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第三篇 热物理学1

第九章 热力学基础2

第一节 热力学系统 理想气体物态方程2

一、热力学系统2

二、气体的状态参量2

三、平衡态3

四、理想气体物态方程3

第二节 热力学第一定律5

一、准静态过程5

二、功6

三、热量6

四、内能7

五、热力学第一定律7

第三节 理想气体的等值过程 摩尔热容8

一、等体过程 定体摩尔热容8

二、等压过程 定压摩尔热容9

三、等温过程11

第四节 绝热过程 多方过程12

一、绝热过程12

二、多方过程13

第五节 循环过程 卡诺循环15

一、循环过程15

二、卡诺循环17

第六节 热力学第二定律19

一、热力学第二定律的两种表述19

二、两种表述的等效性20

第七节 可逆过程与不可逆过程 卡诺定理21

一、可逆过程与不可逆过程21

二、卡诺定理22

第八节 熵 熵增加原理23

一、熵的引入23

二、熵变的计算25

三、熵增加原理26

一、本章小结27

章后结束语27

习题与思考28

二、应用及前沿发展28

科学家简介——焦耳32

阅读材料A：熵和能量退化、能源33

第十章 气体动理论35

第一节 分子动理论的基本观点和统计方法的概念35

一、分子动理论的基本观点35

二、统计方法的一般概念36

二、理想气体的压强公式37

第二节 理想气体的压强公式37

一、理想气体的微观模型37

第三节 温度的微观解释39

第四节 麦克斯韦气体分子速率分布律40

一、测定气体分子速率分布的实验41

二、麦克斯韦气体分子速率分布律42

三、三种速率的推算43

一、玻尔兹曼分布46

第五节 玻尔兹曼分布46

二、重力场中微粒按高度的分布律47

三、等温气压公式47

第六节 能量按自由度均分定理 理想气体的内能和摩尔热容48

一、自由度48

二、分子的自由度48

三、能量按自由度均分定理49

四、理想气体的内能和摩尔热容50

第七节 分子的平均碰撞次数和平均自由程51

第八节 气体内的迁移现象53

一、粘滞现象（内摩擦现象）53

二、热传导现象54

三、扩散现象54

第九节 实际气体的范德瓦尔斯方程56

一、分子体积引起的修正56

二、分子引力引起的修正56

一、焦耳实验58

第十节 焦耳—汤姆孙实验实际气体的内能58

二、焦耳—汤姆孙实验59

三、实际气体的内能60

第十一节 热力学第二定律的统计意义60

一、气体自由膨胀过程的不可逆性的微观解释60

二、热力学第二定律的统计意义61

三、熵的统计表达式61

章后结束语62

一、本章小结62

二、应用及前沿发展63

习题与思考63

科学家简介——玻耳兹曼65

阅读材料B：自组织现象 低温的获得66

第四篇 振动与波69

第一节 简谐振动70

一、简谐振动的基本特征及其表示70

第十一章 振动学基础70

二、描述简谐振动的特征量71

三、简谐振动的矢量图解法和复数解法72

四、简谐振动的能量75

第二节 阻尼振动77

第三节 受迫振动和共振78

一、受迫振动78

二、共振79

一、同方向同频率的两个简谐振动的合成80

第四节 简谐振动的合成80

二、同方向不同频率的两个简谐振动的合成 拍82

三、相互垂直的简谐振动的合成84

第五节 电磁振荡86

一、LC电路的振荡87

二、阻尼振荡88

三、受迫振荡 电共振92

章后结束语95

一、本章小结95

习题与思考96

二、应用及前沿发展96

阅读材料C：周期运动的分解99

第十二章 波动学基础101

第一节 机械波的产生和传播101

一、机械波产生的条件101

二、横波和纵波102

三、波射线和波振面102

四、描述波动的几个物理量103

一、平面简谐波的波函数104

第二节 平面简谐波104

二、波动方程及其推导107

第三节 波的能量和能流109

一、波的能量及能量密度109

二、波的能流和能流密度 波强111

三、波的吸收111

第四节 电磁波112

一、平面电磁波的性质112

三、电磁波谱113

二、电磁波的能量113

一、惠更斯原理115

第五节 惠更斯原理 波的反射、折射和衍射115

二、波的反射和折射116

三、波的衍射117

第六节 波的叠加原理 波的干涉和驻波117

一、波的叠加原理117

二、波的干涉现象和规律117

三、驻波119

一、机械波的多普勒效应122

第七节 多普勒效应122

二、电磁波的多普勒效应123

章后结束语125

一、本章小结125

二、应用及前沿发展126

习题与思考126

阅读材料D：冲击波128

二、光的相干叠加129

一、光的叠加原理129

第一节 光的干涉的一般理论129

第十三章 波动光学129

三、光程 光程差132

第二节 分波振面干涉133

一、杨氏双缝干涉实验133

二、缝宽对干涉条纹的影响 空间相干性134

三、双缝型的其他干涉装置135

第三节 分振幅干涉136

一、薄膜干涉——等倾干涉条纹136

二、薄膜干涉——等厚干涉条纹137

三、薄膜干涉的应用140

第四节 迈克尔孙干涉仪 时间相干性141

一、迈克尔孙干涉仪141

二、时间相干性142

第五节 光的衍射现象和惠更斯—菲涅耳原理143

一、光的衍射现象143

三、菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射144

二、惠更斯—菲涅耳原理144

第六节 单缝夫琅禾费衍射145

第七节 圆孔的夫琅禾费衍射 光学仪器的分辨本领147

一、圆孔的夫琅禾费衍射147

二、光学仪器的分辨本领148

第八节 光栅的衍射149

一、光栅的衍射花样149

二、光栅方程150

第九节 X射线衍射151

三、光栅光谱151

第十节 光的偏振态153

一、自然光 线偏振光和部分偏振光153

二、椭圆偏振光和圆偏振光154

第十一节 偏振片的起偏和检偏 马吕斯定律154

一、二相色性155

二、偏振片的起偏和检偏155

三、马吕斯定律156

一、反射光和折射光的偏振157

第十二节 反射、折射和散射时的偏振现象157

第十三节 双折射现象与光的偏振158

一、晶体的双折射现象158

二、由散射产生的偏振光158

二、尼科耳棱镜159

三、波片160

四、克尔电光效应160

五、偏振光的检测161

第十四节 旋光现象162

章后结束语163

一、本章小结163

二、应用及前沿发展164

习题与思考165

阅读材料E：光学信息处理168

第五篇 近代物理基础171

第一节 狭义相对论产生的历史背景172

一、力学相对性原理和经典时空观172

第十四章 相对论基础172

二、狭义相对论产生的历史背景和条件173

第二节 狭义相对论的基本原理174

一、狭义相对论的两个基本假设174

二、洛伦兹变换174

三、洛伦兹速度变换关系176

第三节 狭义相对论的时空观177

一、同时的相对性177

三、长度收缩效应178

二、时间延缓效应178

第四节 狭义相对论动力学基础179

一、相对论质量和动量179

二、相对论动力学基本方程181

三、质能关系181

四、能量—动量关系182

第五节 电磁场的统一性与电磁场量的相对性183

一、电磁场的统一性与电磁场量的相对性183

二、运动点电荷的电磁场183

一、本章小结185

章后结束语185

二、应用及前沿发展186

习题与思考187

科学家简介——爱因斯坦188

阅读材料F：广义相对论简介189

第十五章 量子力学基础192

第一节 黑体辐射与普朗克的量子假设192

一、黑体辐射的基本规律192

一、光电效应的实验规律194

二、普朗克的量子假设194

第二节 光电效应与爱因斯坦的光量子假设194

二、爱因斯坦光子假设和光电效应方程195

三、光（电磁波）的波粒二象性196

第三节 氢原子光谱与玻尔的量子论197

一、氢原子光谱的实验规律197

二、玻尔的量子论198

一、微观粒子的波—粒二象性200

第四节 微观粒子的波—粒二象性 不确定关系200

三、玻尔理论的缺陷和意义200

二、不确定关系202

第五节 量子力学的基本概念和基本原理203

一、波函数及其统计解释204

二、薛定谔方程205

三、一维无限深势阱206

第六节 氢原子209

一、氢原子问题的量子力学处理209

二、电子的自旋211

第七节 原子的电子壳层结构213

一、四个量子数213

二、原子的电子壳层结构213

第八节 激光214

一、受激吸收 自发辐射和受激辐射214

二、粒子数反转215

三、光学谐振腔216

一、电子的共有化217

第九节 固体的能带理论217

四、激光的应用217

二、能带的形成218

三、满带、导带和禁带218

四、导体、半导体和绝缘体219

章后结束语220

一、本章小结220

二、应用及前沿发展222

习题与思考223

阅读材料G：纳米物理与纳米技术225

第十六章 原子核物理和粒子物理简介227

第一节 原子核的组成和基本性质227

一、原子核的质量和大小227

二、原子核的电荷及其分布228

三、原子核的组成229

四、原子核的自旋和磁矩 核磁共振230

第二节 核力和核结构模型231

一、核力231

二、核结构233

一、原子核的结合能234

第三节 原子核的结合能 裂变和聚变234

二、重核裂变235

三、轻核聚变236

第四节 原子核的放射性衰变237

一、放射性衰变238

二、放射性衰变的基本规律239

三、核素分布图241

一、粒子的种类242

第五节 粒子物理简介242

二、相互作用和守恒定律243

三、强子结构的夸克模型245

章后结束语247

一、本章小结247

二、应用及前沿发展247

习题与思考249

习题答案250

附表254