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第3篇　振动与波动3

第7章　振动3

7.1　简谐振动　相位3

7.1.1　简谐振动3

7.1.2　几种典型的简谐振动3

7.1.3　旋转矢量表示法　相位6

7.1.4　简谐振动的能量7

7.2　简谐振动的合成11

7.2.1 同方向简谐振动的合成11

7.2.2　相互垂直的简谐振动的合成14

7.3　阻尼振动　受迫振动　共振17

7.3.1　阻尼振动17

7.3.2　受迫振动与共振20

7.3.3　受驱振荡电磁共振21

本章提要23

习题24

第8章 波动29

8.1　简谐波29

8.1.1　波的基本概念29

8.1.2　波函数30

8.1.3　波动方程32

8.2　机械波34

8.2.1　机械波产生的条件及传播机制34

8.2.2　物体的弹性形变34

8.2.3　机械波在弹性介质中的波速36

8.3.1　波的能量38

8.3　机械波的能量和强度38

8.3.3　波的强度39

8.3.2　能量密度39

8.3.4　波的吸收41

8.3.5　声波42

8.4　电磁波44

8.4.1　电磁波的波动方程44

8.4.2　电磁波的性质46

8.4.3 电磁波的能量47

8.4.4 电磁波的动量48

8.4.5　电磁波的辐射与接收49

8.4.6 电磁波谱52

8.5.1　惠更斯原理53

8.5　惠更斯原理及其应用53

8.5.2　波的反射定律和折射定律54

8.5.3　波的衍射55

8.6　波的干涉　驻波55

8.6.1　波的叠加原理55

8.6.2　波的干涉56

8.6.3　驻波57

8.6.4　半波损失60

8.7　多普勒效应61

8.7.1　机械波的多普勒效应61

8.7.2　光的多普勒效应63

8.7.3　光的多普勒效应与“宇宙大爆炸”形成说64

8.8.1　非线性波65

8.8　非线性波　孤子65

8.8.2　孤子66

本章提要67

习题69

第9章　光的波动性74

9.1　光的相干性74

9.1.1　光的相干条件74

9.1.2　获得相干光的方法75

9.1.3　光程、光程差和半波损失75

9.1.4　两列相干光叠加后的光强分布77

9.2　光的分波面干涉78

9.2.1　杨氏双缝干涉78

9.2.3　劳埃德实验80

9.2.2　菲涅耳双镜实验80

9.3　光的分振幅干涉81

9.3.1　薄膜干涉81

9.3.2　等厚干涉82

9.3.3　等倾干涉85

9.4　光的夫琅禾费衍射89

9.4.1　惠更斯-菲涅耳原理89

9.4.2　光的衍射现象及其分类89

9.4.3　单缝夫琅禾费衍射90

9.4.4　圆孔衍射92

9.4.5　光学仪器的分辨率93

9.5　光栅衍射94

9.5.1　光栅结构94

9.5.3　光栅公式95

9.5.2　双缝衍射95

9.5.4　光栅光谱98

9.6　X射线的衍射100

9.7　光的偏振101

9.7.1 自然光和偏振光102

9.7.2　马吕斯定律103

9.7.3　布儒斯特定律104

9.7.4　光的双折射105

9.7.5　偏振光的干涉107

9.8　偏振光的应用108

9.8.1　光弹性效应108

9.8.2　克尔效应109

本章提要110

9.8.3　旋光现象110

习题112

第4篇　物质的波粒二象性117

第10章　光的波粒二象性117

10.1　黑体辐射定律与普朗克能量子假设117

10.1.1　热辐射的几个基本概念117

10.1.2　基尔霍夫定律118

10.1.3　黑体辐射的实验定律119

10.1.4　普朗克的能量子假设121

10.2　光子理论与光的波粒二象性124

10.2.1　光电效应的实验规律124

10.2.2　光的波动说遇到的困难125

10.2.3　爱因斯坦的光子理论125

10.2.4　多光子光电效应和光电导效应127

10.2.5　光的波粒二象性本质128

10.3　康普顿效应129

10.3.1　康普顿效应的特点129

10.3.2　康普顿效应的理论解释130

本章提要133

习题133

第11章　量子力学基础136

11.1 物质波136

11.1.1　德布罗意的物质波假设136

11.1.2　德布罗意波的实验证实137

11.1.3　德布罗意的驻波思想140

11.1.4　微观粒子波动性的统计解释140

11.2.1　物质波的波函数141

11.2　薛定谔方程141

11.2.2　力学量的算符表示143

11.2.3　薛定谔方程144

11.3　定态薛定谔方程和驻波思想的应用146

11.3.1　一维无限深势阱146

11.3.2　一维势垒　隧道效应149

11.3.3　一维线性谐振子152

11.3.4　氢原子153

11.3.5 电子的自旋155

11.4　海森伯不确定关系156

11.4.1　坐标和动量的不确定关系156

11.4.2　能量和时间的不确定关系157

11.4.3　其他形式的不确定关系157

11.4.5　牛顿力学的适用度158

11.4.4　不确定关系与时空对称性158

11.5　原子和原子核结构159

11.5.1　原子的壳层结构159

11.5.2　原子核的基本性质和结构160

11.5.3　核磁共振165

本章提要166

习题167

第5篇 大量粒子运动的宏观规律170

第12章　统计物理学基础170

12.1　理想气体压强和温度的统计意义170

12.1.1　系统的状态及其描述170

12.1.2　理想气体分子模型和统计假设171

12.1.3　理想气体压强的统计解释172

12.1.4　温度的统计意义174

12.2　能量均分定理　理想气体的热力学能175

12.2.1 自由度175

12.2.2　能量均分定理175

12.2.3　理想气体的热力学能176

12.3　粒子的经典统计分布177

12.3.1　测定气体分子速率分布的实验177

12.3.2　速率分布函数177

12.3.3　麦克斯韦速率分布定律178

12.3.4　三种特征速率179

12.3.5　玻耳兹曼分布定律181

12.3.6　大气密度和压强随高度变化的规律182

12.4.1　气体分子的碰撞183

12.4　气体分子的碰撞及其迁移现象183

12.4.2　气体内的迁移现象186

12.5　粒子的统计分布188

12.5.1　经典粒子与量子粒子188

12.5.2　费米-狄拉克统计188

12.5.3　玻色-爱因斯坦统计189

12.5.4　经典统计与量子统计的关系189

12.6　激光189

12.6.1　激光产生的基本原理189

12.6.2　激光的特性192

12.7　玻色-爱因斯坦凝聚和原子激射器193

12.7.1　玻色-爱因斯坦凝聚193

12.6.3　激光器193

12.7.2　原子激射器195

本章提要196

习题197

第13章　热力学基础201

13.1　热力学第零定律　温度和温标201

13.1.1　热力学第零定律201

13.1.2　温标201

13.2　热力学第一定律202

13.2.1　准静态过程202

13.2.2　热功转换和系统的热力学能204

13.2.3　热力学第一定律205

13.3.1　气体的摩尔热容206

13.3.2　等体过程206

13.3　热力学第一定律在理想气体准静态过程中的应用206

13.3.3　等压过程207

13.3.4　等温过程209

13.3.5　绝热过程210

13.4　节流过程和焓212

13.4.1　节流过程212

13.4.2　焓212

13.5　循环过程　卡诺循环213

13.5.1　循环过程213

13.5.2　卡诺循环214

13.6　热力学第二定律217

13.6.1　热力学过程的不可逆性217

13.6.2　热力学第二定律的表述217

13.6.3　卡诺定理219

13.7　熵热力学第三定律220

13.7.1　熵的概念220

13.7.2　熵增加原理222

13.7.3　熵的统计解释223

13.7.4　热力学第三定律225

13.8　熵概念的拓展与应用226

13.8.1　熵概念的拓展226

13.8.2　熵概念的应用230

本章提要233

习题235

习题参考答案239

附录　常用物理常数表245

参考文献246