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第三篇 热物理学3

第7章 热力学基础3

7.1热力学系统 理想气体状态方程3

一、热力学系统3

二、气体的状态参量3

三、平衡态4

四、理想气体状态方程5

7.2热力学第一定律6

一、准静态过程6

二、功7

三、热量8

四、内能9

五、热力学第一定律9

7.3理想气体的等值过程 摩尔热容10

一、等体过程 定体摩尔热容10

二、等压过程 定压摩尔热容12

三、等温过程13

7.4绝热过程 多方过程15

一、绝热过程15

二、多方过程16

7.5循环过程 卡诺循环19

一、循环过程19

二、卡诺循环21

7.6热力学第二定律23

一、热力学第二定律的两种表述24

二、两种表述的等效性25

7.7可逆过程与不可逆过程 卡诺定理26

一、可逆过程与不可逆过程26

二、卡诺定理27

7.8熵 熵增加原理28

一、熵的引入29

二、熵变的计算31

三、熵增加原理32

章后结束语33

一、本章小结33

二、应用及前沿发展34

习题与思考35

科学家简介——焦耳39

阅读资料A：熵和能量退化 能源41

第8章 气体动理论43

8.1分子动理论的基本观点和统计方法的概念43

一、分子动理论的基本观点43

二、统计方法的一般概念44

8.2理想气体的压强公式45

一、理想气体的微观模型45

二、理想气体的压强公式46

8.3温度的微观解释48

8.4麦克斯韦气体分子速率分布律50

一、测定气体分子速率分布的实验50

二、麦克斯韦气体分子速率分布律52

三、三种速率的推算53

8.5玻尔兹曼分布56

一、玻尔兹曼分布56

二、重力场中微粒按高度的分布律57

三、等温气压公式58

8.6能量按自由度均分定理 理想气体的内能和摩尔热容59

一、分子的自由度59

二、能量按自由度均分定理59

三、理想气体的内能和摩尔热容60

8.7分子的平均碰撞频率和平均自由程62

8.8气体内的迁移现象64

一、粘滞现象（内摩擦现象）64

二、热传导现象65

三、扩散现象66

8.9实际气体的范德瓦尔斯方程68

一、分子体积引起的修正68

二、分子引力引起的修正69

8.10焦耳-汤姆孙实验 实际气体的内能71

一、焦耳实验71

二、焦耳-汤姆孙实验71

三、实际气体的内能73

8.11热力学第二定律的统计意义73

一、气体自由膨胀过程的不可逆性的微观解释73

二、热力学第二定律的统计意义74

三、熵的统计表达式75

章后结束语75

一、本章小结75

二、应用及前沿发展77

习题与思考77

科学家简介——玻尔兹曼79

阅读资料B：自组织现象 低温的获得81

第四篇 振动与波86

第9章 振动学基础86

9.1简谐振动86

一、简谐振动的基本特征及其表示86

二、描述简谐振动的特征量88

三、简谐振动的矢量图解法和复数解法89

四、简谐振动的能量92

9.2阻尼振动94

9.3受迫振动和共振96

一、受迫振动96

二、共振97

9.4简谐振动的合成98

一、同方向同频率的两个简谐振动的合成98

二、同方向不同频率的两个简谐振动的合成拍100

三、相互垂直的简谐振动的合成102

9.5电磁振荡105

一、LC电路的振荡106

二、阻尼振荡107

三、受迫振荡 电共振112

章后结束语114

一、本章小结114

二、应用及前沿发展116

习题与思考116

阅读材料C：周期运动的分解120

第10章 波动学基础122

10.1机械波的产生和传播122

一、机械波产生的条件122

二、横波和纵波123

三、波射线和波振面124

四、描述波动的几个物理量124

10.2平面简谐波125

一、平面简谐波的波函数125

二、波动方程及其推导129

10.3波的能量和能流131

一、波的能量及能量密度131

二、波的能流和能流密度 波强133

三、波的吸收134

10.4电磁波134

一、平面电磁波的性质134

二、电磁波的能量136

三、电磁波谱136

10.5惠更斯原理 波的反射、折射和衍射138

一、惠更斯原理138

二、波的反射和折射139

三、波的衍射141

10.6波的叠加原理、波的干涉和驻波141

一、波的叠加原理141

二、波的干涉现象和规律141

三、驻波143

10.7多普勒效应147

一、机械波的多普勒效应147

二、电磁波的多普勒效应149

章后结束语151

一、本章小结151

二、应用及前沿发展152

习题与思考152

阅读材料D：冲击波154

第11章 波动光学156

11.1光干涉的一般理论156

一、光的叠加原理156

二、光的相干叠加157

三、光程 光程差159

11.2分波振面干涉160

一、杨氏双缝干涉实验160

二、缝宽对干涉条纹的影响 空间相干性162

三、双缝型的其他干涉装置163

11.3分振幅干涉165

一、薄膜干涉——等倾干涉条纹165

二、薄膜干涉——等厚干涉条纹166

三、薄膜干涉的应用169

11.4迈克尔孙干涉仪 时间相干性170

一、迈克尔孙干涉仪170

二、时间相干性171

11.5光的衍射现象和惠更斯-菲涅尔原理173

一、光的衍射现象173

二、惠更斯-菲涅尔原理174

三、菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射174

11.6单缝夫琅禾费衍射175

11.7圆孔的夫琅禾费衍射 光学仪器的分辨本领178

一、圆孔的夫琅禾费衍射178

二、光学仪器的分辨本领179

11.8光栅的衍射181

一、光栅的衍射花样181

二、光栅方程182

三、光栅光谱182

11.9X射线衍射183

11.10光的偏振态185

一、自然光 线偏振光和部分偏振光185

二、椭圆偏振光和圆偏振光186

11.11偏振片的起偏和检偏 马吕斯定律187

一、二相色性188

二、偏振片的起偏和检偏188

三、马吕斯定律189

11.12反射、折射和散射时的偏振现象190

一、反射光和折射光的偏振190

二、由散射产生的偏振光191

11.13双折射现象与光的偏振192

一、晶体的双折射现象192

二、尼科尔棱镜193

三、波片194

四、克尔电光效应195

五、偏振光的检测196

11.14旋光现象196

章后结束语198

一、本章小结198

二、应用及前沿发展200

习题与思考200

阅读材料E：光学信息处理204

第五篇 近代物理基础209

第12章 相对论基础209

12.1狭义相对论产生的历史背景209

一、力学相对性原理和经典时空观209

二、狭义相对论产生的历史背景和条件210

12.2狭义相对论的基本原理211

一、狭义相对论的两个基本假设211

二、洛伦兹变换212

三、洛伦兹速度变换关系214

12.3狭义相对论的时空观215

一、同时的相对性215

二、时间延缓效应216

三、长度收缩效应216

12.4狭义相对论动力学基础217

一、相对论质量和动量218

二、相对论动力学基本方程219

三、质能关系219

四、能量-动量关系221

章后结束语221

一、本章小结221

二、应用及前沿发展223

习题与思考224

科学家简介——爱因斯坦225

第13章 量子力学基础228

13.1黑体辐射与普朗克的量子假设228

一、黑体辐射的基本规律228

二、普朗克的量子假设230

13.2光电效应与爱因斯坦的光量子假设230

一、光电效应的实验规律231

二、爱因斯坦光子假设和光电效应方程232

三、光（电磁波）的波-粒二象性233

13.3氢原子光谱与玻尔的量子论234

一、氢原子光谱的实验规律234

二、玻尔的量子论236

三、玻尔理论的缺陷和意义238

13.4微观粒子的波-粒二象性 不确定关系238

一、微观粒子的波-粒二象性238

二、不确定关系240

13.5量子力学的基本概念和基本原理242

一、波函数及其统计解释242

二、薛定谔方程244

三、一维无限深势阱246

13.6氢原子249

一、氢原子问题的量子力学处理249

二、电子的自旋251

13.7原子的电子壳层结构253

一、四个量子数253

二、原子的电子壳层结构253

13.8激光255

一、受激吸收 自发辐射和受激辐射255

二、粒子数反转256

三、光学谐振腔257

四、激光的应用258

13.9固体的能带理论258

一、电子的共有化259

二、能带的形成259

三、满带、导带和禁带260

四、导体、半导体和绝缘体261

章后结束语262

一、本章小结262

二、应用及前沿发展265

习题与思考266

阅读材料F：纳米物理与纳米技术268

习题答案271

附表276

参考文献279