第3篇 热学 3
第13章 温度和气体动理论 3
13.1平衡态 3
13.1.1热力学系统 3
13.1.2平衡态与状态参量 3
13.1.3热力学第零定律（热平衡定律） 4
13.2理想气体的状态方程 4
13.2.1气体的实验规律 5
13.2.2理想气体 理想气体的物态方程 5
13.2.3混合理想气体的物态方程 7
13.3气体分子热运动与统计规律 7
13.3.1对物质微观结构的基本认识 7
13.3.2分子热运动服从统计规律 8
13.4理想气体的压强和温度 10
13.4.1理想气体的微观模型 10
13.4.2理想气体的压强 10
13.4.3理想气体的温度 12
13.5能量按自由度均分 12
13.5.1分子运动的自由度 12
13.5.2能量按自由度均分定理 13
13.5.3理想气体的内能 14
13.6麦克斯韦速率分布律 16
13.6.1速率分布概念和速率分布函数 16
13.6.2麦克斯韦速率分布函数和分布曲线 17
13.6.3三种统计速率 18
13.6.4麦克斯韦速率分布律的实验验证 20
13.7玻尔兹曼分布 22
13.7.1玻尔兹曼分布律 22
13.7.2重力场中粒子按高度的分布 23
13.8平均自由程 24
13.8.1分子的平均碰撞频率 24
13.8.2气体分子的平均自由程 25
提要 25
思考题 26
习题 27
第14章 热力学基础知识 29
14.1热力学第一定律 29
14.1.1准静态过程 29
14.1.2内能、热量和功 热力学第一定律的表述 29
14.2理想气体的内能和热容 32
14.2.1焦耳实验 理想气体的内能 32
14.2.2理想气体的摩尔热容、迈耶公式 32
14.3理想气体的典型准静态过程 34
14.3.1等体、等压和等温过程 34
14.3.2绝热过程 36
14.4循环过程 38
14.4.1循环过程 准静态循环过程 38
14.4.2热机及效率 39
14.4.3制冷机及制冷系数 40
14.4.4卡诺循环 41
14.5热力学第二定律 43
14.5.1热力学第二定律的两种表述 43
14.5.2两种表述的等效性 43
14.5.3不可逆过程和可逆过程 44
提要 44
思考题 45
习题 46
第4篇 机械振动与机械波动 51
第15章 机械振动 51
15.1简谐振动的运动学描述 51
15.1.1简谐振动的振动方程 51
15.1.2描述简谐振动的三个特征量 52
15.1.3简谐振动的速度和加速度 52
15.1.4旋转矢量表示法 55
15.2简谐振动的动力学 58
15.2.1简谐振动的动力学方程 58
15.2.2简谐振动的实例 59
15.2.3简谐振动的能量 64
15.3简谐振动的合成 67
15.3.1同一直线上同频率简谐振动的合成 68
15.3.2同一直线上不同频率简谐振动的合成 70
15.3.3两个相互垂直简谐振动的合成 71
15.4阻尼振动 受迫振动 共振 74
15.4.1阻尼振动 74
15.4.2受迫振动 75
15.4.3共振 76
提要 76
思考题 78
习题 78
第16章 机械波 81
16.1机械波的产生与传播 81
16.1.1机械波的产生 81
16.1.2横波与纵波 82
16.1.3波线、波面与波前 83
16.1.4描述波的物理量 84
16.1.5弹性介质的形变与波速 84
16.2平面简谐波 86
16.2.1平面简谐波的波函数 87
16.2.2波函数的物理意义 88
16.2.3平面波的波动微分方程 92
16.3机械波的能量 93
16.3.1机械波的能量与能量密度 93
16.3.2波的能流与波的强度 95
16.3.3声波的声强 96
16.4惠更斯原理 波的反射与折射 97
16.4.1波的衍射现象 97
16.4.2惠更斯原理 97
16.4.3用惠更斯作图法推导反射和折射定律 98
16.5波的干涉 100
16.5.1波的叠加原理 100
16.5.2两列波的干涉 100
16.6驻波 104
16.6.1驻波的形成 104
16.6.2驻波波函数 105
16.6.3驻波的特点 105
16.6.4半波损失 106
16.7多普勒效应 109
16.7.1机械波的多普勒效应 109
16.7.2电磁波的多普勒效应 112
16.7.3冲击波 112
提要 113
思考题 115
习题 115
第5篇 光学 121
第17章 几何光学 121
17.1几何光学的基本概念 121
17.2光的反射与折射 122
17.2.1反射和折射定律 122
17.2.2反射率与透射率 123
17.2.3全反射 123
17.3光在平面界上的反射与折射 124
17.3.1平面反射成像 124
17.3.2光在平面上的折射 单心性的破坏 125
17.4球面反射镜 126
17.4.1球面镜成像公式 126
17.4.2球面镜成像几何作图方法（光路图法） 127
17.4.3像的横向放大率 128
17.5光在球面上的折射 129
17.5.1球面对任意光线的折射 129
17.5.2球面对近轴光线的折射 129
17.6薄透镜 130
17.6.1透镜 130
17.6.2薄透镜的焦距 131
17.6.3薄透镜成像 132
17.7常用光学仪器简介 134
17.7.1照相机和投影仪的光学原理 134
17.7.2助视仪器 134
提要 137
思考题 139
习题 139
第18章 光的干涉 141
18.1相干光的获取 141
18.1.1光是一种电磁波 141
18.1.2光的相干条件 142
18.1.3普通光源的发光特点 142
18.1.4相干光的获取方法 143
18.2相干点光源的干涉 143
18.2.1光程与光程差 143
18.2.2两个相干点光源的干涉 145
18.2.3条纹的对比度 146
18.2.4振幅比对条纹对比度的影响 147
18.3杨氏干涉实验与分波前干涉方法 147
18.3.1杨氏双孔干涉 147
18.3.2杨氏双缝干涉 148
18.3.3杨氏干涉条纹的特点 149
18.3.4与杨氏双缝类似的分波前干涉实验 151
18.4薄膜干涉 153
18.4.1薄膜干涉概述 153
18.4.2等厚干涉 156
18.4.3等倾干涉 161
18.4.4增透膜和高反射膜 164
18.5迈克耳孙干涉仪 166
18.5.1仪器结构 166
18.5.2干涉条纹 167
18.5.3补偿板的作用 168
18.5.4白光的零级条纹 168
18.5.5迈克耳孙干涉仪的应用 168
提要 169
思考题 171
习题 171
第19章 光的衍射 173
19.1光的衍射和惠更斯-菲涅耳原理 173
19.1.1光的衍射现象 173
19.1.2惠更斯-菲涅耳原理 173
19.1.3衍射分类 174
19.2单缝夫琅禾费衍射 174
19.2.1点光源的单缝夫琅禾费衍射的强度分布 174
19.2.2单缝衍射因子的特点 178
19.2.3线光源的单缝夫琅禾费衍射 180
19.3圆孔夫琅禾费衍射 光学仪器的像分辨本领 181
19.3.1圆孔夫琅禾费衍射 181
19.3.2光学仪器的像分辨本领 182
19.4光栅衍射 185
19.4.1光栅衍射原理 185
19.4.2光栅方程 185
19.4.3强度分布公式 186
19.4.4缝间干涉因子的特点 187
19.4.5单缝衍射因子的作用 缺级现象 189
19.4.6光栅光谱 191
19.4.7平行光斜入射时的光栅衍射 193
19.5X射线衍射 196
19.5.1劳厄实验 196
19.5.2布拉格方程 196
提要 198
思考题 199
习题 199
第20章 光的偏振 201
20.1光的偏振特性 201
20.1.1光的偏振现象 201
20.1.2光的偏振态 202
20.2线偏振光的获得与检验 205
20.2.1偏振片的起偏与检偏 205
20.2.2马吕斯定律 206
20.3反射光和折射光的偏振态 207
20.3.1s波p波的反射率与透射率 207
20.3.2反射和折射时光的偏振态 208
20.3.3布儒斯特定律 209
20.3.4偏振的应用 210
20.4晶体的双折射 211
20.4.1光在晶体中的双折射 211
20.4.2惠更斯作图法求双折射光 214
20.5晶体光学器件 218
20.5.1偏振棱镜 218
20.5.2波片（相位延迟片） 220
20.6偏振态的检定 221
20.6.1椭圆偏振光与圆偏振光的获取方法 221
20.6.2偏振态的检定方法 221
20.7偏振光的干涉 223
20.7.1平行线偏振光通过波片的干涉强度 223
20.7.2平行线偏振光干涉的特点 224
20.7.3偏光显微镜的工作原理 225
20.7.4人工双折射 226
20.8旋光现象简介 227
提要 228
思考题 229
习题 229
第6篇 近代物理学基础 233
第21章 狭义相对论基础 233
21.1伽利略变换和经典力学时空观 233
21.1.1伽利略变换 233
21.1.2绝对时空观 234
21.1.3伽利略相对性原理和经典物理学的困难 235
21.2狭义相对论的基本概念 洛伦兹变换 237
21.2.1狭义相对论基本原理 237
21.2.2洛伦兹变换 237
21.3狭义相对论时空理论 241
21.3.1“同时”的相对性 241
21.3.2时间延缓效应 242
21.3.3运动尺度收缩 243
21.3.4因果律与信号传递速度 245
21.4狭义相对论动力学基础 246
21.4.1相对论质量 246
21.4.2相对论能量 248
21.4.3质能关系 250
21.4.4动量能量关系式 251
提要 252
思考题 253
习题 253
第22章 波粒二象性 255
22.1黑体辐射 255
22.1.1热辐射基本概念 黑体辐射 255
22.1.2普朗克量子假设 257
22.2光电效应 爱因斯坦光量子理论 258
22.2.1光电效应的实验规律 258
22.2.2爱因斯坦光量子假设 259
22.2.3光的波粒二象性 260
22.3康普顿效应 261
22.3.1康普顿效应的实验规律 261
22.3.2康普顿效应的光子理论解释 262
22.4玻尔的氢原子理论 263
22.4.1氢原子光谱的实验规律 263
22.4.2玻尔的氢原子假设 264
22.5实物粒子的波粒二象性 266
22.5.1德布罗意物质波假设 266
22.5.2德布罗意波的统计解释 267
22.6不确定关系 268
提要 270
思考题 271
习题 272
第23章 量子力学基础 274
23.1波函数 薛定谔方程 274
23.1.1波函数 274
23.1.2薛定谔方程 275
23.2薛定谔方程在几个定态问题上的应用 276
23.2.1一维无限深势阱中的粒子 276
23.2.2一维势垒和隧道效应 278
23.2.3线性谐振子 279
提要 280
思考题 280
习题 281
第24章 原子中的电子 282
24.1氢原子中的电子 282
24.2原子的壳层结构 286
24.3X射线 288
24.3.1连续谱韧致辐射 288
24.3.2特征谱 289
提要 289
思考题 290
习题 290
第25章 固体中的电子 291
25.1金属中的自由电子气 291
25.1.1金属的自由电子气模型 291
25.1.2金属中自由电子的能量与波函数 291
25.1.3态密度 292
25.1.4自由电子的基态 费米能 293
25.1.5自由电子的热激发态 293
25.1.6晶体的热容和电子的热容 293
25.2能带理论 294
25.2.1晶体中电子的波函数 布洛赫定理 294
25.2.2晶体中电子的能量 准自由电子近似 295
25.2.3导体 半导体 绝缘体 295
25.2.4半导体中的杂质和缺陷 296
25.2.5PN结 297
提要 298
思考题 298
习题 299
第26章 激光 300
26.1爱因斯坦受激辐射理论 300
26.1.1自发辐射、受激吸收和受激辐射的概念 300
26.1.2三个爱因斯坦系数之间的关系 301
26.1.3受激辐射的相干性 302
26.2粒子数反转与光放大 302
26.2.1粒子数按能级的统计分布 302
26.2.2粒子数反转的概念 302
26.2.3能实现粒子数反转的激活介质 303
26.2.4泵浦的几种方法 304
26.2.5增益系数G 305
26.3谐振腔 光的自激振荡 306
26.3.1激光自激振荡概念 306
26.3.2谐振腔的作用 307
26.3.3能输出线偏振光的激光器 309
26.4激光的单色性 309
26.4.1谱线宽度 309
26.4.2激光的纵模 310
26.4.3激光的横模 311
26.5激光的特性及其应用 311
26.5.1激光器的三个基本组成部分及其作用 312
26.5.2激光的优秀特性 312
26.5.3激光的应用 312
26.6激光器举例 312
26.6.1固体激光器 312
26.6.2气体激光器 314
26.6.3自由电子激光器 316
26.6.4其他激光器 317
提要 318
思考题 319
参考文献 320
习题答案 321
附录 327
基本物理常数表 327
几个保留单位和换算关系 328