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第三篇 热学3

第十六章 气体动理论3

16.1平衡态 热力学第零定律 物态方程3

16.1.1气体的平衡态3

16.1.2状态参量 热力学第零定律4

16.1.3理想气体的物态方程6

16.1.4准静态过程 平衡态与准静态过程的几何图示8

16.2理想气体的压强与温度8

16.2.1理想气体的微观模型8

16.2.2理想气体的压强9

16.2.3理想气体的温度11

16.3理想气体的内能12

16.3.1自由度12

16.3.2能量均分定理13

16.3.3理想气体的内能14

16.4玻耳兹曼分布律15

16.4.1气体分子在重力场中的分布16

16.4.2玻耳兹曼分布律17

16.5 麦克斯韦速率分布律17

16.5.1麦克斯韦速率分布律17

16.5.2麦克斯韦速率分布律的应用19

16.5.3麦克斯韦速率分布律的初等证明21

16.5.4麦克斯韦速率分布律的实验验证22

16.6气体分子的平均碰撞频率和平均自由程22

16.6.1气体分子热运动的图像22

16.6.2气体分子的平均碰撞频率与平均自由程23

16.6.3 u = ？2v的证明25

16.7气体内部的输运现象25

16.7.1黏性现象26

16.7.2热传导现象26

16.7.3扩散现象27

16.8范德瓦耳斯方程28

思考题与习题30

阅读材料 布朗运动及其应用33

第十七章 热力学第一定律36

17.1热力学第一定律36

17.1.1内能、功与热量36

17.1.2热力学第一定律38

17.2等体、等压与等温过程40

17.2.1等体过程40

17.2.2等压过程41

17.2.3等温过程43

17.3绝热过程与多方过程45

17.3.1绝热过程45

17.3.2多方过程47

17.4循环过程与卡诺循环49

17.4.1循环过程49

17.4.2卡诺循环51

思考题与习题53

阅读材料 能量守恒定律的建立57

第十八章 热力学第二定律59

18.1可逆过程与不可逆过程59

18.1.1宏观过程的方向性59

18.1.2可逆过程与不可逆过程60

18.2热力学第二定律60

18.2.1热力学第二定律的两种表述60

18.2.2两种表述的等价性61

18.2.3热力学第二定律的实质62

18.2.4热力学第二定律的统计意义63

18.3熵与熵增加原理64

18.3.1熵的概念 玻耳兹曼关系式64

18.3.2熵增加原理65

18.3.3等温过程中Ω2/Ω1=（V2/V1）N的证明67

18.3.4熵变的计算67

18.4熵概念的泛化与应用68

18.4.1信息与熵68

18.4.2能量与熵70

18.4.3生命与熵70

思考题与习题71

阅读材料 耗散结构72

第四篇 振动与波77

第十九章 机械振动77

19.1简谐振动的特征77

19.1.1简谐振动的运动学特征77

19.1.2简谐振动的动力学特征78

19.2简谐振动的描述80

19.2.1简谐振动的解析描述——描述简谐振动的物理量80

19.2.2简谐振动的几何描述——旋转矢量法83

19.3简谐振动的能量86

19.4简谐振动的合成88

19.4.1两个同方向、同频率的简谐振动的合成88

19.4.2两个同方向、不同频率的简谐振动的合成拍91

19.4.3两个相互垂直、频率相同或为整数比的简谐振动的合成93

19.5阻尼振动 受迫振动 共振95

19.5.1阻尼振动95

19.5.2受迫振动 共振97

19.6非线性振动与混沌98

19.6.1非线性振动98

19.6.2混沌100

思考题与习题101

阅读材料 共振的利弊105

第二十章 机械波107

20.1机械波的基本概念107

20.1.1机械波的产生条件107

20.1.2横波与纵波108

20.1.3波线与波面109

20.1.4波长、周期、频率与波速109

20.2平面简谐波的波函数110

20.2.1波函数的概念及其表达式110

20.2.2波函数的物理意义111

20.2.3波函数的求解112

20.3波的能量与能流114

20.3.1波的能量114

20.3.2波的能流115

20.4波的衍射116

20.4.1惠更斯原理116

20.4.2波的衍射118

20.5波的干涉118

20.5.1波的叠加原理118

20.5.2波的干涉119

20.6驻波 相位突变（半波损失）121

20.6.1驻波121

20.6.2相位突变（半波损失）123

20.7多普勒效应124

20.8声波127

20.8.1声波与声强127

20.8.2超声波129

20.8.3次声波129

思考题与习题130

阅读材料 孤波与孤子134

第五篇 光学139

第二十一章 光的干涉139

21.1光与光程139

21.1.1光与相干光139

21.1.2获得相干光的基本方法140

21.1.3光程与光程差140

21.2双缝干涉142

21.2.1杨氏双缝干涉实验142

21.2.2劳埃德镜干涉与半波损失144

21.3薄膜干涉145

21.3.1平行平面膜的等倾干涉146

21.3.2非平行膜的等厚干涉151

21.4迈克耳孙干涉仪156

21.5光的时间相干性与空间相干性157

21.5.1光的时间相干性158

21.5.2光的空间相干性159

思考题与习题160

第二十二章 光的衍射167

22.1惠更斯-菲涅耳原理167

22.1.1惠更斯-菲涅耳原理167

22.1.2衍射的分类169

22.2单缝衍射170

22.2.1单缝衍射实验170

22.2.2半波带法171

22.3圆孔衍射174

22.3.1圆孔衍射174

22.3.2光学仪器的分辨本领176

22.4光栅衍射178

22.4.1光栅衍射现象178

22.4.2光栅方程180

22.4.3缺级与重叠182

22.5 X射线衍射184

22.6全息照相简介186

思考题与习题189

第二十三章 光的偏振192

23.1自然光与偏振光192

23.1.1自然光192

23.1.2偏振光193

23.2起偏与检偏 马吕斯定律194

23.2.1起偏与检偏194

23.2.2马吕斯定律195

23.3布儒斯特定律 由反射与折射获得偏振光197

23.3.1布儒斯特定律197

23.3.2由反射与折射获得偏振光198

23.4双折射现象199

23.4.1双折射现象199

23.4.2双折射现象的产生机理201

23.4.3晶片 波片 偏振片202

23.5偏振光的干涉与人工双折射204

23.5.1椭圆偏振光与圆偏振光204

23.5.2偏振光的干涉204

23.5.3人工双折射及其应用206

23.6旋光现象及其应用207

23.7光的吸收、色散与散射208

23.7.1光的吸收208

23.7.2光的色散209

23.7.3光的散射210

思考题与习题210

阅读材料 液晶213

第二十四章 光的直线传播218

24.1几何光学的基本定律218

24.1.1光的直线传播定律218

24.1.2光的独立传播定律219

24.1.3光的反射与折射定律219

24.2光在平面上的反射与折射221

24.2.1光在平面上的反射221

24.2.2光在平面上的折射222

24.3光在球面上的反射与折射223

24.3.1光在球面上的反射223

24.3.2光在球面上的折射226

24.4薄透镜229

24.4.1薄透镜及其成像原理229

24.4.2薄透镜成像的作图法232

24.5几种常见的光学仪器233

24.5.1眼睛233

24.5.2放大镜234

24.5.3显微镜235

24.5.4望远镜236

24.5.5照相机237

思考题与习题238

阅读材料 光纤通信239

第六篇 量子物理学基础及固体物理学简介245

第二十五章 量子力学的实验基础245

25.1黑体辐射的实验规律245

25.1.1黑体辐射245

25.1.2普朗克能量子假说247

25.2光电效应248

25.2.1光电效应的实验规律248

25.2.2光电效应的理论解释 爱因斯坦的光子理论250

25.2.3光的波粒二象性253

25.3康普顿效应253

25.3.1康普顿效应253

25.3.2康普顿偏移公式的推导255

25.4玻尔的氢原子模型 弗兰克-赫兹实验257

25.4.1氢原子光谱的实验规律257

25.4.2玻尔的氢原子模型258

25.4.3弗兰克-赫兹实验261

25.4.4对应原理262

25.5德布罗意波263

25.5.1德布罗意假设263

25.5.2德布罗意物质波的实验验证264

思考题与习题265

阅读材料 玻尔268

第二十六章量子力学初步270

26.1波函数270

26.1.1波函数的概念270

26.1.2波函数的统计解释271

26.1.3波函数的特性272

26.1.4德布罗意波与经典波的比较274

26.2不确定关系275

26.3薛定谔方程277

26.3.1薛定谔方程的一般形式277

26.3.2定态薛定谔方程277

26.3.3态叠加原理278

26.4一维无限深势阱279

26.5线性谐振子281

26.6一维势垒 扫描隧穿显微镜283

26.6.1一维势垒283

26.6.2扫描隧穿显微镜285

思考题与习题286

阅读材料AB效应287

第二十七章 原子结构的量子理论291

27.1氢原子的量子理论291

27.1.1氢原子的薛定谔方程291

27.1.2氢原子的能量及角动量292

27.2电子的自旋294

27.2.1施特恩-格拉赫实验294

27.2.2电子的自旋295

27.2.3全同粒子的交换对称性296

27.3原子的壳层结构296

27.3.1四个量子数296

27.3.2原子的壳层结构297

27.3.3元素周期表300

思考题与习题300

第二十八章 分子与固体302

28.1化学键302

28.1.1离子键302

28.1.2共价键303

28.2分子的振动与转动303

28.2.1分子的振动303

28.2.2分子的转动303

28.3金属导电的量子解释304

28.3.1固体的结构304

28.3.2金属中自由电子的能量分布305

28.3.3金属导电的量子解释305

28.4能带理论307

28.4.1电子的共有化307

28.4.2能带的形成308

28.5绝缘体 导体 半导体309

28.5.1绝缘体309

28.5.2导体309

28.5.3半导体310

28.5.4半导体的特性及其应用311

思考题与习题314

阅读材料 纳米科学与技术315

第二十九章 核物理学与粒子物理学317

29.1原子核的一般性质317

29.1.1原子核的构造317

29.1.2原子核的大小和密度318

29.1.3原子核的自旋和磁矩318

29.1.4结合能319

29.1.5核力320

29.2原子核的衰变、裂变与聚变321

29.2.1原子核的衰变321

29.2.2原子核的裂变323

29.2.3原子核的聚变325

29.3粒子及其分类326

29.4守恒定律327

29.4.1重子数守恒定律327

29.4.2轻子数守恒定律327

29.4.3奇异数守恒定律327

29.4.4同位旋守恒定律328

29.4.5超荷守恒定律328

29.4.6宇称守恒定律328

29.5基本相互作用 夸克模型与标准模型329

29.5.1基本相互作用329

29.5.2夸克模型331

29.5.3标准模型332

思考题332

第七篇 天体物理学与宇宙学335

第三十章 广义相对论与宇宙学335

30.1广义相对论基础335

30.1.1广义相对论的基本原理335

30.1.2广义相对论的验证336

30.2星体的演化337

30.2.1恒星的形成337

30.2.2白矮星338

30.2.3中子星338

30.2.4黑洞339

30.3大爆炸宇宙学340

30.3.1大爆炸宇宙学的观测证据340

30.3.2宇宙创生于真空的一次大爆炸342

30.3.3宇宙的演化过程343

30.3.4宇宙的可能结局346

思考题347

第八篇 现代科学与高新技术的物理基础专题选讲351

第一讲 激光351

一、光的吸收与辐射351

二、激光的产生354

三、激光的特性及其应用358

四、激光冷却与原子囚禁361

第二讲 超导363

一、超导的特性及理论363

二、约瑟夫森效应366

三、高温超导研究的进展368

四、超导的应用前景369

思考题与习题参考答案371

附录｜概率380