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第三篇 振动和波动 波动光学 2

第8章 振动 2

8.1 简谐振动 3

8.1.1 简谐振动的方程、速度和加速度 3

8.1.2 描述简谐振动的特征量 4

8.1.3 旋转矢量法 7

8.1.4 简谐振动的实例 11

8.1.5 简谐振动的能量 13

8.2 简谐振动的合成 14

8.2.1 两个同方向同频率简谐振动的合成 14

8.2.2 两个同方向不同频率的简谐振动的合成 16

8.2.3 相互垂直的简谐振动的合成 17

8.3 阻尼振动 受迫振动 共振 19

8.3.1 阻尼振动 19

8.3.2 受迫振动 共振 20

8.4 振动的分解 22

8.5 非线性振动简介 22

本章提要 24

阅读材料（八）原子钟 25

思考题 31

习题 31

第9章 波动 34

9.1 机械波的产生和传播 35

9.1.1 机械波的形成 35

9.1.2 描述波动的物理量 36

9.2 平面简谐波的波函数 39

9.3 波的能量 44

9.3.1 波的能量和能量密度 44

9.3.2 波的能流和能流密度 45

9.3.3 球面波波的吸收 46

9.3.4 声波 47

9.4 波的衍射干涉 50

9.4.1 惠更斯原理波的衍射 50

9.4.2 波的叠加原理 波的干涉 51

9.5 驻波 54

9.5.1 驻波的形成 54

9.5.2 驻波的波动方程 56

9.5.3 半波损失 58

9.5.4 弦线振动的简正模式 59

9.6 多普勒效应 60

9.7 电磁波 63

9.7.1 电磁波的波动方程 63

9.7.2 电磁波的辐射 65

9.7.3 平面电磁波的传播 68

9.7.4 电磁波谱 69

9.7.5 电磁波的能量和动量 70

9.7.6 电磁波的动量 71

9.8 非线性波简介 72

本章提要 73

阅读材料（九） 超声、次声和噪声 75

思考题 82

习题 83

第10章 光学 86

10.1 光的相干性 87

10.1.1 光源 87

10.1.2 光的相干性 87

10.1.3 光程 光程差 88

10.2 分波面干涉 89

10.2.1 杨氏双缝干涉 89

10.2.2 菲涅耳双面镜 劳埃德镜 91

10.3 分振幅干涉 93

10.3.1 薄膜干涉 93

10.3.2 薄膜的等厚干涉 95

10.3.3 薄膜的等倾干涉 98

10.3.4 迈克耳孙干涉仪 100

10.3.5 相干长度 101

10.4 光的衍射 102

10.4.1 光的衍射现象及其分类 102

10.4.2 惠更斯－菲涅耳原理 103

10.4.3 单缝衍射 103

10.4.4 圆孔夫琅禾费衍射 107

10.4.5 光学仪器的分辨能力 107

10.5 光栅 109

10.5.1 光栅衍射现象 110

10.5.2 光栅衍射规律 110

10.5.3 光栅光谱 113

10.6 X射线衍射 114

10.7 光的偏振 115

10.7.1 自然光 偏振光 115

10.7.2 偏振片的起偏与检偏 116

10.7.3 马吕斯定律 117

10.7.4 反射和折射光的偏振 118

10.7.5 晶体的双折射 119

10.8 偏振光的干涉 人为双折射 旋光现象 120

10.8.1 偏振光的干涉 120

10.8.2 人为双折射 122

10.8.3 旋光现象 122

10.9 现代光学简介 123

10.9.1 全息技术 123

10.9.2 非线性光学简介 125

10.9.3 光纤技术 127

本章提要 130

阅读材料（十） 红外线与紫外线 131

思考题 136

习题 138

第四篇 热物理学 142

第11章 气体动理论 142

11.1 平衡态 温度 理想气体状态方程 143

11.1.1 平衡态 143

11.1.2 温度 144

11.1.3 理想气体状态方程 144

11.1.4 统计规律的基本概念 145

11.2 理想气体的压强 146

11.2.1 理想气体的微观模型 平衡状态气体的统计假设 147

11.2.2 理想气体压强公式及其统计意义 147

11.3 温度的微观本质 149

11.3.1 温度的微观解释 149

11.3.2 方均根速率 150

11.4 能量均分定理 理想气体的内能 151

11.4.1 分子的自由度 151

11.4.2 能量均分定理 152

11.4.3 理想气体的内能 153

11.5 麦克斯韦速率分布 153

11.5.1 麦克斯韦速率分布律 154

11.5.2 三个统计速率 155

11.6 玻耳兹曼分布 159

11.7 气体分子的平均碰撞频率和平均自由程 161

11.8 范德瓦尔斯方程 163

11.9 气体内的输运过程 165

11.9.1 内摩擦现象（黏滞现象） 165

11.9.2 热传导现象 166

11.9.3 扩散现象 167

本章提要 167

阅读材料（十一）真空 169

思考题 171

习题 171

第12章 热力学基础 173

12.1 准静态过程 174

12.1.1 准静态过程 174

12.1.2 内能、功和热量 174

12.1.3 准静态过程的功和热量 175

12.2 热力学第一定律 176

12.2.1 热力学第一定律 176

12.2.2 热力学第一定律对理想气体平衡过程的应用 177

12.3 循环过程和卡诺循环 184

12.3.1 循环过程 184

12.3.2 卡诺循环 185

12.4 热力学第二定律 188

12.4.1 热力学第二定律 188

12.4.2 热力学第二定律两种表述的等效性 190

12.4.3 可逆与不可逆过程 190

12.4.4 卡诺定理 192

12.5 热力学第二定律的统计意义 熵 194

12.5.1 热力学第二定律的统计意义 194

12.5.2 熵 熵增原理 196

12.5.3 熵的热力学表示 197

12.5.4 熵与能量退化 开放系统熵变 202

12.5.5 信息熵 204

本章提要 206

阅读材料（十二） 麦克斯韦妖与信息 207

能量的“品质”宇宙热寂论 208

耗散结构简介 209

思考题 214

习题 215

第五篇 近代物理基础 218

第13章 狭义相对论 218

13.1 爱因斯坦基本假设 219

13.1.1 力学相对性原理和伽俐略变换 219

13.1.2 狭义相对论产生的实验基础和历史条件 221

13.1.3 爱因斯坦基本假设（狭义相对论基本原理》 224

13.2 洛伦兹变换 225

13.2.1 洛伦兹坐标变换 225

13.2.2 洛伦兹速度变换 229

13.3 狭义相对论时空观 231

13.3.1 “同时性”的相对性 231

13.3.2 时间膨胀 232

13.3.3 长度收缩 234

13.3.4 因果关系的绝对性 236

13.4 相对论动力学基础 238

13.4.1 相对论质速关系 238

13.4.2 相对论动力学的基本方程 240

13.4.3 相对论动能 240

13.4.4 静能、总能和质能关系 241

13.4.5 能量和动量的关系 243

13.5 广义相对论简介 244

本章提要 249

阅读材料（十三） 宇宙与大爆炸 250

思考题 254

习题 254

第14章 量子力学基础 256

14.1 黑体辐射和普朗克量子假设 257

14.1.1 黑体辐射 257

14.1.2 普朗克量子假设和普朗克公式 259

14.2 光的量子性 262

14.2.1 光电效应 262

14.2.2 康普顿效应 266

14.3 玻尔的氢原子理论 268

14.3.1 氢原子光谱 268

14.3.2 玻尔氢原子理论 269

14.3.3 玻尔氢原子理论 269

14.4 实物粒子的波粒二象性 272

14.4.1 德布罗意波 272

14.4.2 德布罗意波的实验证明 273

14.4.3 德布罗意波的应用 274

14.4.4 德布罗意波的统计解释 275

14.5 不确定关系 275

14.6 薛定谔方程 279

14.6.1 波函数 概率密度 279

14.6.2 薛定谔方程 281

14.6.3 一维无限深方势阱 283

14.6.4 一维方势垒隧道效应 284

14.6.5 一维线性谐振子 宇称 286

14.7 算符与平均值 287

14.7.1 算符的本征值和本征函数 287

14.7.2 力学量的算符表示 288

14.7.3 态叠加原理 290

14.7.4 力学量测量结果概率，平均值 291

14.7.5 算符的对易和不确定关系 292

14.8 氢原子的量子理论 294

14.8.1 氢原子的薛定谔方程 294

14.8.2 Lz及L2的本征值及本征函数 295

14.8.3 径向波函数的求解 297

14.8.4 三个量子数 298

14.8.5 氢原子的波函数 299

14.8.6 电子云 301

14.9 多电子原子中的电子分布 303

14.9.1 电子自旋，自旋量子数 303

14.9.2 多电子原子中的电子分布 304

14.10 激光原理 308

14.10.1 激光的特性 308

14.10.2 原子的激发、辐射与吸收 309

14.10.3 粒子数反转分布 310

14.10.4 光学谐振腔 312

14.10.5 激光器 313

14.11 半导体 314

14.11.1 固体的能带 314

14.11.2 导体、绝缘体及半导体的能带结构 315

14.11.3 本征半导体和杂质半导体 315

14.11.4 pn结 317

14.11.5 光生伏特效应 317

14.12 超导 318

14.12.1 超导的基本现象和性质 318

14.12.2 两类超导体 319

14.12.3 超导现象的微观机理 320

14.12.4 超导的应用前景 321

本章提要 322

阅读材料（十四） 扫描隧穿显微镜 324

思考题 328

习题 329

第15章 原子核物理和粒子物理简介 332

15.1 原子核的基本性质 333

15.1.1 原子核的组成 333

15.1.2 原子核的大小 333

15.1.3 核力 334

15.1.4 核的自旋与磁矩 334

15.2 原子核的结合能 裂变和聚变 335

15.2.1 原子核的结合能 335

15.2.2 重核的裂变 337

15.2.3 轻核的聚变 337

15.3 原子核的放射性衰变 338

15.3.1 放射性衰变 339

15.3.2 放射性衰变规律 340

15.3.3 放射性强度 341

15.4 粒子物理简介 342

15.4.1 粒子的基本特征 342

15.4.2 粒子的相互作用及其统一模型 342

15.4.3 粒子的分类 343

15.4.4 夸克模型 345

本章提要 346

阅读材料（十五）磁共振成像技术 347

思考题 350

习题 351

习题答案 352

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