第1章 热现象及其微观机制 1
1.1 描述热现象的物理参量 1
1.1.1 体积 1
1.1.2 压强 1
1.1.3 温度与温标 3
1.2 热平衡 9
1.2.1 热平衡态 9
1.2.2 热力学第零定律 10
1.3 理想气体的状态方程 10
1.3.1 阿伏伽德罗定律 11
1.3.2 玻意耳定律 11
1.3.3 盖·吕萨克定律 13
1.3.4 查理定律 14
1.3.5 理想气体的状态方程 15
1.3.6 道尔顿定律 19
1.4 分子的热运动 20
1.4.1 气体、液体、固体中的分子 20
1.4.2 分子的热运动 21
1.4.3 建立热平衡的微观过程 22
1.5 系统的内能 22
1.5.1 分子的动能 22
1.5.2 分子间的势能 23
1.6 热与功 23
1.7 气体分子运动论基础 23
1.7.1 理想气体的微观模型 24
1.7.2 气体分子运动的特点 24
1.7.3 气体压强的微观机制 26
1.7.4 气体温度的微观机制 27
1.8 实际气体的状态方程 30
1.9 热量的测量 32
1.10 热传递的各种形式 34
1.10.1 热传导 34
1.10.2 热对流 37
1.10.3 热辐射 38
习题 43
参考答案 45
第2章 物态及物态变化 46
2.1 固态 46
2.1.1 晶体 46
2.1.2 非晶态 48
2.1.3 准晶态 48
2.1.4 固体的热膨胀 48
2.2 液态 50
2.2.1 液体的表面张力 51
2.2.2 表面张力引起的压强 52
2.2.3 液体与固体表面之间的附着力 54
2.2.4 浸润 55
2.2.5 接触角 56
2.2.6 毛细现象 56
2.3 熔化与凝固 60
2.3.1 熔点 61
2.3.2 熔化热 61
2.3.3 凝固 61
2.4 升华与凝华 61
2.5 汽化与液化 62
2.5.1 蒸发 63
2.5.2 饱和气与饱和蒸气压 63
2.5.3 沸腾 65
2.5.4 汽化热 68
2.5.5 液化与临界温度 68
2.5.6 空气的湿度 69
2.5.7 露点 69
2.6 三相图 70
习题 72
参考答案 72
第3章 准静态过程与热力学第一定律 73
3.1 准静态热力学过程 73
3.2 功 74
3.3 热量 75
3.4 内能 76
3.5 热力学第一定律 76
3.6 热力学第一定律对理想气体的应用 77
3.6.1 焦耳实验 77
3.6.2 焦耳-汤姆孙实验 77
3.6.3 理想气体的内能表达式 79
3.6.4 定容过程 80
3.6.5 定压过程 80
3.6.6 等温过程 80
3.6.7 绝热过程 81
习题 108
参考答案 114
第4章 热力学循环与热力学第二定律 116
4.1 循环过程 116
4.2 热机循环 117
4.3 制冷机循环 119
4.4 热过程的不可逆性 121
4.5 热力学第二定律 122
4.5.1 热过程不可逆性的表述 122
4.5.2 开尔文表述与克劳修斯表述的等效性 123
4.5.3 热力学第二定律的统计解释 124
4.6 卡诺定理与热力学温标 125
4.6.1 卡诺定理 125
4.6.2 关于“可逆热机”与“不可逆热机” 126
4.6.3 热力学温标 127
4.7 熵与熵变 128
4.7.1 克劳修斯等式 128
4.7.2 态函数熵 129
4.7.3 计算熵变的实例 130
4.8 熵增加原理 132
4.8.1 不可逆过程的数学表达式 132
4.8.2 熵增加的实例 133
习题 134
参考答案 136
第5章 几何光学的物理基础 137
5.1 光线与几何光学的实验定律 137
5.1.1 光线模型 137
5.1.2 几何光学的实验定律 138
5.2 费马原理 142
5.3 光在平面上的反射 143
5.4 光在平面上的折射 146
5.4.1 平面折射成像 146
5.4.2 棱镜 148
5.4.3 全反射 151
5.4.4 全反射棱镜 157
5.4.5 全反射光纤 159
5.4.6 虹与霓 163
5.5 变折射率光学 164
5.5.1 变折射率介质 164
5.5.2 光线方程 164
习题 169
参考答案 172
第6章 透镜与透镜组的成像 174
6.1 成像的基本概念 174
6.1.1 从盲人摸象说起 174
6.1.2 光学成像的基本要素 174
6.2 傍轴光线经球面折射成像 177
6.2.1 轴上物点经单球面折射成像 178
6.2.2 轴外物点经单球面折射成像 180
6.2.3 像的横向放大率 181
6.2.4 焦平面 182
6.2.5 成像光学的符号约定 185
6.2.6 成像作图法 188
6.3 傍轴光线经球面反射成像 189
6.3.1 球面反射的物像公式 189
6.3.2 球面镜成像的特点 191
6.3.3 球面镜成像的作图法 192
6.4 傍轴光线经薄透镜成像 193
6.4.1 薄透镜 193
6.4.2 薄透镜成像的物像公式 194
6.4.3 薄透镜成像的作图法 199
6.5 光具组成像 210
6.5.1 光具组成像的计算 210
6.5.2 光具组成像的作图 213
6.6 焦距的实验测量 231
6.6.1 正镜焦距的测量 232
6.6.2 负镜焦距的测量 233
6.7 非傍轴光成像 234
6.7.1 透镜组的阿贝正弦条件 235
6.7.2 球形齐明透镜与齐明点 235
6.7.3 齐明透镜组 237
习题 237
参考答案 247
第7章 光学成像仪器 250
7.1 眼睛 250
7.1.1 眼睛的光学特性 250
7.1.2 视力的矫正 252
7.2 目镜 253
7.2.1 放大镜 253
7.2.2 显微镜和望远镜中的目镜 255
7.3 物镜 257
7.3.1 照相物镜 257
7.3.2 显微物镜 259
7.4 显微镜 259
7.4.1 显微镜的结构 259
7.4.2 显微镜的标志 260
7.5 望远镜 262
7.6 照相机 263
习题 272
参考答案 275
第8章 波动光学基础 277
8.1 光波产生的微观机制 277
8.2 光波的数学表示 278
8.2.1 振动的数学表示 278
8.2.2 波的数学表示 279
8.2.3 光的辐射通量与光强 280
8.2.4 球面光波的数学表达式 282
8.2.5 平面光波的数学表达式 283
8.3 接收屏上的波函数 287
8.3.1 接收屏上的平面波 287
8.3.2 接收屏上的球面波 288
8.4 光波的复振幅 289
8.5 光波的叠加 290
8.5.1 光波的独立传播定律 291
8.5.2 光波的叠加原理 291
8.6 光波的叠加方法 291
8.6.1 代数法（瞬时值法） 292
8.6.2 复数法 292
8.6.3 振幅矢量法 293
8.7 光波叠加的强度 294
8.7.1 光波叠加的特点 294
8.7.2 光波叠加强度的计算方法 295
8.7.3 光波的相干叠加与非相干叠加 295
8.7.4 光波的相干条件 297
8.8 波包与群速度 300
8.9 光波的偏振 303
8.9.1 横波的偏振性 303
8.9.2 起偏与检偏 305
8.9.3 光的偏振态 305
8.10 利用波片改变光的偏振态 313
8.10.1 波片 313
8.10.2 波片对光的偏振态的改变 315
8.11 偏振光的干涉 324
8.11.1 平行偏振光的干涉装置 324
8.11.2 干涉分析与实验现象 325
8.12 光与物质的相互作用 327
8.12.1 光的吸收 327
8.12.2 光的色散 328
8.12.3 光的散射 330
习题 331
参考答案 336
第9章 光的干涉 339
9.1 光的干涉装置概述 339
9.2 杨氏干涉 339
9.2.1 相干叠加与非相干叠加 339
9.2.2 干涉的特点 341
9.2.3 干涉花样的特点 341
9.3 两列平面波的干涉 344
9.4 其他分波前的干涉装置 346
9.4.1 菲涅耳双面镜 346
9.4.2 劳埃德镜 347
9.4.3 菲涅耳双棱镜 348
9.5 薄膜干涉 354
9.5.1 等倾干涉 354
9.5.2 等厚干涉 359
9.6 分振幅的干涉装置 361
9.6.1 迈克尔孙干涉仪 361
9.6.2 马赫-曾特干涉仪 363
9.6.3 干涉滤波片 364
9.6.4 牛顿环（圈） 366
9.7 光的空间相干性与时间相干性 367
9.7.1 光波场的空间相干性 368
9.7.2 光波场的时间相干性 371
习题 373
参考答案 382
第10章 光的衍射 385
10.1 惠更斯-菲涅耳原理 385
10.1.1 次波模型 385
10.1.2 次波的相干叠加 386
10.2 夫琅禾费单缝和矩孔衍射 389
10.2.1 夫琅禾费衍射装置 389
10.2.2 单缝衍射强度分布 390
10.2.3 单缝衍射花样的特点 391
10.2.4 夫琅禾费矩孔衍射 393
10.3 夫琅禾费圆孔衍射 394
10.3.1 圆孔衍射的强度分布 394
10.3.2 圆孔衍射花样的特点 395
10.3.3 望远镜的分辨本领 395
习题 399
参考答案 399
第11章 狭义相对论 400
11.1 物理规律与参考系 400
11.2 光速不变与相对性原理 401
11.3 洛伦兹变换 404
11.3.1 时空坐标的洛伦兹变换 404
11.3.2 同时的相对性 405
11.3.3 运动时钟的延缓 406
11.3.4 运动尺度的缩短 407
11.3.5 相对论的速度变换公式 408
11.4 相对论多普勒效应 413
11.4.1 经典的多普勒效应 413
11.4.2 光的多普勒效应 414
11.5 相对论力学 421
习题 428
参考答案 429
第12章 原子的结构与能级 430
12.1 汤姆孙的原子模型 430
12.1.1 电子的发现 430
12.1.2 葡萄干布丁模型 432
12.2 卢瑟福的原子模型 432
12.2.1 α粒子的散射实验 433
12.2.2 对汤姆孙模型的否定 433
12.2.3 卢瑟福的原子核式结构模型 434
12.2.4 原子核大小的估算 435
12.2.5 卢瑟福散射公式的意义 436
12.3 氢原子的光谱 436
12.3.1 光谱 436
12.3.2 氢原子的光谱 438
12.4 玻尔的氢原子模型 440
12.4.1 经典理论解释氢原子光谱的困难 440
12.4.2 玻尔的氢原子模型 441
12.4.3 氢的里德伯常数实验值与理论值的偏差 444
12.5 类氢离子的光谱 445
12.5.1 类氢离子与皮克林线系 445
12.5.2 氘的发现 447
12.6 弗兰克-赫兹实验 447
12.6.1 基本思想 447
12.6.2 弗兰克-赫兹实验的装置与结果 447
12.6.3 改进的弗兰克-赫兹实验装置 448
12.6.4 阴极射线激发光源 450
习题 460
参考答案 461
第13章 量子力学初步 462
13.1 量子论的实验依据 463
13.1.1 黑体辐射与普朗克能量子 463
13.1.2 光电效应与爱因斯坦光量子 467
13.1.3 康普顿效应 468
13.1.4 电子的衍射 469
13.1.5 电子的干涉 471
13.1.6 分子的衍射 471
13.2 物质的波粒二象性 472
13.2.1 德布罗意的物质波 472
13.2.2 物质的波动性与粒子性 472
13.3 波粒二象性的必然结果——量子态 474
13.3.1 轨道角动量的量子化 474
13.3.2 刚性匣子中的粒子 474
13.4 不确定关系 475
13.4.1 几个典型的例子 476
13.4.2 不确定关系的严格表述 477
13.4.3 不确定关系的物理含义 478
13.5 波函数及其统计解释 479
13.5.1 波粒二象性的数学描述 479
13.5.2 电子的双缝干涉实验 480
13.5.3 波函数的统计解释 482
习题 489
参考答案 491
第14章 原子核物理概论 492
14.1 原子核的基本情况 492
14.1.1 物质的天然放射性 492
14.1.2 原子核的组成 493
14.1.3 原子核的大小 496
14.1.4 原子核的电荷与质量 497
14.1.5 核素 498
14.1.6 原子核的结合能 499
14.2 核力 501
14.2.1 核力的概念 501
14.2.2 核力的介子理论 502
14.3 放射性核衰变 504
14.3.1 放射性衰变的一般规律 504
14.3.2 α衰变 511
14.3.3 β衰变 513
14.3.4 γ衰变 517
14.4 核反应 519
14.4.1 反应能与Q方程 519
14.4.2 核反应的阈能 521
14.5 核裂变 521
14.5.1 核裂变的发现及其特点 521
14.5.2 实现核裂变的主要方式 523
14.6 核聚变 526
14.6.1 核聚变的能量 526
14.6.2 核聚变的条件 527
习题 536
参考答案 537
参考文献 538