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第四篇 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10

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 理想的气体的温度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17

14.5.1 自由度17

14.5.2 能量均分定理18

14.5.3 理想气体的内能19

14.6 麦克斯韦速率分布律20

14.6.1 麦克斯韦速率分布函数20

14.6.2 三种统计速率22

14.6.3 气体速率分布的实验验证25

14.7 玻耳兹曼分布律简介26

14.7.1 玻耳兹曼分布律26

14.7.2 重力场中微粒按高度的分布27

14.8 气体分子的平均自由程和平均碰撞频率28

14.8.1 平均碰撞频率29

14.8.2 气体分子的平均自由程30

思考题31

习题32

15 热力学基础35

15.1 准静态过程 功 热量和内能35

15.1.1 准静态过程35

15.1.2 功36

15.1.3 热量37

15.1.4 内能38

15.2 热力学第一定律39

15.2.1 热力学第一定律39

15.2.2 热力学第一定律对理想气体等值过程的应用40

15.2.3 理想气体的摩尔热容41

15.3 绝热过程 多方过程43

15.3.1 绝热过程方程43

15.3.2 准静态绝热过程曲线43

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48

15.5 热力学第二定律51

15.5.1 可逆过程与不可逆过程51

15.5.2 热力学第二定律的表述52

15.5.3 热力学第二定律的实质53

15.5.4 热力学第二定律的微观意义53

15.6 卡诺定理 克劳修斯不等式 熵54

15.6.1 卡诺定理54

15.6.2 克劳修斯不等式54

15.6.3 熵55

15.6.4 热力学第二定律的数学表达式56

15.6.5 熵增加原理57

15.7 热力学第二定律的统计意义 玻耳兹曼熵59

15.7.1 热力学概率59

15.7.2 热力学第二定律的统计意义60

15.7.3 玻耳兹曼熵62

思考题62

习题63

阅读材料67

第五篇 机械振动和机械波67

16 机械振动75

16.1 简谐振动75

16.1.1 简谐振动的特征及其表达式76

16.1.2 描述简谐振动的特征量77

16.1.3 简谐振动的旋转矢量法80

16.1.4 几种常见的简谐振动83

16.1.5 简谐振动的能量86

16.2 阻尼振动 受迫振动 共振87

16.2.1 阻尼振动87

16.2.2 受迫振动 共振89

16.3 非线性振动简介90

16.4 简谐振动和合成92

16.4.1 两个同方向同频率简谐振动的合成92

16.4.2 两个同方向不同频率的简谐振动的合成95

16.4.3 相互垂直的简谐振动的合成96

16.5 振动的分解98

思考题99

习题100

17 机械波105

17.1 机械波的产生和传播105

17.1.1 机械波的产生105

17.1.2 描述波动的物理量106

17.2 平面简谐波 波动方程110

17.2.1 平面简谐波的波动方程110

17.2.2 平面波的波动微分方程112

17.3 波的能量114

17.3.1 波的能量和能量密度114

17.3.2 波的能流和能流密度116

17.3.3 波的吸收117

17.4 波的衍射 干涉118

17.4.1 惠更斯原理 波的衍射118

17.4.2 波的叠加原理 波的干涉119

17.5 驻波121

17.5.1 驻波的形成121

17.5.2 驻波方程122

17.5.3 半波损失125

17.5.4 弦线振动的简正模式125

17.6 多普勒效应126

17.7 非线性波简介128

思考题128

习题129

第六篇 光学137

18 光的干涉137

18.1 光波的基本概念 光波的叠加137

18.1.1 光波137

18.1.2 相干光138

18.1.3 光波的叠加与分析140

18.1.4 光程143

18.2 分波阵面干涉146

18.2.1 杨氏双缝干涉146

18.2.2 其他分波阵面干涉150

18.3 分振幅干涉152

18.3.1 平行平面薄膜干涉152

18.3.2 等厚干涉159

18.4 迈克尔逊干涉仪165

18.4.1 迈克尔逊干涉仪结构165

18.4.2 迈克尔逊干涉仪的干涉现象166

18.5 多光束干涉168

思考题171

习题172

阅读材料175

19 光的衍射179

19.1 光的衍射现象和惠更斯-菲涅尔原理179

19.1.1 光的衍射现象179

19.1.2 菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射180

19.1.3 惠更斯-菲涅尔原理180

19.2 单缝夫琅禾费衍射181

19.2.1 菲涅尔半波带法182

19.2.2 单缝夫琅禾费衍射图样184

19.3 光栅衍射189

19.3.1 光栅189

19.3.2 光栅衍射的强度分布190

19.3.3 光栅衍射的条纹分布192

19.3.4 光栅光谱194

19.4 光学仪器的分辨本领197

19.4.1 圆孔夫琅禾费衍射197

19.4.2 光学仪器的分辨本领198

19.5 X射线的衍射200

思考题202

习题202

阅读材料205

20 光的偏振207

20.1 自然光和偏振光207

20.2 起偏和检偏 马吕斯定律209

20.2.1 起偏和检偏209

20.2.2 马吕斯定律210

20.3 反射光与折射光的偏振性质212

20.4 光的双折射214

20.4.1 双折射与偏振光214

20.4.2 双折射现象的解释218

20.5 偏振光的干涉及其应用221

20.5.1 波片221

20.5.2 椭圆偏振光和圆偏振光223

20.5.3 偏振光的干涉及其应用224

20.5.4 人为双折射现象225

20.6 旋光现象227

思考题228

习题228

阅读材料230

第七篇 量子物理基础242

21 量子物理基础242

21.1 黑体辐射 普朗克能量子假设242

21.1.1 热辐射242

21.1.2 黑体辐射定律243

21.1.3 普朗克能量子假设244

21.2 光的量子性246

21.2.1 光电效应246

21.2.2 爱因斯坦光子假设248

21.2.3 康普顿效应250

21.3 氢原子光谱的实验规律 玻尔理论253

21.3.1 氢原子光谱的实验规律253

21.3.2 玻尔的氢原子理论254

21.4 德布罗意假设 电子衍射实验258

21.4.1 德布罗意物质波假设258

21.4.2 电子衍射实验259

21.5 测不准关系260

21.6 波函数 薛定谔方程263

21.6.1 波函数263

21.6.2 薛定谔方程264

21.6.3 定态薛定谔方程266

21.7 一维势阱 势垒 隧道效应267

21.7.1 一维势阱267

21.7.2 一维势垒 隧道效应271

21.8 氢原子273

21.9 斯特恩-盖拉赫实验 电子自旋276

21.9.1 电子的轨道磁矩276

21.9.2 斯特恩-盖拉赫实验277

21.9.3 电子的自旋278

21.10 原子的壳层结构278

思考题281

习题282

阅读材料285

22 原子核物理与粒子物理简介291

22.1 原子核的基本性质291

22.1.1 原子核的组成291

22.1.2 原子核的大小和密度292

22.1.3 自旋和磁矩293

22.1.4 核力294

22.1.5 原子核的质量与结合能295

22.2 原子核的放射性衰变296

22.2.1 放射性296

22.2.2 放射性衰变定律298

22.2.3 三种衰变方式299

22.2.4 放射性的应用301

22.3 粒子物理简介303

22.3.1 粒子的基本特征303

22.3.2 粒子的相互作用及其统一模型304

22.3.3 粒子的分类304

22.3.4 夸克模型306

思考题308

23 固体物理基础 激光309

23.1 固体的能带结构309

23.1.1 晶态固体的基本性质309

23.1.2 固体的能带311

23.2 绝缘体 导体 半导体314

23.2.1 绝缘体315

23.2.2 导体315

23.2.3 半导体316

23.3 pn结319

23.3.1 pn结319

23.3.2 结型晶体管320

23.3.3 场效应晶体管320

23.4 激光322

23.4.1 激光的基本原理322

23.4.2 常见激光器及激光应用327

思考题329

习题330

阅读材料331

附表353

参考文献355