耳兹曼熵 126

12.7 卡诺定理 克劳修斯熵 129

12.7.1 卡诺定理的表述 129

12.7.2 克劳修斯不等式 130

12.7.3 克劳修斯熵 热力学第二定律数学式 131

12.8 热力学第二定律的推广 熵概念的应用 137

12.8.1 热力学第二定律的推广 137

12.8.2 自然界演化的真正原动力是什么？ 138

12.8.3 生存系的代谢能力 139

12.8.4 熵与信息 140

本章小结 145

习题12 147

选读材料 耗散结构与非平衡态热力学 150

第13章 量子物理 154

13.1 黑体辐射 能量子概念 154

13.1.1 黑体 黑体辐射 154

13.1.2 经典物理陷入困境 156

13.1.3 普朗克的能量子概念 157

13.2 光电效应 光的粒子性 158

13.2.1 光电效应实验 159

13.2.2 光电效应与波动理论的矛盾 160

13.2.3 爱因斯坦的光子理论 161

13.2.4 光的波粒二象性 162

13.3 康普顿散射 163

13.3.1 康普顿散射实验 163

13.3.2 康普顿散射与波动理论的矛盾 164

13.3.3 光子理论成功解释康普顿散射 164

13.4 氢原子结构的玻尔理论 168

13.4.1 氢原子光谱的实验规律 168

13.4.2 氢原子光谱与经典电磁学的矛盾 169

13.4.3 玻尔的氢原子理论 170

13.4.4 玻尔理论的成功和局限性 173

13.5 微观粒子的波动性 174

13.5.1 德布罗意波 174

13.5.2 德布罗意波的实验证据 175

13.5.3 德布罗意波的统计解释 178

13.6 不确定关系 178

13.6.1 位置与动量不确定关系 178

13.6.2 能量与时间不确定关系 180

13.7 波函数 薛定谔方程 181

13.7.1 波函数 181

13.7.2 薛定谔方程 183

13.8 一维定态问题 184

13.8.1 一维无限深方势阱 184

13.8.2 一维方势垒 隧道效应 189

13.8.3 一维谐振子 192

13.9 定态薛定谔方程应用于氢原子 193

13.9.1 氢原子的定态薛定谔方程 193

13.9.2 氢原子的求解结果 195

13.10 电子自旋 197

13.10.1 施特恩-格拉赫实验 197

13.10.2 电子自旋 200

13.11 原子的壳层结构 202

13.11.1 四个量子数 202

13.11.2 壳层结构 203

本章小结 205

习题13 208

选读材料 纳米科技 210

第14章 原子核与基本粒子 214

14.1 原子核的基本性质 214

14.1.1 原子核的构成 214

14.1.2 原子核的电荷数与质量数 215

14.1.3 原子核的大小与密度 215

14.1.4 原子核的自旋与磁矩 216

14.1.5 核力 220

14.1.6 原子核的结合能 221

14.2 原子核的放射性衰变 223

14.2.1 原子核的稳定性 223

14.2.2 原子核衰变 224

14.2.3 放射性衰变规律 225

14.3 原子核反应 230

14.3.1 核反应的实现 231

14.3.2 核反应的类型 231

14.3.3 核反应过程的守恒定律 233

14.4 重核裂变 核能利用 234

14.4.1 开发核能的原理 234

14.4.2 原子核裂变 236

14.4.3 链式反应与反应堆 239

14.5 轻核聚变 未来的环保能源 241

14.5.1 基本的轻核聚变反应 241

14.5.2 受控热核聚变反应 242

14.6 基本粒子 244

14.6.1 粒子家族史回顾 244

14.6.2 粒子的分类 247

14.6.3 强子结构的夸克模型 248

14.6.4 相互作用的标准模型 253

14.6.5 对称性与对称性破缺 256

14.6.6 中微子质量问题 259

本章小结 263

习题14 264

习题参考答案 266

参考文献 271