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第4篇 热物理学237

第11章 热力学定律237

11.1热力学基本概念和热力学第一定律237

状态参量热力学第零定律237

理想气体的状态方程238

热力学第一定律240

热力学第一定律对于理想气体的应用举例242

循环过程及其效率卡诺循环245

11.2熵热力学第二定律247

作为态函数的熵熵变计算举例248

熵增加原理热力学第二定律251

习题11254

第12章 相变输运现象256

12.1相变的基本概念256

12.2非平衡热力学简介258

偏离平衡态的过程258

耗散结构259

第13章 统计物理概述262

13.1理想气体的麦克斯韦分布262

理想气体的压强262

理想气体平衡态的速度分布和速率分布264

三种统计速率266

13.2玻尔兹曼的统计理论267

麦克斯韦-玻尔兹曼分布267

玻尔兹曼的统计理论268

熵的微观本质273

玻色-爱因斯坦分布274

费米-狄拉克分布276

物质的顺磁性277

爱因斯坦的AB系数和黑体辐射公式278

全同自由粒子体系的能态密度279

13.3能均分定理281

能均分定理和理想气体的定容热容量281

能均分定理的一般性证明281

13.4重力场中的理想气体284

13.5输运过程的微观解释284

平均自由程和平均碰撞频率285

粘滞现象的微观解释287

热传导现象和扩散现象的微观解释288

习题13289

第14章 量子统计大意及其应用举例292

14.1量子统计大意292

两种量子统计的微观状态数及其最可几分布292

化学势和热力学势294

14.2量子统计的几个应用实例296

量子理想气体的物态方程和简并压296

简并费米气体和电子气297

简并玻色气体和光子气体300

声子气体301

14.3超流现象303

玻色系统的超流动性303

费米系统的超流动性304

BCS理论305

第5篇 波动和光学309

第15章 机械波和电磁波的基本规律309

15.1波动的基本规律309

弹性模量309

波动方程和波函数310

平面简谐波311

波函数的表达波矢313

三维空间中的波动方程和波函数314

15.2能量及其传播316

15.3波动的偏振319

15.4波动几何光学和费马原理322

波动几何光学322

费马原理和光在均匀介质中的传播323

光在非均匀介质中的传播325

15.5多普勒效应327

声波的多普勒效应327

电磁波的多普勒效应329

冲击波329

15.6波在不同介质中的传播330

反射定律和折射定律330

跃变点的反射和折射331

15.7惠更斯原理和马吕斯定理334

基尔霍夫-惠更斯-菲涅耳原理334

马吕斯定理335

HFK衍射公式的严格证明336

衍射的分类339

15.8波谱339

习题15343

第16章 光的衍射和光的相干性345

16.1光的干涉和衍射345

相干条件345

光的干涉346

多光束干涉349

单缝衍射350

光栅衍射351

迈克耳孙干涉仪和法布里-珀罗干涉仪353

晶体对X射线的衍射354

半波带法355

16.2菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射356

HFK原理在光学信息处理中的常用形式356

菲涅耳近似358

夫琅禾费近似358

一维余弦光栅的夫琅禾费衍射359

16.3光学信息处理的基本概念和全息术361

二维傅里叶变换的光学实现361

光学4f系统和空间滤波363

16.4全息照相364

相位元件和振幅元件364

全息术的基本知识365

傅里叶变换的全息存储与显示367

16.5光的相干性367

圆孔的夫琅禾费衍射艾里斑和瑞利判据368

时间相干性和空间相干性369

光场的相干性的经典理论374

习题16376

第17章 经典概念下的光与物质相互作用378

17.1光的反射折射与偏振态378

17.2光在各向异性介质中的传播383

各向异性电介质中电磁场的行为383

晶体光学的基本理论386

单轴晶体及其双折射现象387

17.3电磁波在导体表面的反射和透射389

电磁波在导体中的传播趋肤效应389

电磁波在导体表面的反射392

17.4光的吸收色散散射393

光的吸收和色散的基本规律393

吸收和色散与光和物质的相互作用394

光的散射396

非线性光学简介398

习题17399

第18章 光与物质的相互作用和早期量子概念400

18.1黑体辐射400

18.2光电效应405

18.3氢原子的玻尔模型407

玻尔模型407

量子化通则408

椭圆轨道的氢原子模型409

角动量的空间取向量子化411

量子数与测量值及原子磁矩412

玻尔理论的困难德布罗意波414

习题18416

第6篇 量子力学419

第19章 微观粒子的运动方程和状态描述419

19.1量子力学的基本方程和态函数419

态函数和薛定谔方程419

自由粒子423

一维势阶散射425

19.2一维定态的束缚体系429

一维无限深势阱429

一维线性谐振子431

19.3宇称436

宇称的概念436

无限深势阱的宇称问题437

一维有限深势阱438

19.4几种δ势体系439

一维δ势垒的散射440

δ势阱中的束缚态442

中心有δ势垒的无限深方势阱443

19.5 Kronig-Penney模型444

准自由电子近似模型444

紧束缚近似模型449

周期性δ势垒的Kronig-Penney模型450

19.6绝缘体、导体、半导体能带中电子的运动452

绝缘体、导体、半导体452

能带中电子的运动453

习题19459

第20章 算符表象对称性462

20.1厄米算符和物理量的对应462

厄米算符及其与物理量的对应462

期望值和不确定度的定义465

期望值和不确定度的测量意义466

20.2厄米算符的性质468

厄米算符的期望值为实数468

厄米算符的本征值为实数468

厄米算符本征函数的正交性469

本征函数集的完全性470

关于量子力学中的测量471

20.3表象472

坐标表象和能量表象472

坐标表象和动量表象474

坐标表象和动量表象之间的关系477

表象变换478

20.4狄拉克符号482

20.5算符的对易关系及其物理意义484

算符对易式及其基本性质484

坐标和动量的基本对易关系式486

对易关系式的物理意义487

海森伯不等式的精确表达式492

从笛卡儿表象到球坐标表象和轨道角动量算符494

泡利矩阵496

20.6守恒量和对称性497

守恒量497

对称性和守恒量499

20.7体系力学量的完全组和简并问题501

20.8密度算符502

纯态的密度算符表示503

混合态的密度算符表示505

约化密度算符509

20.9态矢量和矩阵的直积运算512

20.10全同粒子的特性518

全同性原理518

态函数的对称化和泡利不相容原理519

20.11一维双电子的线性谐振子527

一维双电子的线性谐振子的本征值问题及其对称化态527

一维双电子的线性谐振子的准极坐标解法528

二体问题的交换对称性和宇称533

习题20535

第21章 原子的状态和跃迁541

21.1氢原子的能级和跃迁541

氢原子的量子数和简并541

电子的自旋角动量和角动量相加542

考虑电子自旋的氢原子能级图和跃迁选择定则544

考虑自旋情况的简单赛曼效应545

21.2原子的电子组态和元素周期表546

原子能级的表达符号546

多电子原子组态547

原子的壳层结构和元素周期表548

21.3激光原理简介550

产生激光的基本条件551

光学谐振腔和纵模552

激光的谱线宽度552

纵模数和选模554

习题21555

第22章 基本粒子和相互作用556

22.1原子核物理简介556

22.2基本粒子和相互作用558

22.3对称性和守恒定律559

22.4强子结构和夸克模型561

22.5规范场理论和大统一理论563

习题22564