第20章 几何光学 1
20.1 几何光学的基本规律 1
20.1.1 几何光学的基本规律 2
20.1.2 费马原理 2
20.2 成像的基本概念 3
20.2.1 物的概念 4
20.2.2 像的概念 4
20.2.3 物像之间的等光程性 5
20.3 球面折射 5
20.3.1 单球面折射 5
20.3.2 共轴球面系统 8
20.4 透镜 9
20.4.1 薄透镜 9
20.4.2 薄透镜的组合 12
20.4.3 厚透镜 13
20.4.4 柱面透镜 15
20.4.5 透镜的像差 15
20.5 眼睛的光学系统 17
20.5.1 眼睛的光学结构 17
20.5.2 眼睛的调节 18
20.5.3 眼睛的屈光不正及其矫正 18
20.6 常用光学仪器 21
20.6.1 放大镜 21
20.6.2 普通光学显微镜 22
20.6.3 望远镜 24
20.6.4 纤维光束内窥镜 24
思考题 25
习题 26
思考与探索 28
第21章 光的干涉 29
21.1 光的波动学说及光的相干性 29
21.1.1 光的波动学说 29
21.1.2 普通光源发光的微观机制 30
21.1.3 光波的叠加及其相干性 31
21.1.4 相干光的获得 33
21.2 波阵面分割法产生的光的干涉 33
21.2.1 杨氏双缝干涉实验 33
21.2.2 菲涅耳双面镜实验 37
21.2.3 劳埃德镜实验 37
21.2.4 光程 光程差 相位差 38
21.2.5 透镜不产生附加光程差 40
21.3 振幅分割法产生的光的干涉 41
21.3.1 薄膜干涉概述 41
21.3.2 等倾干涉 42
21.3.3 等厚干涉 43
21.3.4 等厚干涉的应用 45
21.4 迈克耳孙干涉仪 49
21.4.1 仪器结构和原理 49
21.4.2 迈克耳孙干涉仪的应用 50
21.5 光波的空间相干性和时间相干性 51
21.5.1 干涉条纹的可见度 51
21.5.2 光波的空间相干性 52
21.5.3 光波的时间相干性 54
思考题 55
习题 56
思考与探索 58
第22章 光的衍射 59
22.1 惠更斯-菲涅耳原理 59
22.1.1 光的衍射现象 59
22.1.2 惠更斯-菲涅耳原理 60
22.1.3 衍射的分类 61
22.2 单缝衍射 62
22.2.1 衍射装置与衍射图样的特点 62
22.2.2 单缝衍射的明暗条纹位置 63
22.2.3 明条纹的角宽度和线宽度 64
22.2.4 衍射图样的光强分布 67
22.2.5 用积分法计算单缝衍射的光强分布 69
22.3 圆孔衍射 70
22.3.1 衍射装置和衍射图样特点 70
22.3.2 成像仪器的分辨本领 71
22.3.3 用积分法计算圆孔衍射的光强分布 75
22.4 光栅衍射 77
22.4.1 光栅的结构及其衍射图样 77
22.4.2 光栅衍射的光强分布 78
22.4.3 光栅方程 80
22.4.4 暗条纹和次极大的位置 80
22.4.5 主极大的半角宽度 81
22.4.6 缺级现象 81
22.4.7 光栅光谱 83
22.4.8 光栅的角色散和分辨本领 84
22.5 晶体对X射线的衍射 85
22.5.1 X射线的发生装置 85
22.5.2 劳厄实验 86
22.5.3 布拉格公式 86
思考题 88
习题 88
思考与探索 90
第23章 光的偏振 91
23.1 自然光与偏振光 91
23.1.1 横波的偏振性 91
23.1.2 偏振光与自然光 92
23.2 起偏和检偏 马吕斯定律 93
23.2.1 偏振片 93
23.2.2 起偏和检偏 94
23.2.3 马吕斯定律 95
23.3 反射光和折射光的偏振性 96
23.3.1 反射光的偏振性 96
23.3.2 折射光的偏振性 98
23.4 双折射 99
23.4.1 双折射现象 99
23.4.2 双折射晶体 光轴 主截面 100
23.4.3 光在单轴晶体中的传播 101
23.4.4 偏振棱镜 104
23.5 椭圆偏振光和圆偏振光 105
23.5.1 波片——相位推迟片 105
23.5.2 椭圆偏振光和圆偏振光的获得 106
23.5.3 圆偏振光和椭圆偏振光的检验 107
23.6 偏振光的干涉 109
23.6.1 偏振光的干涉装置 109
23.6.2 光矢量的分解与合成 109
23.6.3 合振幅与光强 110
23.7 人为双折射和旋光现象 111
23.7.1 光弹效应 111
23.7.2 电光效应 112
23.7.3 旋光现象 113
思考题 116
习题 116
思考与探索 119
第24章 狭义相对论 120
24.1 牛顿力学的相对性原理 120
24.1.1 牛顿的绝对时空观 120
24.1.2 牛顿力学的相对性原理 123
24.1.3 电磁学与牛顿力学的相对性原理 124
24.2 实验基础和基本假设 125
24.2.1 寻找以太的尝试——迈克耳孙-莫雷实验 125
24.2.2 修改麦克斯韦电磁理论的尝试——发射理论 129
24.2.3 狭义相对论的基本假设 130
24.3 洛伦兹变换 131
24.3.1 洛伦兹变换 131
24.3.2 对洛伦兹变换式的讨论 133
24.4 相对论时空观 134
24.4.1 时序的相对性和因果律 134
24.4.2 时间膨胀 138
24.4.3 长度收缩 139
24.4.4 洛伦兹速度变换 141
24.5 相对论动力学 142
24.5.1 质速关系 142
24.5.2 质能关系 145
24.5.3 能量与动量的三角关系 148
24.6 电磁场的相对性 149
24.6.1 相对论动量和能量的变换式 149
24.6.2 相对论力的变换式 151
24.6.3 电磁场的相对论变换式 152
思考题 153
习题 154
思考与探索 156
第25章 初期量子论 157
25.1 黑体辐射与普朗克量子假设 157
25.1.1 热辐射 黑体 157
25.1.2 基尔霍夫热辐射定律 159
25.1.3 黑体的辐射定律 159
25.1.4 普朗克量子假设 161
25.2 光电效应与爱因斯坦光量子论 165
25.2.1 光电效应 165
25.2.2 康普顿效应 168
25.2.3 电子对效应 171
25.3 玻尔的氢原子量子论 172
25.3.1 原子的有核模型 172
25.3.2 氢原子光谱的实验规律 174
25.3.3 玻尔的原子理论 175
25.3.4 玻尔原子理论的应用 176
25.4 弗兰克-赫兹实验 179
25.4.1 实验装置与原理 179
25.4.2 实验结果 180
25.4.3 分析与讨论 180
25.5 对玻尔原子理论的评价 181
思考题 182
习题 182
思考与探索 184
第26章 量子力学基础 185
26.1 德布罗意假设 185
26.1.1 德布罗意假设 186
26.1.2 德布罗意假设对玻尔轨道量子化条件的解释 187
26.1.3 德布罗意假设的实验验证 187
26.2 不确定关系 189
26.2.1 坐标和动量 189
26.2.2 能量和时间 191
26.3 波函数 192
26.3.1 波函数的引入 192
26.3.2 波函数的物理意义 193
26.3.3 波函数的标准条件 194
26.4 薛定谔方程 194
26.4.1 薛定谔方程 195
26.4.2 定态及定态薛定谔方程 197
26.4.3 一维无限深方势阱 198
26.4.4 一维谐振子 200
26.4.5 一维势垒 扫描隧道显微镜（STM） 202
26.5 力学量算符 207
26.5.1 算符 207
26.5.2 算符的一般性质 207
26.5.3 量子力学中常用的几类算符 209
26.5.4 本征值方程和力学量的算符表示 210
26.5.5 角动量算符的本征值和本征函数 213
26.6 量子力学的基本原理 216
思考题 218
习题 218
思考与探索 220
第27章 原子 221
27.1 氢原子 221
27.1.1 氢原子的定态薛定谔方程 221
27.1.2 电子概率密度分布 224
27.2 电子自旋 227
27.2.1 简单塞曼效应 227
27.2.2 电子自旋 230
27.2.3 斯特恩-格拉赫实验 231
27.3 碱金属原子 233
27.3.1 碱金属原子的光谱实验规律 234
27.3.2 碱金属原子束缚定态的能级 236
27.3.3 碱金属原子光谱的精细结构 237
27.4 多电子原子的壳层结构 241
27.4.1 独立电子近似 241
27.4.2 原子的壳层结构和电子组态 243
27.4.3 电子壳层分布规则 243
27.5 激光 245
27.5.1 激光器的基本结构 246
27.5.2 受激吸收 自发辐射 受激辐射 246
27.5.3 粒子数布居反转 248
27.5.4 工作物质 249
27.5.5 光学谐振腔 250
思考题 251
习题 251
思考与探索 252
第28章 分子与固体 253
28.1 双原子分子 253
28.1.1 氢分子 253
28.1.2 分子转动能级 255
28.1.3 分子振动能级 256
28.1.4 分子光谱特征 257
28.2 固体的能带 259
28.2.1 固体能带的形成 259
28.2.2 能带中的电子行为 262
28.3 导体 绝缘体 半导体 264
28.3.1 导体 264
28.3.2 绝缘体 265
28.3.3 半导体 265
28.4 pn结 半导体器件 266
28.4.1 杂质半导体 266
28.4.2 pn结 270
28.4.3 半导体器件 272
思考题 273
习题 273
思考与探索 274
第29章 核物理与粒子物理 275
29.1 原子核的组成和一般性质 275
29.1.1 原子核的组成 275
29.1.2 原子核的自旋和磁矩 276
29.1.3 原子核的结合能 277
29.1.4 核力的主要性质 278
29.1.5 核结构模型 279
29.2 核的放射性衰变 279
29.2.1 放射性的基本特征 280
29.2.2 核衰变的类型 280
29.2.3 放射性衰变规律 283
29.3 原子核反应 286
29.3.1 反应能 287
29.3.2 核反应机制 288
29.4 原子核的裂变与聚变 289
29.4.1 原子核的裂变 289
29.4.2 原子核聚变 291
29.5 粒子物理简介 292
29.5.1 粒子的分类 292
29.5.2 粒子的性质 293
29.5.3 粒子间的相互作用 293
29.6 强子结构的夸克模型 295
29.6.1 夸克模型 295
29.6.2 夸克的“色”及色相互作用 296
思考题 298
习题 299
第30章 天体物理与宇宙学 301
30.1 牛顿万有引力理论的新版本——广义相对论基础 301
30.1.1 开普勒的行星运动定律 301
30.1.2 牛顿的万有引力定律 303
30.1.3 水星之谜 304
30.1.4 广义相对论的两条基本原理 305
30.1.5 广义相对论中的时空观 307
30.1.6 广义相对论的实验验证 310
30.2 天体物理简介 312
30.2.1 天体系统的空间层次 313
30.2.2 恒星演化 316
30.3 宇宙学简介 320
30.3.1 宇宙的均匀性 321
30.3.2 宇宙各向同性的膨胀 322
30.3.3 宇宙大爆炸理论 324
30.3.4 宇宙的密度与暗物质 328
30.3.5 “热寂说”的终结 329
30.3.6 结束语 331
第31章 现代科学与高新技术物理基础（3） 332
31.1 全息照相 332
31.1.1 全息照相的基本原理 332
31.1.2 全息照片的拍摄要求和特点 335
31.1.3 全息照相的应用 336
31.2 超导宏观量子效应 336
31.2.1 超导态的重要特征 336
31.2.2 BCS理论 339
31.2.3 超导宏观量子效应 341
31.2.4 高临界温度超导体研究的进展 343
31.3 量子霍尔效应 343
习题参考答案 345