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第4篇 波动与光学 3

第十四章 振动 3

14-1简谐振动的描述 3

一 简谐振动的描述 3

二 同频率的简谐振动的相位差 8

三 简谐振动的速度和加速度 9

14-2简谐振动的动力学 11

一 简谐振动的微分方程 11

二 简谐振动的动力学 12

三 简谐振动的能量 18

14-3阻尼振动 20

14-4受迫振动 共振 22

14-5同方向同频率的简谐振动的合成 24

14-6同方向不同频率的简谐振动的合成 27

14-7谐振分析 29

内容提要 30

习题 32

第十五章 机械波 37

15-1机械波的产生和传播 37

一 机械波产生的条件 37

二 机械波的传播 38

三 波速 横波和纵波 39

四 波阵面和波射线 39

五 波长和频率 40

六 弹性介质 41

15-2平面简谐波 波动方程 44

一 平面简谐波的波动方程 45

二 波动微分方程 48

三 波动微分方程的推导 49

15-3波的能量波的强度 53

一 波的能量 53

二 波动能量的推导 55

三 波的强度 56

四 波的吸收 59

15-4声波 60

一 声压 61

二 声强 声强级 62

15-5惠更斯原理 波的衍射、反射和折射 64

一 惠更斯原理 64

二 波的衍射 65

三 波的反射和折射 66

15-6波的叠加原理 波的干涉 68

一 波的叠加 68

二 波的干涉 68

15-7驻波 71

一 驻波现象 71

二 驻波的产生 72

三 驻波方程 72

四 半波损失 75

五 弦线上的驻波 77

15-8多普勒效应 81

一 多普勒效应 81

二 冲击波 85

内容提要 86

习题 88

第十六章 电磁振荡和电磁波 95

16-1电磁振荡 95

16-2电磁波的基本性质 98

一 电磁辐射 98

二 电磁波的基本性质 99

三 平面电磁波方程 100

四 电磁波的能量 100

内容提要 102

习题 103

第十七章 光的干涉 104

17-1光的相干性 104

一 光源 104

二 光波 105

三 相干光的获取方法 105

17-2光程 光程差 105

一 光程和光程差 106

二 薄透镜的等光程性 107

三 光的半波损失 108

四 光的干涉 109

17-3双缝干涉 110

一 杨氏双缝干涉 111

二 双缝干涉条纹的分布特征 112

三 劳埃德镜干涉 113

四 菲涅耳干涉 114

17-4薄膜干涉 116

一 薄膜干涉 116

二 劈尖的等厚干涉 120

三 牛顿环干涉 124

四 迈克耳孙干涉仪 126

内容提要 128

习题 129

第十八章 光的衍射 134

18-1单缝衍射 134

一 惠更斯-菲涅耳原理 134

二 单缝夫琅禾费衍射 135

18-2圆孔衍射 光学仪器的分辨本领 140

一 圆孔的夫琅禾费衍射 140

二 光学仪器的分辨本领 141

18-3光栅衍射 142

一 光栅方程 142

二 光栅衍射光强的分布特点 143

三 缺级现象 145

四 光栅光谱 145

18-4 X射线衍射 146

内容提要 149

习题 150

第十九章 光的偏振 154

19-1自然光和偏振光 154

19-2起偏和检偏 偏振片 156

一 偏振片的起偏和检偏 156

二 马吕斯定律 157

19-3反射和折射时光的偏振 159

19-4光的双折射 160

一 双折射现象 160

二 惠更斯原理对双折射现象的解释 162

内容提要 164

习题 165

第5篇 近代物理 171

第二十章 狭义相对论 171

20-1经典力学与经典时空观 171

一 伽利略变换与经典时空观 171

二 经典力学的伽利略不变性与伽利略相对性原理 174

20-2狭义相对论原理 175

一 电磁理论的相对性讨论 175

二 关于“以太”模型 175

三 迈克耳孙-莫雷实验 176

四 光行差实验 178

五 爱因斯坦狭义相对论原理 179

20-3相对论时空观 180

一 同时性的相对性 181

二 时间延缓效应 183

三 长度收缩效应 185

20-4洛伦兹变换 186

一 洛伦兹坐标变换与洛伦兹坐标差变换 186

二 洛伦兹变换与相对论时空观 189

三 时空的运动相关性与对应原理 193

四 相对论速度变换与光速不变 195

20-5光的多普勒效应 197

20-6相对论动力学基础 199

一 相对论动力学方程 质速关系 199

二 相对论能量 202

三 相对论能量动量关系 204

四 结合能与质量亏损 204

20-7广义相对论简介 206

一 引力质量与惯性质量 206

二 等效原理 206

三 广义相对性原理 207

四 广义相对论的实验检验 208

内容提要 209

习题 211

第二十一章 电磁辐射的量子理论 215

21-1黑体辐射 普朗克能量子假设 215

一 热辐射 215

二 黑体辐射的规律 217

三 经典理论的困难 218

四 普朗克能量子假设 218

21-2爱因斯坦光子理论 219

一 爱因斯坦光子理论 219

二 光的波粒二象性 220

21-3电磁辐射与物质相互作用时的量子效应 222

一 光电效应 222

二 康普顿散射 227

三 电子对效应 231

四 光子的吸收 232

21-4玻尔的氢原子理论 234

一 氢原子光谱的实验规律 234

二 玻尔假设 236

三 玻尔的氢原子理论 237

内容提要 241

习题 243

第二十二章量子力学基础知识 246

22-1波粒二象性 246

一 德布罗意假设 246

二 物质波的实验验证 248

三 物质波的统计诠释——概率波 249

22-2波函数 252

22-3不确定关系 255

22-4薛定谔方程 261

22-5一维无限深势阱中的粒子 262

一 势阱 262

二 维无限深势阱中运动粒子的波函数 263

三能量量子化 概率密度函数 264

22-6势垒 隧道效应 268

一 单壁势垒的情况 268

二 势垒贯穿 隧道效应 270

三 扫描隧穿显微镜 270

22-7谐振子 271

内容提要 273

习题 274

第二十三章 原子中的电子 277

23-1氢原子 277

一 氢原子的量子力学处理 277

二 电子云与电子的径向密度函数 280

23- 2电子自旋 283

23- 3施特恩-格拉赫实验 284

23-4原子中电子的排布 285

一 电子的量子态——四个量子数 285

二 原子中电子的排布 286

三 元素周期律的理论说明 290

内容提要 290

习题 291

第二十四章 原子核 293

24-1原子核的基本性质 293

一 原子核的电荷和质量 293

二 原子核的组成 294

三 原子核的大小 295

四 原子核的自旋和磁矩 296

五 原子核的能量 297

24-2核力 297

24-3原子核的结合能 299

24-4原子核的放射性衰变 301

一 放射性衰变的基本规律 301

二α衰变 304

三 β衰变 307

四γ衰变 309

24-5核反应 310

一 核反应 310

二 反应道和反应截面 311

三 反应能和阈能 312

四 核反应的过程及机制 313

24-6核裂变 314

一 核裂变 314

二 裂变的液滴模型理论 315

三 裂变能量 316

四 链式反应 316

24-7核聚变 318

内容提要 320

习题 322

第二十五章 激光 324

25-1光放大和粒子数反转 324

一 光的自发辐射、受激辐射和受激吸收 324

二 光放大和粒子数反转 326

三 能级的寿命 327

四 抽运过程 328

25-2激光的产生 329

一 光的增益和损耗 330

二 激光振荡和光学谐振腔 331

三 谐振腔对激光方向、频率和偏振态的选择 332

25-3激光器 334

一 氦-氖（He-Ne）激光器 334

二 红宝石（Cr3+：A1203）激光器 336

三 半导体激光器 337

四 染料（液体）激光器 337

25- 4激光的特点 338

25-5激光的应用 339

一 激光加工 339

二 激光测量 340

三 激光通信 341

25-6光学全息 342

一 光全息的基本思想 343

二 光全息的实现 343

三 光全息的应用 343

习题 345

第二十六章 半导体 347

26-1固体的能带结构 347

26-2导体、绝缘体和半导体 349

一 固体中的电子运动 350

二 导体、绝缘体和半导体 350

26-3本征半导体和杂质半导体 351

26-4半导体应用简介 353

一 pn结 353

二 半导体传感元件 353

习题 354

习题答案 356