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第3篇 热学3

第9章 气体动理论3

9.1 状态参量 平衡态准静态过程3

9.1.1 气体的状态参量3

9.1.2 平衡态5

9.1.3 准静态过程6

9.2 理想气体的物态方程6

9.3 麦克斯韦速率分布9

9.3.1 麦克斯韦速率分布律9

9.3.2 三个统计速率11

9.3.3 麦克斯韦速率分布律的实验验证13

9.4 玻耳兹曼分布14

9.4.1 玻耳兹曼分布律14

9.4.2 重力场中微粒按高度的分布15

9.4.3 统计规律性与涨落15

9.5 理想气体的压强16

9.5.1 理想气体的微观模型16

9.5.2 平衡状态气体的统计假设（又称分子混沌性假设）16

9.5.3 理想气体压强公式及其统计意义17

9.6 温度的微观本质 理想气体物态方程的推证19

9.6.1 温度的微观解释19

9.6.2 理想气体物态方程的推证20

9.7 能量均分定理 理想气体的内能21

9.7.1 自由度21

9.7.2 能量均分定理22

9.7.3 理想气体的内能23

9.8 真实气体24

9.8.1 真实气体的等温线24

9.8.2 范德瓦耳斯方程25

9.9 气体分子的平均自由程和平均碰撞频率27

9.10 气体内的输运过程30

9.10.1 黏性现象（内摩擦）30

9.10.2 热传导32

9.10.3 扩散现象33

9.10.4 低压下的热传导33

思考题934

习题935

第10章 热力学基础38

10.1 热力学第一定律内能 功 热量38

10.1.1 热力学第一定律38

10.1.2 内能39

10.1.3 功40

10.1.4 热量和热容量40

10.2 热力学第一定律的应用42

10.2.1 等体过程42

10.2.2 等压过程43

10.2.3 等温过程44

10.3 理想气体的绝热过程46

10.3.1 理想气体的准静态绝热过程47

10.3.2 非静态绝热过程48

10.3.3 多方过程49

10.4 循环过程和卡诺循环53

10.4.1 循环过程53

10.4.2 卡诺循环54

10.5 热力学第二定律和不可逆过程 卡诺定理59

10.5.1 自然过程的方向性59

10.5.2 热力学第二定律的两种表述59

10.5.3 热力学第二定律两种表述的等效性60

10.5.4 可逆和不可逆过程61

10.5.5 卡诺定理62

10.6 热力学第二定律的统计意义和熵的概念63

10.6.1 热力学第二定律的统计意义63

10.6.2 熵和玻耳兹曼熵公式及熵增加原理64

10.6.3 熵的热力学表示及熵差计算66

思考题1068

习题1070

第4篇 振动、波动和光学77

第11章 振动学基础77

11.1 简谐振动的描述77

11.1.1 弹簧振子77

11.1.2 简谐振动的表达式77

11.1.3 简谐振动的速度和加速度78

11.1.4 振动的相位79

11.1.5 旋转矢量表示法80

11.2 简谐振动的动力学特征81

11.2.1 简谐振动的动力学定义81

11.2.2 简谐振动的实例84

11.2.3 简谐振动的能量85

11.3 简谐振动的合成88

11.3.1 两个同方向同频率简谐振动的合成88

11.3.2 两个同方向不同频率简谐振动的合成89

11.3.3 相互垂直的简谐振动的合成91

11.4 阻尼振动93

11.5 受迫振动 共振94

11.6 电磁振荡96

思考题1197

习题1199

第12章 波动学基础103

12.1 机械波的产生和传播103

12.1.1 机械波的形成103

12.1.2 描述波动的物理量105

12.2 平面简谐波的波函数106

12.2.1 波函数的建立106

12.2.2 波函数的物理意义107

12.3 波动方程与波速111

12.3.1 物体的弹性形变111

12.3.2 波动方程112

12.3.3 决定波速的因素113

12.4 波的能量114

12.4.1 平面简谐纵波传播时介质元的能量114

12.4.2 波的能量密度和能流密度115

12.4.3 波的吸收116

12.4.4 球面波117

12.5 惠更斯原理118

12.5.1 惠更斯原理118

12.5.2 惠更斯原理的应用119

12.6 波的叠加原理 波的干涉120

12.6.1 波的叠加原理120

12.6.2 波的干涉120

12.7 驻波122

12.7.1 驻波的形成122

12.7.2 驻波的波函数124

12.7.3 半波损失126

12.7.4 弦线振动的简正模式126

12.8 多普勒效应127

12.9 声波129

12.9.1 声压129

12.9.2 声强和声强级129

12.10 电磁波131

12.10.1 电磁波及其性质131

12.10.2 电磁波的能量132

12.10.3 电磁波的产生与传播133

12.10.4 电磁波谱135

思考题12136

习题12138

第13章 光学141

13.1 几何光学的基本原理141

13.1.1 几何光学的基本定律141

13.1.2 全反射143

13.1.3 费马原理143

13.2 几何光学成像的基本概念和薄透镜成像规律145

13.2.1 同心光束 物和像145

13.2.2 光在平面上的反射146

13.2.3 光在球面上的折射和反射146

13.2.4 薄透镜151

13.3 光学仪器155

13.3.1 照相机155

13.3.2 显微镜156

13.3.3 望远镜157

13.4 光的相干性158

13.4.1 光源158

13.4.2 光的干涉现象160

13.4.3 光程162

13.5 双缝干涉163

13.5.1 杨氏双缝干涉163

13.5.2 菲涅耳双镜164

13.5.3 劳埃德镜165

13.6 薄膜干涉166

13.6.1 薄膜的等倾干涉166

13.6.2 薄膜的等厚干涉170

13.6.3 迈克耳孙干涉仪173

13.6.4 多层薄膜系统174

13.7 单缝衍射176

13.7.1 惠更斯－菲涅耳原理176

13.7.2 单缝衍射178

13.8 光栅衍射180

13.8.1 衍射光栅180

13.8.2 光栅衍射的光强分布181

13.9 光学仪器的分辨本领184

13.10 X射线衍射186

13.11 偏振光与自然光187

13.11.1 偏振光188

13.11.2 自然光189

13.12 马吕斯定律189

13.12.1 偏振片189

13.12.2 马吕斯定律190

13.13 反射和折射时光的偏振192

13.14 双折射现象193

13.14.1 双折射的寻常光和非常光193

13.14.2 光轴和主平面194

13.14.3 双折射现象的解释195

13.14.4 偏振棱镜196

13.15 椭圆偏振光和圆偏振光 波片198

13.15.1 椭圆偏振光和圆偏振光198

13.15.2 波片199

13.15.3 偏振光的检验200

13.16 偏振光的干涉 人为双折射现象 旋光现象201

13.16.1 偏振光的干涉201

13.16.2 人为双折射现象202

13.16.3 物质的旋光性204

思考题13204

习题13207

第5篇 近代物理基础215

第14章 量子物理215

14.1 黑体辐射和普朗克量子假设215

14.1.1 黑体辐射216

14.1.2 普朗克量子假设和普朗克公式218

14.2 光电效应和爱因斯坦光子理论220

14.2.1 光电效应220

14.2.2 爱因斯坦光子理论221

14.2.3 光的波粒二象性222

14.3 康普顿效应（康普顿散射）223

14.4 氢原子光谱和玻尔理论227

14.4.1 经典原子模型227

14.4.2 氢原子光谱228

14.4.3 玻尔氢原子理论229

14.5 德布罗意假设与电子衍射实验233

14.5.1 德布罗意假设233

14.5.2 电子衍射实验235

14.6 波函数的统计解释237

14.6.1 关于粒子和波的分析237

14.6.2 波函数的统计解释238

14.6.3 态叠加原理240

14.7 不确定关系241

14.8 薛定谔方程243

14.8.1 薛定谔方程的引入243

14.8.2 定态薛定谔方程244

14.9 一维定态245

14.9.1 一维无限深方势阱246

14.9.2 隧道效应249

14.9.3 一维线性谐振子宇称251

14.10 原子中的电子 原子的壳层结构253

14.10.1 氢原子中电子的波函数及其概率分布253

14.10.2 电子的自旋 施特恩－格拉赫实验256

14.10.3 泡利原理 多电子原子的壳层结构258

14.10.4 元素周期表260

思考题14262

习题14263

第15章 原子核物理和粒子物理简介266

15.1 原子核的基本性质266

15.1.1 原子核的组成266

15.1.2 核素图267

15.1.3 原子核的大小和形状267

15.1.4 核的自旋和磁矩268

15.2 原子核的结合能269

15.3 核力270

15.3.1 核力的一般性质270

15.3.2 核力的介子理论271

15.4 原子核的放射性272

15.4.1 放射性的一般现象272

15.4.2 衰变规律272

15.4.3 放射性强度与辐射剂量273

15.5 核反应274

15.5.1 核反应274

15.5.2 Q方程275

15.5.3 反应截面276

15.5.4 核反应机制277

15.6 原子核的裂变和聚变277

15.6.1 重核裂变277

15.6.2 裂变机制278

15.6.3 裂变能的利用278

15.6.4 轻核聚变279

15.7 粒子物理的基本特点282

15.8 粒子的分类282

15.8.1 粒子的分类282

15.8.2 共振态283

15.9 守恒定律287

15.9.1 轻子数和重子数287

15.9.2 同位旋I和同位旋z分量Iz287

15.9.3 奇异数287

15.9.4 电荷共轭288

15.9.5 宇称288

15.10 夸克（层子）模型289

15.11 相互作用及其统一性探索291

15.11.1 相互作用291

15.11.2 统一性探索291

思考题15295

习题15295

第16章 分子与固体297

16.1 化学键297

16.1.1 离子键298

16.1.2 共价键299

16.1.3 金属键301

16.1.4 分子间的作用力301

16.2 晶体结构302

16.2.1 晶格的周期性303

16.2.2 晶体分类304

16.3 能带理论307

16.4 导体、绝缘体、半导体308

16.4.1 导体、半导体和绝缘体的能带差异308

16.4.2 半导体的导电机理309

16.4.3 n型半导体、p型半导体309

16.4.4 pn结310

思考题16311

第17章 天体物理与宇宙学312

17.1 广义相对论印证313

17.1.1 广义相对论的等效原理313

17.1.2 光线引力偏折和弯曲时空313

17.1.3 引力辐射314

17.1.4 引力红移315

17.2 白矮星 中子星黑洞315

17.2.1 白矮星316

17.2.2 中子星316

17.2.3 黑洞317

17.3 宇宙论317

17.3.1 哈勃定律与膨胀宇宙317

17.3.2 大爆炸宇宙学说318

17.3.3 暴胀宇宙学问世320

思考题17321

部分习题参考答案322

附录329

附录1 书中物理量及单位的符号329

附录2 名词索引331

参考文献343