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第三篇 热学2

14 气体动理论2

14.1 热学的基本概念2

14.1.1 系统与外界2

14.1.2 平衡态2

14.1.3 状态参量3

14.1.4 状态方程4

14.1.5 热力学第零定律6

14.2 气体动理论的基本观点7

14.2.1 分子运动的基本概念7

14.2.2 统计观点简介8

14.3 理想气体的压强9

14.3.1 理想气体微观模型10

14.3.2 分子集体行为的统计假设10

14.3.3 理想气体的压强公式11

14.4 理想气体的温度14

14.4.1 温度的统计解释14

14.4.2 方均根速率15

14.5 能量均分定理 理想气体的内能16

14.5.1 自由度16

14.5.2 能量均分定理17

14.5.3 理想气体的内能19

14.6 麦克斯韦速率分布律19

14.6.1 麦克斯韦速率分布函数19

14.6.2 三种统计速率21

14.6.3 气体速率分布的实验验证24

14.7 玻耳兹曼分布律简介25

14.7.1 玻耳兹曼分布律25

14.7.2 重力场中微粒按高度的分布26

14.8 气体分子的平均自由程和平均碰撞频率27

14.8.1 平均碰撞频率28

14.8.2 气体分子的平均自由程29

思考题30

习题31

15 热力学基础34

15.1 准静态过程 功 热和内能34

15.1.1 准静态过程34

15.1.2 功35

15.1.3 热量36

15.1.4 内能37

15.2 热力学第一定律38

15.2.1 热力学第一定律38

15.2.2 热力学第一定律对理想气体等值过程的应用39

15.2.3 理想气体的摩尔热容40

15.3 绝热过程 多方过程42

15.3.1 绝热过程方程42

15.3.2 准静态绝热过程曲线42

15.3.3 多方过程45

15.4 循环过程 卡诺循环46

15.4.1 循环过程46

15.4.2 卡诺循环47

15.5 热力学第二定律50

15.5.1 可逆过程与不可逆过程50

15.5.2 热力学第二定律的表述51

15.5.3 热力学第二定律的实质52

15.5.4 热力学第二定律的微观意义52

15.6 卡诺定理 克劳修斯不等式 熵53

15.6.1 卡诺定理53

15.6.2 克劳修斯不等式54

15.6.3 熵54

15.6.4 热力学第二定律的数学表达式55

15.6.5 熵增加原理56

15.7 热力学第二定律的统计意义 玻耳兹曼熵58

15.7.1 热力学概率58

15.7.2 热力学第二定律的统计意义60

15.7.3 玻耳兹曼熵61

思考题61

习题62

阅读材料66

第四篇 机械振动和机械波74

16 机械振动74

16.1 简谐振动74

16.1.1 简谐振动的特征及其表达式74

16.1.2 描述简谐振动的特征量76

16.1.3 简谐振动的旋转矢量法79

16.1.4 几种常见的简谐振动82

16.1.5 简谐振动的能量85

16.2 阻尼振动 受迫振动 共振86

16.2.1 阻尼振动86

16.2.2 受迫振动 共振88

16.3 非线性振动简介90

16.4 简谐振动的合成91

16.4.1 两个同方向同频率简谐振动的合成91

16.4.2 两个同方向不同频率的简谐振动的合成94

16.4.3 相互垂直的简谐振动的合成95

16.5 振动的分解97

思考题98

习题99

17 机械波104

17.1 机械波的产生和传播104

17.1.1 机械波的产生104

17.1.2 描述波动的物理量105

17.2 平面简谐波波动方程109

17.2.1 平面简谐波的波动方程109

17.2.2 平面波的波动微分方程111

17.3 波的能量113

17.3.1 波的能量和能量密度113

17.3.2 波的能流和能流密度115

17.3.3 波的吸收117

17.4 波的衍射 干涉117

17.4.1 惠更斯原理 波的衍射117

17.4.2 波的叠加原理 波的干涉118

17.5 驻波120

17.5.1 驻波的形成120

17.5.2 驻波方程122

17.5.3 半波损失124

17.5.4 弦线振动的简正模式124

17.6 多普勒效应125

17.7 非线性波简介127

思考题127

习题128

第五篇 光学136

18 光的干涉136

18.1 光波的基本概念 光波的叠加136

18.1.1 光波136

18.1.2 相干光137

18.1.3 光波的叠加与分析139

18.1.4 光程142

18.2 分波阵面干涉144

18.2.1 杨氏双缝干涉144

18.2.2 其他分波阵面干涉148

18.3 分振幅干涉150

18.3.1 平行平面薄膜干涉151

18.3.2 等厚干涉157

18.4 迈克尔逊干涉仪164

18.4.1 迈克尔逊干涉仪结构164

18.4.2 迈克尔逊干涉仪的干涉现象165

18.5 多光束干涉167

思考题169

习题170

阅读材料174

19 光的衍射178

19.1 光的衍射现象和惠更斯-菲涅尔原理178

19.1.1 光的衍射现象178

19.1.2 菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射179

19.1.3 惠更斯-菲涅尔原理179

19.2 单缝夫琅禾费衍射180

19.2.1 菲涅尔半波带法181

19.2.2 单缝夫琅禾费衍射图样183

19.3 光栅衍射188

19.3.1 光栅188

19.3.2 光栅衍射的强度分布189

19.3.3 光栅衍射的条纹分布191

19.3.4 光栅光谱194

19.4 光学仪器的分辨本领195

19.4.1 圆孔夫琅禾费衍射195

19.4.2 光学仪器的分辨本领196

19.5 X射线的衍射198

思考题200

习题201

阅读材料203

20 光的偏振205

20.1 自然光和偏振光205

20.2 起偏和检偏 马吕斯定律207

20.2.1 起偏和检偏207

20.2.2 马吕斯定律208

20.3 反射光与折射光的偏振性质210

20.4 光的双折射212

20.4.1 双折射与偏振光212

20.4.2 双折射现象的解释216

20.5 偏振光的干涉及其应用219

20.5.1 波片219

20.5.2 椭圆偏振光和圆偏振光220

20.5.3 偏振光的干涉及其应用222

20.5.4 人为双折射现象223

20.6 旋光现象225

思考题226

习题226

阅读材料228

第六篇 量子力学240

21 量子力学基础240

21.1 黑体辐射 普朗克能量子假设240

21.1.1 热辐射240

21.1.2 黑体辐射定律241

21.1.3 普朗克能量子假设242

21.2 光的量子性244

21.2.1 光电效应244

21.2.2 爱因斯坦光子假设246

21.2.3 康普顿效应248

21.3 氢原子光谱的实验规律 玻尔理论251

21.3.1 氢原子光谱的实验规律251

21.3.2 玻尔的氢原子理论252

21.4 德布罗意假设 电子衍射实验256

21.4.1 德布罗意物质波假设256

21.4.2 电子衍射实验257

21.5 测不准关系258

21.6 波函数 薛定谔方程261

21.6.1 波函数261

21.6.2 薛定谔方程262

21.6.3 定态薛定谔方程264

21.7 一维势阱 势垒 隧道效应265

21.7.1 一维势阱265

21.7.2 一维势垒 隧道效应269

21.8 氢原子271

21.9 斯特恩-盖拉赫实验 电子自旋274

21.9.1 电子的轨道磁矩274

21.9.2 斯特恩-盖拉赫实验275

21.9.3 电子的自旋276

21.10 原子的壳层结构276

思考题279

习题280

阅读材料283

22 原子核物理与粒子物理简介289

22.1 原子核的基本性质289

22.1.1 原子核的组成289

22.1.2 原子核的大小和密度290

22.1.3 自旋和磁矩291

22.1.4 核力292

22.1.5 原子核的质量与结合能293

22.2 原子核的放射性衰变294

22.2.1 放射性294

22.2.2 放射性衰变定律296

22.2.3 三种衰变方式297

22.2.4 放射性的应用299

22.3 粒子物理简介301

22.3.1 粒子的基本特征301

22.3.2 粒子的相互作用及其统一模型302

22.3.3 粒子的分类302

22.3.4 夸克模型304

思考题306

23 固体物理基础激光307

23.1 固体的能带结构307

23.1.1 晶态固体的基本性质307

23.1.2 固体的能带309

23.2 绝缘体 导体 半导体312

23.2.1 绝缘体313

23.2.2 导体313

23.2.3 半导体314

23.3 pn结317

23.3.1 pn结概述317

23.3.2 结型晶体管318

23.3.3 场效应晶体管319

23.4 激光319

23.4.1 激光的基本原理320

23.4.2 常见激光器及激光应用324

思考题327

习题327

阅读材料329

附表351

参考文献353