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第10章 波动光学1

10.1 光源及光的相干性2

10.1.1 光源及光源的分类2

10.1.2 可见光的光谱 单色光与准单色光3

10.1.3 光波的叠加 非相干叠加与相干叠加3

10.1.4 光程及光程差5

10.1.5 透镜对光程的影响6

10.1.6 干涉与衍射的条纹及级次7

10.2 分波面法干涉8

10.2.1 获得相干光的方法 干涉的分类8

10.2.2 杨氏双缝干涉实验9

10.2.3 菲涅耳双面镜实验11

10.2.4 劳埃德镜实验、半波损失12

10.2.5 光的空间相干性13

10.3 分振幅法干涉14

10.3.1 平行平面薄膜干涉14

10.3.2 劈尖干涉 牛顿环16

10.3.3 干涉现象在光学器件中的应用——增透膜与增反膜20

10.4 光学干涉仪器 时间相干性21

10.4.1 迈克耳孙干涉仪22

10.4.2 马赫-曾德尔干涉仪23

10.4.3 法布里-珀罗干涉仪24

10.4.4 时间的相干性24

10.5 光的衍射现象 惠更斯-菲涅耳原理24

10.5.1 光的衍射现象 菲涅耳衍射及夫琅禾费衍射24

10.5.2 惠更斯-菲涅耳原理26

10.6 单缝夫琅禾费衍射27

10.6.1 衍射条纹的分析——半波带法27

10.6.2 衍射条纹的分布特征29

10.7 圆孔夫琅禾费衍射 光学仪器的分辨率32

10.7.1 圆孔夫琅禾费衍射32

10.7.2 光学仪器的分辨率33

10.8 衍射光栅34

10.8.1 光栅及光栅分类34

10.8.2 光栅衍射规律35

10.8.3 光栅光谱38

10.8.4 光栅衍射在光学仪器中的应用——光谱仪39

10.9 X射线的衍射40

10.9.1 X射线衍射的规律40

10.9.2 X射线的应用42

10.10 光的偏振性43

10.10.1 自然光与偏振光43

10.10.2 偏振片 光的起偏与检偏46

10.10.3 偏振片对光强的影响 马吕斯定律47

10.11 反射光和折射光的偏振49

10.11.1 反射光和折射光的偏振49

10.11.2 布儒斯特定律49

10.12 光的双折射52

10.12.1 光的双折射现象、寻常光和非常光52

10.12.2 光轴与主平面和主截面52

10.13 旋光现象54

本章小结56

习题1059

选读材料 光栅的汇合光谱与双光栅色散-汇合光谱成像效应63

第11章 气体动理论66

11.1 气体统计物理的基本概念66

11.1.1 宏观态与微观态67

11.1.2 统计的规律性和涨落现象67

11.1.3 统计规律的定量分析方法68

11.1.4 等概率假设69

11.2 分子平均平动动能统计分布规律70

11.2.1 理想气体的微观模型和物态方程70

11.2.2 理想气体压强公式71

11.2.3 温度的统计意义73

11.3 能量均分定理 理想气体的内能74

11.3.1 自由度74

11.3.2 能量按自由度均分定理75

11.3.3 理想气体的内能76

11.4 麦克斯韦分子速率分布律77

11.4.1 气体分子的速率分布函数77

11.4.2 麦克斯韦速率分布律79

11.4.3 麦克斯韦速率分布律的实验验证80

11.4.4 分子速率的三个统计值80

11.4.5 麦克斯韦分布曲线的性质81

11.5 玻耳兹曼分布律82

11.5.1 麦克斯韦速度分布律82

11.5.2 玻耳兹曼分布律82

11.6 实际气体范德瓦耳斯气体85

11.6.1 实际气体与理想气体的差别85

11.6.2 范德瓦耳斯方程的推导86

11.7 分子平均碰撞次数和平均自由程89

11.7.1 平均碰撞次数90

11.7.2 平均自由程90

11.8 气体内的输运过程92

11.8.1 扩散现象92

11.8.2 热传导93

11.8.3 黏性现象93

本章小结94

习题1196

第12章 热力学基础100

12.1 内能 功和热量 准静态过程100

12.1.1 内能 功和热量100

12.1.2 准静态过程101

12.1.3 准静态过程的功与热量101

12.2 热力学第一定律及应用103

12.2.1 热力学第一定律103

12.2.2 热力学第一定律在理想气体等值过程中的应用104

12.3 气体的摩尔热容106

12.3.1 热容与摩尔热容106

12.3.2 理想气体的摩尔热容107

12.3.3 绝热过程110

12.4 循环过程 卡诺循环113

12.4.1 正循环 热机的效率114

12.4.2 逆循环 制冷系数115

12.4.3 卡诺循环117

12.5 热力学第二定律 不可逆过程120

12.5.1 开尔文表述121

12.5.2 克劳修斯表述122

12.5.3 自然过程的方向性123

12.5.4 可逆过程与不可逆过程124

12.6 热力学第二定律的统计意义 玻耳兹曼熵125

12.6.1 热力学第二定律的微观意义125

12.6.2 热力学概率与玻耳兹曼熵126

12.7 卡诺定理 克劳修斯熵129

12.7.1 卡诺定理的表述129

12.7.2 克劳修斯不等式130

12.7.3 克劳修斯熵 热力学第二定律数学式131

12.8 热力学第二定律的推广 熵概念的应用137

12.8.1 热力学第二定律的推广137

12.8.2 自然界演化的真正原动力是什么？138

12.8.3 生存系的代谢能力139

12.8.4 熵与信息140

本章小结145

习题12147

选读材料 耗散结构与非平衡态热力学150

第13章 量子物理154

13.1 黑体辐射 能量子概念154

13.1.1 黑体 黑体辐射154

13.1.2 经典物理陷入困境156

13.1.3 普朗克的能量子概念157

13.2 光电效应 光的粒子性158

13.2.1 光电效应实验159

13.2.2 光电效应与波动理论的矛盾160

13.2.3 爱因斯坦的光子理论161

13.2.4 光的波粒二象性162

13.3 康普顿散射163

13.3.1 康普顿散射实验163

13.3.2 康普顿散射与波动理论的矛盾164

13.3.3 光子理论成功解释康普顿散射164

13.4 氢原子结构的玻尔理论168

13.4.1 氢原子光谱的实验规律168

13.4.2 氢原子光谱与经典电磁学的矛盾169

13.4.3 玻尔的氢原子理论170

13.4.4 玻尔理论的成功和局限性173

13.5 微观粒子的波动性174

13.5.1 德布罗意波174

13.5.2 德布罗意波的实验证据175

13.5.3 德布罗意波的统计解释178

13.6 不确定关系178

13.6.1 位置与动量不确定关系178

13.6.2 能量与时间不确定关系180

13.7 波函数 薛定谔方程181

13.7.1 波函数181

13.7.2 薛定谔方程183

13.8 一维定态问题184

13.8.1 一维无限深方势阱184

13.8.2 一维方势垒 隧道效应189

13.8.3 一维谐振子192

13.9 定态薛定谔方程应用于氢原子193

13.9.1 氢原子的定态薛定谔方程193

13.9.2 氢原子的求解结果195

13.10 电子自旋197

13.10.1 施特恩-格拉赫实验197

13.10.2 电子自旋200

13.11 原子的壳层结构202

13.11.1 四个量子数202

13.11.2 壳层结构203

本章小结205

习题13208

选读材料 纳米科技210

第14章 原子核与基本粒子214

14.1 原子核的基本性质214

14.1.1 原子核的构成214

14.1.2 原子核的电荷数与质量数215

14.1.3 原子核的大小与密度215

14.1.4 原子核的自旋与磁矩216

14.1.5 核力220

14.1.6 原子核的结合能221

14.2 原子核的放射性衰变223

14.2.1 原子核的稳定性223

14.2.2 原子核衰变224

14.2.3 放射性衰变规律225

14.3 原子核反应230

14.3.1 核反应的实现231

14.3.2 核反应的类型231

14.3.3 核反应过程的守恒定律233

14.4 重核裂变 核能利用234

14.4.1 开发核能的原理234

14.4.2 原子核裂变236

14.4.3 链式反应与反应堆239

14.5 轻核聚变 未来的环保能源241

14.5.1 基本的轻核聚变反应241

14.5.2 受控热核聚变反应242

14.6 基本粒子244

14.6.1 粒子家族史回顾244

14.6.2 粒子的分类247

14.6.3 强子结构的夸克模型248

14.6.4 相互作用的标准模型253

14.6.5 对称性与对称性破缺256

14.6.6 中微子质量问题259

本章小结263

习题14264

习题参考答案266

参考文献271