第四部分 振动 波动和波动光学 1
第一章 机械振动 1
1-1 谐振动 2
(一)谐振子及其运动微分方程 3
(二)谐振动的运动方程 5
(三)谐振动的矢量图示法 8
(四)谐振动的振幅 周期 频率 9
(五)相位的物理意义 11
(六)谐振动的能量 18
1-2 谐振动的合成 28
(一)同方向同频率谐振动的合成 28
(二)同方向不同频率谐振动的合成 拍 32
(三)相互垂直方向同频率谐振动的合成 34
(四)相互垂直方向不同频率谐振动的合成 39
1-3 阻尼振动 40
1-4 受迫振动 共振 43
(一)受迫振动 43
(二)共振 45
本章小结 49
思考题和习题 51
第二章 机械波 57
2-1 机械波的产生和传播 58
(一)机械波产生的条件 58
(二)横波和纵波 59
(三)波阵面和波射线 61
2-2 波长 波的周期和频率 波速 63
(一)波长 63
(二)波的周期及频率 63
(三)波速 64
(四)波长、周期、波速三者的关系 66
2-3 平面简谐波方程 67
(一)平面简谐波方程的导出 68
(二)平面简谐波方程的物理意义 69
(三)沿X负方向传播的波 71
(四)波速和质点振动速度 72
(五)平面波动方程的一般形式 72
2-4 波的能量 能流密度 80
(一)波的能量 80
(二)波的能量密度 83
(三)能流 能流密度 84
2-5 惠更斯原理 88
(一)惠更斯原理 88
(二)波的反射 90
(三)波的折射 91
(四)波的衍射 92
2-6 波的迭加原理 波的干涉 93
(一)波的迭加原理 93
(二)波的干涉 94
2-7 驻波 101
(一)驻波 101
(二)驻波方程 104
(三)半波损失 106
2-8 多普勒效应 110
2-9 声波 超声波 次声波 113
(一)声速 113
(二)声压 声强和声强级 114
(三)音调 响度 117
(四)超声波 117
(五)次声波 118
本章小结 119
思考题和习题 122
第三章 电磁振荡和电磁波 130
3-1 电磁振荡 131
(一)无阻尼自由振荡 131
(二)阻尼振荡 135
(三)受迫振荡 136
(四)电共振 139
3-2 电磁波 141
(一)电磁波的产生与传播 142
(二)平面电磁波的波动方程 143
(三)电磁波的基本性质 147
3-3 电磁波谱 150
3-4 电磁波的能量 坡印廷矢量 153
本章小结 155
思考题和习题 156
第四章 波动光学 160
4-1 相干光 162
(一)光源发光本质的复杂性 162
(二)相干光的获得 163
(三)相干光的条件 164
4-2 杨氏双缝 洛埃镜 164
(一)杨氏双缝 165
(二)洛埃镜 167
4-3 薄膜干涉 168
(一)光程 169
(二)使用透镜不会引起附加的光程差 171
(三)光在薄膜上反射时的半波损失 171
(四)薄膜干涉 172
(一)劈尖 180
4-4 劈尖 牛顿环 180
(二)牛顿环 183
4-5 迈克尔逊干涉仪 187
4-6 时间相干性和空间相干性 189
(一)时间相干性 190
(二)空间相干性 192
4-7 光的衍射现象 194
4-8 惠更斯—菲涅耳原理 195
4-9 单缝衍射 196
4-10 光栅衍射 203
4-11 光学仪器的分辨本领 212
4-12 X射线的衍射 214
4-13 自然光和偏振光 马吕斯定律 218
(一)光的偏振 218
(二)自然光与偏振光 219
(三)马吕斯定律 222
4-14 反射和折射时光的偏振 224
4-15 光的双折射现象 227
4-16 偏振光振动面的旋转 230
本章小结 232
思考题和习题 235
第五部分 近代物理 241
第一章 狭义相对论基础 241
1-1 狭义相对论的基本原理 242
(一)经典力学时空观 242
(二)以太的设想 244
(三)迈克尔逊—莫雷实验 244
(四)狭义相对论基本原理 247
(一)洛仑兹坐标变换式 248
1-2 洛仑兹坐标变换 248
(二)狭义相对论的速度合成公式 252
1-3 狭义相对论时空观 255
(一)同时性的相对性 255
(二)长度的收缩 256
(三)时间的延缓 259
1-4 狭义相对论动力学基础 262
(一)质量随速度的变化关系 263
(二)相对论力学的基本方程 265
(三)质能关系 266
(四)动量与能量的关系 271
本章小结 272
思考题和习题 274
2-1 热辐射 277
第二章 光的量子性 277
(一)热辐射 平衡热辐射 278
(二)辐射本领和吸收率 278
(三)绝对黑体 279
(四)基尔霍夫定律 280
2-2 绝对黑体辐射定律 281
(一)绝对黑体辐射本领的实验曲线 281
(二)普朗克量子假设 283
2-3 光电效应及其规律 287
(一)光电效应的基本实验规律 287
(二)光的波动论与光电效应间的矛盾 292
2-4 爱因斯坦的光子理论 293
2-5 康普顿效应 298
(一)康普顿效应 298
(二)康普顿效应的量子论解释 299
(三)康普顿效应的定量计算 300
本章小结 303
思考题和习题 306
第三章 原子结构及量子力学基本知识 308
3-1 玻尔的氢原子理论 309
(一)卢瑟福的α粒子散射实验和原子结构的行星模型 309
(二)氢原子光谱的规律性 315
(三)玻尔的氢原子理论 319
3-2 椭圆轨道 空间量子化 电子的自旋 331
(一)量子化条件和量子数 索末菲椭圆轨道 331
(二)电子轨道运动的磁矩 玻尔磁子 333
(三)空间量子化 335
(四)斯特恩—革拉赫实验 337
(五)电子的自旋 自旋磁量子数 338
(六)量子力学中得出的四个量子条件和四个量子数 340
(一)元素周期律 342
3-3 元素周期律与原子的电子壳层结构 342
(二)原子的电子壳层结构 泡利不相容原理和能量最小原理 344
3-4 伦琴线状光谱 348
3-5 量子力学的基本概念 薛定谔方程 354
(一)德布罗意假设 物质的二象性 354
(二)波函数和它的统计解释 359
(三)薛定谔方程 363
(四)测不准关系 366
3-6 势阱中的微观粒子 谐振子 势垒 369
(一)势阱中的粒子 369
(二)线性谐振子 374
(三)势垒 隧道效应 375
3-7 量子力学对氢原子的描述 376
本章小结 379
思考题和习题 381
第四章 半导体 383
4-1 固体能带 385
(一)价电子的共有化 385
4-2 导体 半导体 绝缘体 386
(一)满带 导带 禁带 386
(二)能带的形成 387
(二)导体 半导体和绝缘体的能带结构 391
4-3 半导体的导电机构 393
(一)电子和空穴 393
(二)杂质的影响 396
4-4 电子分布的统计规律 399
(一)费米分布函数 399
(二)半导体中载流子的统计分布 402
(一)电阻率 409
4-5 半导体的电阻率和光电导现象 409
(二)光电导现象 410
4-6 p—n结 411
(一)p-n结 411
(二)p-n结的整流原理 412
本章小结 415
思考题和习题 418
第五章 激光 419
5-1 产生激光的基本原理 419
(一)自发辐射、受激吸收和受激辐射 419
(二)粒子数的反转 424
(三)谐振腔 427
5-2 激光器 429
(一)氦—氖气体激光器 429
(二)掺钕钇铝石榴石激光器 431
5-3 激光的特性和应用 433
(一)激光的特性 433
(二)激光的应用 434
本章小结 438
思考题 439
第六章 原子核和基本粒子 440
6-1 原子核的基本性质和原子核的结构模型 442
(一)原子核的基本性质 442
(二)原子核的核力 452
(三)原子核的结构模型 455
6-2 原子核的转变 458
(一)原子核的衰变 458
(二)原子核的人工转变 464
(三)射线探测仪器 472
6-3 基本粒子及其分类 478
(一)宇宙射线 479
(二)基本粒子的分类 484
(三)共振态粒子 486
6-4 基本粒子的相互作用和守恒定律 487
(一)基本粒子的相互作用 487
(二)基本粒子的守恒定律 490
(三)基本粒子的结构模型 498
本章小结 504
思考题和习题 506
结束语 510
附录Ⅰ 各色可见光的波长范围 515
附录Ⅱ 常用物理基本常数表 516
附录Ⅲ 希腊字母表 517
习题答案 518