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第3篇 热学 1

第9章 热力学基础 2

9.1 状态参量 平衡态 准静态过程 2

9.1.1 气体的状态参量 2

9.1.2 平衡态 4

9.1.3 准静态过程 4

9.2 理想气体的状态方程 5

9.3 热力学第一定律内能功热量 8

9.3.1 热力学第一定律 8

9.3.2 内能 8

9.3.3 功 9

9.3.4 热量和热容量 10

9.4 热力学第一定律的应用 12

9.4.1 等体过程 12

9.4.2 等压过程 13

9.4.3 等温过程 14

9.5 理想气体的绝热过程 16

9.5.1 理想气体的准静态绝热过程 17

9.5.2 非静态绝热过程 18

9.5.3 多方过程 19

9.6 循环过程和卡诺循环 24

9.6.1 循环过程 24

9.6.2 卡诺循环 25

9.7 热力学第二定律和不可逆过程卡诺定理 31

9.7.1 自然过程的方向性 31

9.7.2 热力学第二定律的两种表述 31

9.7.3 热力学第二定律两种表述的等效性 32

9.7.4 可逆和不可逆过程 33

9.7.5 卡诺定理 34

阅读材料（9） 电冰箱 空调 34

思考题9 36

习题9 37

第10章 气体动理论 41

10.1 麦克斯韦速率分布 41

10.1.1 麦克斯韦速率分布律 41

10.1.2 三个统计速率 44

10.1.3 麦克斯韦速率分布律的实验验证 47

10.2 玻耳兹曼分布 47

10.2.1 玻耳兹曼分布律 47

10.2.2 重力场中微粒按高度的分布 49

10.2.3 统计规律性与涨落现象 49

10.3 理想气体的压强 49

10.3.1 理想气体的微观模型 49

10.3.2 平衡状态气体的统计假设（又称分子混沌性假设） 50

10.3.3 理想气体压强公式及其统计意义 51

10.4 温度的微观本质理想气体状态方程的推证 52

10.4.1 温度的微观解释 52

10.4.2 理想气体状态方程的推证 53

10.5 能量均分定理理想气体的内能 54

10.5.1 自由度 54

10.5.2 能量均分定理 56

10.5.3 理想气体的内能 57

10.5.4 理想气体的摩尔热容 57

10.6 真实气体 59

10.6.1 真实气体的等温线 59

10.6.2 范德瓦耳斯方程 60

10.7 气体分子的平均自由程和碰撞频率 62

10.8 气体内的输运过程 65

10.8.1 黏滞现象（内摩擦） 65

10.8.2 热传导 67

10.8.3 扩散现象 68

10.8.4 低压下的热传导 69

10.9 热力学第二定律的统计意义和熵的概念 70

10.9.1 热力学第二定律的统计意义 70

10.9.2 熵和熵增加原理 71

10.9.3 熵的热力学表示 73

阅读材料（10）熵和信息、生命及其他 76

思考题10 79

习题10 80

第4篇 振动、波动和波动光学 83

第11章 振动学基础 84

11.1 简谐运动的描述 84

11.1.1 弹簧振子 84

11.1.2 简谐运动的表达式 84

11.1.3 简谐运动的速度和加速度 85

11.1.4 振动的相位 86

11.1.5 旋转矢量表示法 87

11.2 简谐运动的动力学特征 89

11.2.1 简谐运动的动力学定义 89

11.2.2 简谐运动的实例 91

11.2.3 简谐运动的能量 93

11.3 简谐运动的合成 96

11.3.1 两个同方向同频率简谐运动的合成 96

11.3.2 两个同方向不同频率简谐运动的合成 98

11.3.3 相互垂直的简谐运动的合成 99

11.4 阻尼振动 102

11.5 受迫振动共振 103

11.6 电磁振荡 105

阅读材料（11）非线性振动简介 106

思考题11 110

习题11 111

第12章 波动学基础 115

12.1 机械波的产生和传播 115

12.1.1 机械波的形成 115

12.1.2 描述波动的物理量 117

12.2 平面简谐波的波函数 117

12.2.1 波函数的建立 117

12.2.2 波函数的物理意义 119

12.3 波动方程与波速 123

12.3.1 物体的弹性形变 123

12.3.2 波动方程 124

12.3.3 决定波速的因素 126

12.4 波的能量 126

12.4.1 平面简谐纵波传播时介质元的能量 127

12.4.2 波的能量密度和能流密度 128

12.4.3 波的吸收 129

12.4.4 球面波 130

12.5 惠更斯原理 131

12.5.1 惠更斯原理 131

12.5.2 惠更斯原理的应用 132

12.6 波的叠加原理 波的干涉 133

12.6.1 波的叠加原理 133

12.6.2 波的干涉 134

12.7 驻波 136

12.7.1 驻波的形成 136

12.7.2 驻波的波函数 138

12.7.3 半波损失 139

12.7.4 弦线振动的简正模式 140

12.8 多普勒效应 140

12.9 声波 143

12.9.1 声压 143

12.9.2 声强和声强级 143

12.10 电磁波 145

12.10.1 电磁波及其性质 145

12.10.2 电磁波的能量 146

12.10.3 电磁波的产生与传播 147

12.10.4 电磁波谱 149

阅读材料（12）超声波应用简介 150

思考题12 152

习题12 154

第13章 光学 157

13.1 几何光学的基本原理 157

13.1.1 几何光学的基本定律 157

13.1.2 全反射 159

13.1.3 费马原理 159

13.2 几何光学成像的基本概念和薄透镜成像规律 161

13.2.1 同心光束 物和像 161

13.2.2 光在平面上的反射 162

13.2.3 光在球面上的折射和反射 163

13.2.4 薄透镜 167

13.3 光学仪器 171

13.3.1 照相机 171

13.3.2 显微镜 172

13.3.3 望远镜 174

13.4 光的相干性 175

13.4.1 光源 175

13.4.2 光的干涉现象 176

13.4.3 光程 178

13.5 双缝干涉 179

13.5.1 杨氏双缝干涉 179

13.5.2 菲涅耳双镜 180

13.5.3 劳埃德镜 181

13.6 薄膜干涉 182

13.6.1 薄膜的等倾干涉 182

13.6.2 薄膜的等厚干涉 186

13.6.3 迈克耳逊干涉仪 189

13.6.4 多层薄膜系统 191

13.7 单缝衍射 193

13.7.1 惠更斯-菲涅耳原理 193

13.7.2 单缝衍射 194

13.8 光栅衍射 198

13.8.1 衍射光栅 198

13.8.2 光栅衍射的光强分布 199

13.9 光学仪器的分辨本领 202

13.10 X射线衍射 204

13.11 偏振光与自然光 206

13.11.1 偏振光 206

13.11.2 自然光 207

13.12 马吕斯定律 208

13.12.1 偏振片 208

13.12.2 马吕斯定律 209

13.13 反射和折射时光的偏振 211

13.14 双折射现象 212

13.14.1 双折射的寻常光和非常光 212

13.14.2 光轴和主平面 212

13.14.3 双折射现象的解释 213

13.14.4 偏振棱镜 215

13.15 椭圆偏振光和圆偏振光波片 217

13.15.1 椭圆偏振光和圆偏振光 217

13.15.2 波片 218

13.15.3 偏振光的检验 219

13.16 偏振光的干涉人为双折射现象旋光现象 220

13.16.1 偏振光的干涉 220

13.16.2 人为双折射现象 221

13.16.3 物质的旋光性 223

阅读材料（13）全息照相 223

思考题13 225

习题13 227

第5篇 近代物理基础 231

第14章 量子物理 232

14.1 黑体辐射和普朗克量子假设 232

14.1.1 黑体辐射 233

14.1.2 普朗克量子假设和普朗克公式 235

14.2 光电效应和爱因斯坦光子理论 237

14.2.1 光电效应 237

14.2.2 爱因斯坦光子理论 239

14.2.3 光的波粒二象性 240

14.3 康普顿效应（康普顿散射） 241

14.4 氢原子光谱和玻尔理论 244

14.4.1 经典原子模型 244

14.4.2 氢原子光谱 245

14.4.3 玻尔氢原子理论 246

14.5 德布罗意假设与电子衍射实验 250

14.5.1 德布罗意假设 250

14.5.2 电子衍射实验 252

14.6 波函数的统计解释 255

14.6.1 关于粒子和波的分析 255

14.6.2 波函数的统计解释 256

14.6.3 态叠加原理 258

14.7 不确定关系 259

14.8 薛定谔方程 261

14.8.1 薛定谔方程的引入 261

14.8.2 定态，不含时间的薛定谔方程 263

14.9 一维定态 264

14.9.1 一维无限深方势阱 264

14.9.2 隧道效应 267

14.9.3 一维线性谐振子宇称 269

14.10 原子中的电子原子的壳层结构 272

14.10.1 氢原子中电子的波函数及其概率分布 272

14.10.2 电子的自旋施特恩-盖拉赫实验 275

14.10.3 泡利原理多电子原子的壳层结构 276

14.10.4 元素周期表 278

阅读材料（14）激光及其原理 280

思考题14 284

习题14 284

第15章 原子核物理和粒子物理简介 287

15.1 原子核的基本性质 287

15.1.1 原子核的组成 287

15.1.2 核素图 288

15.1.3 原子核的大小和形状 288

15.1.4 核的自旋和磁矩 290

15.2 原子核的结合能 290

15.3 核力 292

15.3.1 核力的一般性质 292

15.3.2 核力的介子理论 292

15.4 原子核的放射性 293

15.4.1 放射性的一般现象 293

15.4.2 衰变规律 294

15.4.3 放射性强度与辐射剂量 295

15.5 核反应 296

15.5.1 核反应 296

15.5.2 Q方程 297

15.5.3 反应截面 298

15.5.4 核反应机制 299

15.6 原子核的裂变和聚变 299

15.6.1 重核裂变 299

15.6.2 裂变机制 299

15.6.3 裂变能的利用 300

15.6.4 轻核聚变 301

15.7 粒子物理的基本特点 304

15.8 粒子的分类 304

15.8.1 粒子的分类 304

15.8.2 共振态 305

15.9 守恒定律 305

15.9.1 轻子数和重子数 308

15.9.2 同位旋I和同位旋z分量Iz 308

15.9.3 奇异数 308

15.9.4 电荷共轭 309

15.9.5 宇称 309

15.10 夸克（层子）模型 310

15.11 相互作用及其统一性探索 312

15.11.1 相互作用 312

15.11.2 统一性探索 312

思考题15 314

习题15 315

第16章 分子与固体 316

16.1 化学键 316

16.1.1 离子键 317

16.1.2 共价键 317

16.1.3 金属键 319

16.1.4 分子间的作用力 320

16.2 晶体结构 321

16.2.1 晶格的周期性 322

16.2.2 晶体分类 323

16.3 能带理论 326

16.4 导体、绝缘体、半导体 327

16.4.1 导体、半导体和绝缘体的能带差异 327

16.4.2 半导体的导电机理 328

16.4.3 n型半导体、p型半导体 328

16.4.4 p-n结 329

思考题16 329

第17章 天体物理与宇宙学 331

17.1 广义相对论印证 332

17.1.1 广义相对论的等效原理 332

17.1.2 光线引力偏折和弯曲时空 332

17.1.3 引力辐射 333

17.1.4 引力红移 334

17.2 白矮星 中子星黑洞 334

17.2.1 白矮星 334

17.2.2 中子星 335

17.2.3 黑洞 335

17.3 宇宙论 336

17.3.1 哈勃定律与膨胀宇宙 336

17.3.2 大爆炸宇宙学说 337

17.3.3 暴胀宇宙学问世 339

思考题17 339

习题参考答案 341

习题9 341

习题10 341

习题11 342

习题12 343

习题13 344

习题14 345

习题15 346

附录 347

附录1 书中物理量的符号及单位 347

附录2 名词索引 349

参考文献 357