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第三篇 波动和光学1

第9章 振动2

引言2

9.1 简谐振动3

9.1.1 简谐振动的特征和运动方程3

9.1.2 描述简谐振动的物理量5

9.1.3 简谐振动的旋转矢量表示法9

9.1.4 简谐振动的能量11

9.2 简谐振动的合成13

9.2.1 同方向简谐振动的合成13

9.2.2 两个相互垂直的简谐振动的合成18

9.3 简谐振动的分解21

9.4 阻尼振动 受迫振动 共振 电磁振荡22

9.4.1 阻尼振动22

9.4.2 受迫振动24

9.4.3 共振25

9.4.4 电磁振荡27

9.5 非线性振动 混沌28

9.5.1 非线性振动28

9.5.2 混沌31

本章提要32

思考题932

基础训练习题933

综合能力和知识拓展与应用训练题35

阅读材料——振动采油技术简介36

第10章 波动38

引言38

10.1 机械波的产生和传播39

10.1.1 机械波的形成39

10.1.2 描述波动的物理量40

10.2 平面简谐波42

10.2.1 平面简谐波的波函数42

10.2.2 波函数的物理意义44

10.2.3 波动微分方程47

10.3 波的能量47

10.3.1 波动能量的传播47

10.3.2 能流和能流密度49

10.4 声波 超声波 次声波50

10.4.1 声波50

10.4.2 超声波和次声波52

10.5 电磁波53

10.5.1 电磁波的产生和传播53

10.5.2 电磁波的性质54

10.5.3 电磁波的能量56

10.5.4 电磁波谱57

10.6 波的叠加原理 波的干涉59

10.6.1 波的叠加原理59

10.6.2 波的干涉59

10.6.3 驻波62

10.7 波的衍射 反射 折射67

10.7.1 惠更斯原理67

10.7.2 波的衍射68

10.7.3 波的反射和折射68

10.8 多普勒效应70

10.9 冲击波72

本章提要73

思考题1074

基础训练习题1074

综合能力和知识拓展与应用训练题78

阅读材料——声波在油田中的主要应用79

第11章 波动光学82

引言82

11.1 光的相干性 光程85

11.1.1 光源85

11.1.2 光的单色性86

11.1.3 光的相干性及相干光的获得86

11.1.4 光程 光程差88

11.1.5 薄透镜不产生附加光程差90

11.1.6 明暗干涉条纹产生的条件90

11.2 杨氏双缝干涉实验 菲涅耳双面镜 劳埃德镜90

11.2.1 杨氏双缝干涉实验90

11.2.2 菲涅耳双面镜93

11.2.3 劳埃德镜93

11.3 薄膜干涉95

11.3.1 薄膜干涉的基本原理95

11.3.2 等倾干涉96

11.3.3 增反膜与增透膜97

11.3.4 等厚干涉99

11.3.5 迈克耳孙干涉仪104

11.4 单缝衍射和圆孔衍射106

11.4.1 惠更斯-菲涅耳原理106

11.4.2 单缝的夫琅禾费衍射108

11.4.3 圆孔的夫琅禾费衍射112

11.4.4 光学仪器的分辨率113

11.5 光栅衍射115

11.5.1 光栅116

11.5.2 光栅衍射实验116

11.5.3 X射线衍射122

11.6 光的偏振124

11.6.1 光的偏振态124

11.6.2 偏振片 马吕斯定律126

11.6.3 布儒斯特定律129

11.7 光的双折射现象130

11.7.1 双折射现象130

11.7.2 偏振棱镜131

11.8 偏振光的干涉 人工双折射现象 旋光现象132

11.8.1 椭圆偏振光和圆偏振光的获得132

11.8.2 偏振光的干涉134

11.8.3 人工双折射现象135

11.8.4 旋光现象137

本章提要138

思考题11139

基础训练习题11140

综合能力和知识拓展与应用训练题146

阅读材料——光纤光栅传感器在石油行业中的应用148

第四篇 热学149

第12章 气体动理论150

引言150

12.1 基本概念152

12.1.1 物质的微观结构模型152

12.1.2 理想气体的微观结构模型152

12.1.3 宏观量和微观量153

12.1.4 统计规律和统计平均值153

12.1.5 状态参量154

12.1.6 平衡态 准静态过程154

12.1.7 统计假设155

12.1.8 理想气体状态方程155

12.2 理想气体的压强和温度的微观解释157

12.2.1 理想气体的压强公式及其统计意义157

12.2.2 理想气体的温度公式及其微观意义159

12.2.3 理想气体分子的方均根速率159

12.3 能量按自由度均分定理 理想气体的内能161

12.3.1 自由度161

12.3.2 能量按自由度均分定理162

12.3.3 理想气体的内能163

12.4 麦克斯韦分布律165

12.4.1 速率分布函数165

12.4.2 麦克斯韦速率分布律165

12.4.3 三种统计速率167

12.4.4 麦克斯韦速度分布律169

12.5 玻尔兹曼分布律170

12.5.1 玻尔兹曼分布律的内容170

12.5.2 重力场中大气密度与压强按高度的分布171

12.6 气体分子的平均碰撞频率和平均自由程172

12.7 气体输运现象174

12.7.1 黏滞现象175

12.7.2 热传导现象176

12.7.3 扩散现象177

12.8 真实气体 范德瓦尔斯方程178

本章提要182

思考题12183

基础训练习题12184

综合能力和知识拓展与应用训练题187

阅读材料——工程应用中应用较广的状态方程187

第13章 热力学基础189

引言189

13.1 热力学第一定律190

13.1.1 内能190

13.1.2 功190

13.1.3 热量191

13.1.4 热力学第一定律的内容192

13.2 热力学第一定律的应用193

13.2.1 等体过程193

13.2.2 等压过程194

13.2.3 理想气体的摩尔定容热容和摩尔定压热容195

13.2.4 等温过程198

13.2.5 绝热过程199

13.2.6 多方过程201

13.3 循环过程 卡诺循环204

13.3.1 循环过程204

13.3.2 卡诺循环205

13.4 热力学第二定律210

13.4.1 自发过程的方向性210

13.4.2 热力学第二定律的内容211

13.4.3 可逆过程和不可逆过程212

13.4.4 卡诺定理213

13.4.5 热力学第二定律的统计意义214

13.5 熵 熵增加原理216

13.5.1 熵216

13.5.2 熵增加原理217

13.5.3 克劳修斯熵及其计算218

本章提要220

思考题13221

基础训练习题13221

综合能力和知识拓展与应用训练题224

阅读材料——化工热力学简介225

第五篇 近代物理227

第14章 狭义相对论228

引言228

14.1 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换229

14.1.1 狭义相对论的基本原理229

14.1.2 洛伦兹变换231

14.1.3 相对论速度变换234

14.2 狭义相对论的时空观236

14.2.1 同时的相对性237

14.2.2 时间膨胀效应238

14.2.3 长度收缩效应240

14.3 狭义相对论动力学242

14.3.1 相对论质量与动量242

14.3.2 相对论动力学基本方程244

14.3.3 相对论能量245

本章提要249

思考题14250

基础训练习题14251

综合能力和知识拓展与应用训练题253

阅读材料——相对论离我们远吗255

第15章 量子物理257

引言257

15.1 黑体辐射 普朗克量子假说259

15.1.1 热辐射259

15.1.2 黑体 黑体辐射260

15.1.3 普朗克量子假说263

15.2 光电效应 爱因斯坦光子理论264

15.2.1 光电效应的实验规律264

15.2.2 爱因斯坦的光子理论265

15.3 康普顿效应 光的波粒二象性267

15.3.1 康普顿效应的实验规律267

15.3.2 康普顿效应的量子解释268

15.3.3 光的波粒二象性270

15.4 氢原子光谱 玻尔的氢原子理论271

15.4.1 氢原子光谱271

15.4.2 经典物理遇到的困难272

15.4.3 玻尔的氢原子理论273

15.4.4 氢原子轨道半径和能量的计算273

15.4.5 氢原子光谱的能级公式275

15.4.6 玻尔氢原子理论的缺陷275

15.5 德布罗意波 不确定关系277

15.5.1 德布罗意波277

15.5.2 德布罗意波的实验验证278

15.5.3 不确定关系279

15.6 波函数及其统计解释282

15.6.1 波函数的概念282

15.6.2 波函数的统计解释283

15.7 薛定谔方程285

15.7.1 一维自由粒子的运动方程285

15.7.2 一维粒子的薛定谔方程286

15.7.3 三维情况下的薛定谔方程287

15.8 定态薛定谔方程的简单应用288

15.8.1 一维无限深势阱288

15.8.2 一维势垒 隧道效应290

15.9 氢原子291

15.9.1 能量量子化292

15.9.2 角动量量子化292

15.9.3 角动量的空间量子化292

15.9.4 电子的波函数293

15.10 电子的自旋 原子的壳层结构294

15.10.1 施特恩-格拉赫实验294

15.10.2 电子的自旋295

15.10.3 四个量子数297

15.10.4 原子的壳层结构297

本章提要299

思考题15300

基础训练习题15301

综合能力和知识拓展与应用训练题303

阅读材料（一）——量子纠缠304

阅读材料（二）——量子化学306

第16章 激光和固体物理简介309

引言309

16.1 激光简介310

16.1.1 受激吸收 受激辐射 自发辐射310

16.1.2 产生激光的条件314

16.1.3 激光器317

16.1.4 激光的特性和应用321

16.2 固体物理简介323

16.2.1 晶体 晶体结构324

16.2.2 能带327

16.2.3 导体 半导体和绝缘体的能带结构330

16.2.4 本征半导体与杂质半导体331

16.2.5 半导体器件原理334

16.2.6 半导体技术的应用前景338

本章提要341

思考题16342

基础训练习题16342

综合能力和知识拓展与应用训练题343

阅读材料——激光在石油地质方面的应用344

第17章 原子核物理和粒子物理简介347

引言347

17.1 原子核的基本性质348

17.1.1 原子核的组成348

17.1.2 原子核的大小349

17.1.3 原子核的自旋与磁矩350

17.2 核力和核模型351

17.2.1 核力的性质351

17.2.2 原子核模型352

17.3 原子核的衰变353

17.3.1 天然放射性现象353

17.3.2 原子核的衰变规律354

17.3.3 放射性衰变规律的应用356

17.4 射线对人体的影响及其防护357

17.4.1 射线的生物效应357

17.4.2 辐射剂量357

17.4.3 辐射的防护358

17.4.4 放射性同位素的应用359

17.5 原子核的结合能 裂变和聚变360

17.5.1 原子核的质量亏损360

17.5.2 原子核的结合能361

17.5.3 核反应过程中的守恒定律362

17.5.4 重核裂变及其应用363

17.5.5 轻核的聚变及其应用366

17.6 粒子物理简介367

17.6.1 粒子的发现367

17.6.2 粒子的分类368

17.6.3 守恒定律369

17.6.4 强子结构的夸克模型370

本章提要372

思考题17373

基础训练习题17373

阅读材料——核电技术简介374

专题选讲：几何光学378

附录396

附录A 常用基本物理量396

附录B 国际单位制396

附录C 希腊字母398

附录D 物理量及其单位的名称和符号398

参考文献402