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第一章　狭义相对论1

§1　狭义相对论的基本原理1

1.1　迈克耳孙-莫雷实验1

1.2　狭义相对论的产生3

1.3　狭义相对论的基本原理4

§2　洛伦兹变换5

2.1　伽利略变换5

2.2　洛伦兹变换6

2.3　洛伦兹变换的简单推论10

§3　相对论运动学13

3.1　相对论速度变换公式13

3.2　动尺收缩效应14

3.3　动钟变慢效应16

3.4　相对论运动学问题的计算18

§4　相对论质点动力学21

4.1　相对论质量和动量21

4.2　相对论质点运动方程23

4.3　相对论能量24

习题28

第二章　光的粒子性31

§1　黑体辐射31

1.1　热辐射的基本概念31

1.2　黑体33

1.3　基尔霍夫定律33

1.4　黑体辐射的基本规律35

1.5　黑体的光谱辐射出射度36

1.6　普朗克能量子假说37

§2　光电效应和爱因斯坦光子理论39

2.1　光电效应实验规律39

2.2　爱因斯坦光电效应方程41

2.3　光电效应的应用42

§3　康普顿效应45

3.1　康普顿效应的实验规律45

3.2　光子理论对康普顿效应的解释46

习题48

第三章　实物粒子的波动性50

§1　德布罗意波50

1.1　德布罗意假设50

1.2　电子衍射实验52

1.3　对“波粒二象性”的理解54

§2　波函数55

§3　薛定格方程及其应用58

3.1　薛定格方程的建立58

3.2　定态薛定格方程60

3.3　一维方势阱61

3.4　势垒穿透64

3.5　线性谐振子67

§4　不确定关系69

习题73

第四章　原子结构75

§1　玻尔理论75

1.1　原子的核模型75

1.2　氢原子光谱的实验规律78

1.3　玻尔理论80

1.4　弗兰克-赫兹实验84

1.5　玻尔理论的成就与困难86

§2　量子力学对氢原子的处理87

2.1　定态薛定格方程的求解87

2.2　量子数91

2.3　概率分布和电子云92

2.4　电子自旋94

§3　多电子原子概述96

2.5　用自旋-轨道相互作用解释光谱线的精细结构96

3.1　泡利不相容原理和能量最小原理97

3.2　壳层结构与元素周期表97

3.3　角动量的耦合100

3.4　原子状态符号101

3.5　选择定则102

§4　碱金属原子103

4.1　碱金属原子的能级103

4.2　碱金属原子光谱105

5.1　原子状态的表示108

5.2　氦原子结构108

§5　具有两个价电子的原子108

5.3　氦原子光谱110

习题111

第五章　激光114

§1　光的自发辐射和受激辐射114

1.1　爱因斯坦自发辐射系数114

1.3　爱因斯坦系数之间的关系116

1.2　爱因斯坦受激辐射和受激吸收系数116

1.4　光谱线的宽度117

§2　激光的基本原理118

2.1　粒子数反转118

2.2　谐振腔121

2.3　激光的纵模124

§3　激光的特性和应用126

§4　激光器简介128

4.1　固体激光器129

4.2　气体激光器130

4.3　液体激光器132

4.4　半导体激光器133

§5　激光通信134

5.1　光信号的调制135

5.2　光信号的传输　光导纤维136

5.3　光信号的放大138

5.4　光信号的解调140

习题141

第六章　固体导电理论143

§1 晶体143

1.1　晶格结构143

1.2　晶体的键合145

§2　晶体的能带结构147

2.1　晶体中电子运动的研究方法147

2.2　克隆尼格-彭奈模型148

2.3　能带149

2.4　晶体的导电性150

§3　导体、绝缘体和半导体151

3.1　导体151

3.2　绝缘体151

3.3　半导体152

§4　N型半导体和P型半导体153

4.1　N型半导体153

4.2　P型半导体154

5.1　晶体二极管155

§5　半导体器件155

5.2　晶体三极管157

5.3　半导体集成电路160

5.4　其他半导体器件161

§6　超导电性161

6.1　超导电现象162

6.2　超导体的宏观特性及应用164

6.3　BCS理论166

6.4　约瑟夫森效应167

习题168

第七章　原子核物理170

§1　原子核的基本性质170

1.1　原子核的组成和大小170

1.2　原子核的运动172

1.3　原子核的结合能173

1.4　核力174

§2　放射性175

2.1　放射性的基本规律175

2.2 α放射性178

2.3　β放射性180

2.4　放射系182

2.5　γ放射性185

2.6　其他放射性186

2.7　放射性同位素的应用187

§3　原子核结构模型188

3.1　液滴模型188

3.2　壳层模型189

3.3　综合模型192

4.1　核反应193

§4　原子核反应193

4.2　反应能194

4.3 中子核反应196

4.4　超铀元素的获得197

§5　重核的裂变198

5.1　裂变机制199

5.2　链式反应200

5.3　裂变反应堆200

§6　轻核的聚变202

6.1　聚变反应202

6.2　热核聚变203

6.3　冷核聚变205

习题206

§1　高能粒子源208

1.1　宇宙线208

第八章　粒子物理208

1.2　高能加速器210

§2　粒子的分类211

2.1　传递相互作用的粒子212

2.2　轻子212

2.3　强子213

§3　粒子的特性和守恒定律215

3.1　重子数和轻子数215

3.2　奇异数、粲数和底数216

3.3　同位旋217

3.4　宇称220

3.5　CPT定理221

§4　夸克模型223

§5　粒子的相互作用及其统一模型226

5.1　4种相互作用226

5.2　电弱统一理论228

5.3　大统一理论229

5.4　超弦理论230

习题231

§1　系统的宏观描述和热力学定律232

1.1　系统及其宏观状态232

第九章　统计物理基础232

1.2　系统宏观状态的变化与热力学定律234

1.3　对理想气体的分析237

§2　系综理论和玻尔兹曼统计240

2.1　统计系综240

2.2　经典粒子的玻尔兹曼统计241

2.3　与热力学宏观量的联系243

2.4　对理想气体的应用245

§3　量子统计和玻色-爱因斯坦凝聚247

3.1　量子体系的特点247

3.2　玻色统计和费米统计249

3.3　费米能级和玻色-爱因斯坦凝聚250

习题252

§1　非平衡统计与自组织理论255

1.1　非平衡状态255

第十章　自组织理论与混沌255

1.2　开放系统的热力学第二定律256

1.3　不可逆过程的流和力　昂萨格倒易关系257

1.4　熵产生率与最小熵产生定理258

1.5　远离平衡的自组织现象260

§2　动力系统及分支理论264

2.1　宏观状态的演化和动力系统264

2.2　线性系统定态解的稳定性及其分类265

2.3　线性稳定性分析267

2.4　分支行为269

2.5 自组织现象的几个例子270

§3　混沌动力系统273

3.1　混沌现象274

3.2　一维逻辑斯谛（Logistic）映射277

3.3　刻画混沌吸引子的方法280

3.4　通往混沌的道路283

§4　分形与分维284

4.1　分形结构的基本特征284

4.2　分维286

4.3　几种规则分形及其分维288

4.4　实际系统中的分形与分维293

习题296

第十一章　广义相对论基础298

§1　相对论的数学基础298

1.1　四维矢量与张量298

1.2　张量代数304

1.3　度规张量305

1.4　协变微分307

1.5　曲率308

1.6　测地线308

1.7　世界线309

1.8　时空的光锥结构310

§2　广义相对论的建立311

2.1　等效原理311

2.2　马赫原理314

2.3　引力场的几何化315

§3　广义相对论中物理定律的导出317

§4　引力场的时间延缓效应318

§5　爱因斯坦场方程和史瓦西解320

§6　广义相对论的实验验证322

6.1　水星近日点的进动322

6.2　星光在太阳引力场中的偏折323

6.3　引力红移323

6.4　雷达回波的延缓325

6.5　引力波的探测326

习题327

第十二章　天体物理学328

§1　天文学基础知识329

1.1　天体距离的测量方法329

1.2　太阳系332

1.3　银河系333

1.4　星系群、星系团和超星系团334

§2　宇宙研究简史335

3.1　宇宙学原理341

§3　宇宙学原理341

3.2　罗伯特-沃克度规342

§4　大爆炸宇宙论343

4.1　宇宙演化的历史343

4.2　未来宇宙的演化346

4.3　天文观测对大爆炸宇宙论的验证349

4.4　暴涨宇宙论350

§5　恒星的形成和演化353

4.5　暗物质与暗能量353

5.1　赫罗图354

5.2　从原恒星到主序星355

5.3　主序星356

5.4　红巨星356

5.5　恒星的爆发357

5.6　白矮星358

5.7　中子星358

5.8　黑洞360

6.1　史瓦西黑洞的性质361

§6　史瓦西黑洞和克尔黑洞361

6.2　史瓦西黑洞的克鲁斯卡坐标表示364

6.3　克尔黑洞366

§7　黑洞的搜寻和利用367

7.1　黑洞的大小368

7.2　探测黑洞方案369

7.3　黑洞的可能利用370

§8　黑洞物理学简介371

8.1　经典黑洞理论的几个定理371

8.2　黑洞热力学373

习题375

附录376

Ⅰ 部分习题答案376

Ⅱ　一些物理常量381

Ⅲ 电子组态382

Ⅳ 中性原子质量、半衰期、比结合能384

Ⅴ 化学元素周期表399

Ⅵ　粒子简表400