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第3篇 热学3

第9章 气体动理论基础3

9.1 气体动理论的基本概念3

9.1.1 热力学系统的描述3

9.1.2 平衡态4

9.1.3 温度4

9.1.4 理想气体状态方程6

9.2 理想气体的压强7

9.2.1 理想气体的微观模型7

9.2.2 理想气体的压强公式8

9.3 温度的微观意义9

9.3.1 温度的统计解释9

9.3.2 气体分子方均根速率10

9.4 能量均分定理11

9.4.1 自由度11

9.4.2 能量均分定理12

9.4.3 理想气体的内能13

9.5 麦克斯韦速率分布律14

9.5.1 麦克斯韦速率分布函数14

9.5.2 三个统计速率15

9.6 麦克斯韦速度分布与外场中粒子分布律18

9.6.1 麦克斯韦速度分布律18

9.6.2 重力场中粒子按高度的分布19

9.6.3 玻耳兹曼分布律20

9.7 分子的平均碰撞频率和平均自由程22

9.7.1 平均自由程22

9.7.2 分子的平均碰撞频率22

9.8 气体内的输运过程24

9.8.1 黏滞现象24

9.8.2 热传导现象25

9.8.3 扩散现象26

本章小结26

阅读材料9.1 天空中的涨落28

阅读材料9.2 温室效应29

习题31

第10章 热力学基础35

10.1 热力学基本概念35

10.1.1 热力学系统与热力学过程35

10.1.2 功、热量及内能36

10.2 热力学第一定律37

10.2.1 热力学第一定律的概念37

10.2.2 热力学第一定律的应用38

10.3 绝热过程及多方过程43

10.3.1 绝热过程43

10.3.2 多方过程45

10.4 循环过程及卡诺循环48

10.4.1 循环过程48

10.4.2 卡诺循环51

10.5 热力学第二定律53

10.5.1 可逆过程与不可逆过程53

10.5.2 热力学第二定律的两种表述55

10.5.3 卡诺定理56

10.6 热力学第二定律的统计意义及熵57

10.6.1 热力学第二定律的微观意义57

10.6.2 热力学第二定律的统计意义58

10.6.3 熵及熵增加原理59

10.6.4 熵的力学表示60

10.6.5 熵的计算61

本章小结62

阅读材料10.1 大气环流63

阅读材料10.2 超流氦的喷泉效应，它违背热力学第二定律吗？64

习题67

第4篇 机械振动和机械波75

第11章 机械振动75

11.1 简谐运动75

11.1.1 简谐运动的特征和表达式75

11.1.2 描述简谐振动的特征量76

11.2 简谐运动的旋转矢量表示法79

11.2.1 旋转矢量表示法79

11.2.2 旋转矢量图的应用80

11.3 单摆和复摆82

11.3.1 单摆82

11.3.2 复摆83

11.4 简谐运动的能量83

11.5 简谐运动的合成85

11.5.1 两个同方向同频率的简谐运动的合成85

11.5.2 同方向不同频率简谐运动的合成及拍现象87

11.5.3 两个相互垂直的简谐运动的合成88

11.6 阻尼振动、受迫振动及共振91

11.6.1 阻尼振动91

11.6.2 受迫振动92

11.6.3 共振92

本章小结93

阅读材料 非线性振动与混沌95

习题97

第12章 机械波101

12.1 机械波的产生和传播101

12.1.1 机械波的形成101

12.1.2 横波和纵波102

12.1.3 波动几何描述103

12.1.4 描述波动的三个基本物理量103

12.2 平面简谐波105

12.2.1 平面简谐波的波函数105

12.2.2 波函数的物理意义106

12.2.3 波动方程109

12.3 波的能量110

12.3.1 波动能量的传播110

12.3.2 能流和能流密度112

12.3.3 波的吸收113

12.4 惠更斯原理与波的衍射113

12.4.1 惠更斯原理113

12.4.2 波的衍射114

12.4.3 波的反射和折射115

12.5 波的干涉116

12.5.1 波的叠加原理116

12.5.2 波的干涉117

12.6 驻波120

12.6.1 驻波的产生120

12.6.2 驻波方程120

12.6.3 驻波的特点121

12.6.4 半波损失122

12.6.5 弦线上的驻波123

12.7 多普勒效应125

12.7.1 波源静止，观察者以uR相对于介质运动125

12.7.2 观察者静止，波源以uS相对于介质运动126

12.7.3 波源以uS运动，观察者以uR运动（相向运动为正）127

本章小结127

阅读材料 超声、次声和噪声129

习题134

第5篇 波动光学141

第13章 光的干涉141

13.1 光源及光的相干性141

13.1.1 光是电磁波141

13.1.2 光源142

13.1.3 光波的叠加144

13.2 杨氏双缝干涉145

13.2.1 杨氏双缝干涉分析145

13.2.2 洛埃镜干涉147

13.2.3 菲涅耳双镜干涉148

13.3 光程及光程差148

13.3.1 光程149

13.3.2 光程差150

13.3.3 薄透镜不附加光程差150

13.4 薄膜干涉151

13.4.1 薄膜干涉分析151

13.4.2 等倾干涉152

13.5 等厚干涉154

13.5.1 等厚干涉分析154

13.5.2 劈尖155

13.5.3 牛顿环158

13.6 迈克耳孙干涉仪159

13.7 光的时空相干性161

13.7.1 空间相干性161

13.7.2 时间相干性162

本章小结163

阅读材料 托马斯·杨和菲涅耳165

习题166

第14章 光的衍射170

14.1 光的衍射现象及惠更斯-菲涅耳原理170

14.1.1 光的衍射现象及分类170

14.1.2 惠更斯-菲涅耳原理171

14.2 单缝的夫琅禾费衍射172

14.2.1 单缝的夫琅禾费衍射实验172

14.2.2 菲涅耳半波带法172

14.3 光学仪器的分辨本领176

14.3.1 圆孔夫琅禾费衍射176

14.3.2 光学仪器的分辨本领177

14.4 光栅衍射178

14.4.1 光栅衍射分析178

14.4.2 光栅光谱182

14.5 X射线衍射183

14.6 全息照相184

14.6.1 全息照片的拍摄和再现184

14.6.2 全息术的应用187

本章小结187

阅读材料 光纤及其应用188

习题190

第15章 光的偏振193

15.1 自然光及偏振光193

15.1.1 横波的偏振性193

15.1.2 自然光193

15.1.3 线偏振光194

15.1.4 部分偏振光194

15.2 起偏及检偏195

15.2.1 偏振片的起偏和检偏195

15.2.2 马吕斯定律196

15.3 反射和折射时光的偏振197

15.4 双折射现象199

15.4.1 双折射现象及寻常光和非常光199

15.4.2 晶体的光轴与光线的主平面200

15.4.3 用惠更斯原理解释双折射现象201

15.5 偏振光的干涉及人为双折射现象202

15.5.1 椭圆偏振光与圆偏振光及波片202

15.5.2 偏振光的干涉203

15.5.3 人为双折射现象204

15.6 旋光现象205

本章小结206

阅读材料 液晶207

习题212

第6篇 量子力学217

第16章 早期量子论217

16.1 黑体辐射和普朗克量子假设217

16.1.1 热辐射及基尔霍夫定律217

16.1.2 绝对黑体的辐射定律219

16.1.3 普朗克量子假设220

16.2 光电效应及爱因斯坦的光子理论221

16.2.1 实验装置221

16.2.2 光电效应的实验规律221

16.2.3 经典理论解释光电效应遇到的困难222

16.2.4 爱因斯坦光子假设223

16.2.5 光子的能量及动量223

16.3 康普顿效应225

16.3.1 实验装置225

16.3.2 实验结果225

16.3.3 经典理论解释的困难225

16.3.4 用光子理论解释226

16.3.5 康普顿效应公式的推导226

16.4 玻尔的氢原子理论228

16.4.1 原子光谱的实验规律228

16.4.2 玻尔的氢原子理论230

16.4.3 用玻尔理论计算氢原子轨道半径及能量232

16.4.4 对玻尔理论的评价234

本章小结235

阅读材料 丹麦科学家玻尔235

习题238

第17章 量子力学基础240

17.1 微观粒子的波粒二象性240

17.1.1 德布罗意假设240

17.1.2 德布罗意波的实验证实及电子衍射实验241

17.1.3 德布罗意波的统计解释242

17.2 测不准关系243

17.3 波函数及薛定谔方程245

17.3.1 波函数245

17.3.2 薛定谔方程247

17.4 一维定态薛定谔方程应用248

17.5 量子力学中的氢原子问题250

17.5.1 氢原子的能级251

17.5.2 氢原子的波函数252

17.5.3 氢原子核外电子的概率分布252

17.6 电子自旋及原子的电子壳层结构253

17.6.1 施特恩-格拉赫实验254

17.6.2 假设254

17.6.3 原子壳层结构255

本章小结256

阅读材料 量子力学十大应用256

习题261

第18章 量子物理应用264

18.1 固体能带结构264

18.1.1 布洛赫定理264

18.1.2 一维周期场中电子运动的近自由电子近似265

18.2 激光原理267

18.2.1 激光产生原理268

18.2.2 激光技术的应用269

18.3 半导体271

18.4 超导体273

18.4.1 超导体的概念273

18.4.2 超导的主要特性273

18.4.3 高温超导体的发现277

18.4.4 超导的意义及应用278

18.5 核物理283

18.5.1 核物理的发展历程283

18.5.2 核物理的应用284

18.5.3 核物理应用的启示285

18.6 粒子物理286

18.6.1 粒子物理的概念286

18.6.2 粒子家族286

18.6.3 守恒律288

18.6.4 标准模型289

18.6.5 总结与展望290

本章小结290

习题291

附录A 希腊字母读音表293

附录B 基本物理常量294

附录C 国际单位制的基本单位295

附录D 常用物理量的国际单位制导出单位296

附录E 物理名词中英文对照表297

习题答案301