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第四篇 热学2

14 气体动理论2

14.1 热学的基本概念2

14.1.1 系统与外界2

14.1.2 平衡态2

14.1.3 状态参量3

14.1.4 状态方程4

14.1.5 热力学第零定律6

14.2 气体动理论的基本观点7

14.2.1 分子运动的基本概念7

14.2.2 统计观点简介8

14.3 理想气体的压强10

14.3.1 理想气体微观模型10

14.3.2 分子集体行为的统计假设10

14.3.3 理想气体的压强公式11

14.4 理想的气体的温度14

14.4.1 温度的统计解释14

14.4.2 方均根速率15

14.5 能量均分定理 理想气体的内能17

14.5.1 自由度17

14.5.2 能量均分定理18

14.5.3 理想气体的内能19

14.6 麦克斯韦速率分布律20

14.6.1 麦克斯韦速率分布函数20

14.6.2 三种统计速率22

14.6.3 气体速率分布的实验验证25

14.7 玻耳兹曼分布律简介26

14.7.1 玻耳兹曼分布律26

14.7.2 重力场中微粒按高度的分布27

14.8 气体分子的平均自由程和平均碰撞频率28

14.8.1 平均碰撞频率29

14.8.2 气体分子的平均自由程30

思考题31

习题32

15 热力学基础35

15.1 准静态过程 功 热量和内能35

15.1.1 准静态过程35

15.1.2 功36

15.1.3 热量37

15.1.4 内能38

15.2 热力学第一定律39

15.2.1 热力学第一定律39

15.2.2 热力学第一定律对理想气体等值过程的应用40

15.2.3 理想气体的摩尔热容41

15.3 绝热过程 多方过程43

15.3.1 绝热过程方程43

15.3.2 准静态绝热过程曲线43

15.3.3 多方过程45

15.4 循环过程卡诺循环46

15.4.1 循环过程46

15.4.2 卡诺循环48

15.5 热力学第二定律51

15.5.1 可逆过程与不可逆过程51

15.5.2 热力学第二定律的表述52

15.5.3 热力学第二定律的实质53

15.5.4 热力学第二定律的微观意义53

15.6 卡诺定理 克劳修斯不等式 熵54

15.6.1 卡诺定理54

15.6.2 克劳修斯不等式54

15.6.3 熵55

15.6.4 热力学第二定律的数学表达式56

15.6.5 熵增加原理57

15.7 热力学第二定律的统计意义 玻耳兹曼熵59

15.7.1 热力学概率59

15.7.2 热力学第二定律的统计意义60

15.7.3 玻耳兹曼熵62

思考题62

习题63

阅读材料67

第五篇 机械振动和机械波75

16 机械振动75

16.1 简谐振动75

16.1.1 简谐振动的特征及其表达式75

16.1.2 描述简谐振动的特征量77

16.1.3 简谐振动的旋转矢量法80

16.1.4 几种常见的简谐振动83

16.1.5 简谐振动的能量86

16.2 阻尼振动 受迫振动 共振87

16.2.1 阻尼振动87

16.2.2 受迫振动 共振89

16.3 非线性振动简介90

16.4 简谐振动和合成92

16.4.1 两个同方向同频率简谐振动的合成92

16.4.2 两个同方向不同频率的简谐振动的合成94

16.4.3 相互垂直的简谐振动的合成96

16.5 振动的分解98

思考题98

习题99

17 机械波104

17.1 机械波的产生和传播104

17.1.1 机械波的产生104

17.1.2 描述波动的物理量105

17.2 平面简谐波 波动方程109

17.2.1 平面简谐波的波动方程109

17.2.2 平面波的波动微分方程111

17.3 波的能量113

17.3.1 波的能量和能量密度113

17.3.2 波的能流和能流密度115

17.3.3 波的吸收116

17.4 波的衍射 干涉117

17.4.1 惠更斯原理 波的衍射117

17.4.2 波的叠加原理 波的干涉118

17.5 驻波120

17.5.1 驻波的形成120

17.5.2 驻波方程121

17.5.3 半波损失123

17.5.4 弦线振动的简正模式124

17.6 多普勒效应125

17.7 非线性波简介127

思考题127

习题128

第六篇 光学136

18 光的干涉136

18.1 光波的基本概念 光波的叠加136

18.1.1 光波136

18.1.2 相干光137

18.1.3 光波的叠加与分析139

18.1.4 光程142

18.2 分波阵面干涉145

18.2.1 杨氏双缝干涉145

18.2.2 其他分波阵面干涉149

18.3 分振幅干涉151

18.3.1 平行平面薄膜干涉151

18.3.2 等厚干涉158

18.4 迈克尔逊干涉仪164

18.4.1 迈克尔逊干涉仪结构164

18.4.2 迈克尔逊干涉仪的干涉现象165

18.5 多光束干涉167

思考题170

习题171

阅读材料174

19 光的衍射178

19.1 光的衍射现象和惠更斯-菲涅尔原理178

19.1.1 光的衍射现象178

19.1.2 菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射179

19.1.3 惠更斯-菲涅尔原理179

19.2 单缝夫琅禾费衍射180

19.2.1 菲涅尔半波带法181

19.2.2 单缝夫琅禾费衍射图样183

19.3 光栅衍射188

19.3.1 光栅188

19.3.2 光栅衍射的强度分布189

19.3.3 光栅衍射的条纹分布191

19.3.4 光栅光谱193

19.4 光学仪器的分辨本领196

19.4.1 圆孔夫琅禾费衍射196

19.4.2 光学仪器的分辨本领197

19.5 X射线的衍射199

思考题201

习题201

阅读材料204

20 光的偏振206

20.1 自然光和偏振光206

20.2 起偏和检偏 马吕斯定律208

20.2.1 起偏和检偏208

20.2.2 马吕斯定律209

20.3 反射光与折射光的偏振性质211

20.4 光的双折射213

20.4.1 双折射与偏振光213

20.4.2 双折射现象的解释217

20.5 偏振光的干涉及其应用220

20.5.1 波片220

20.5.2 椭圆偏振光和圆偏振光222

20.5.3 偏振光的干涉及其应用223

20.5.4 人为双折射现象224

20.6 旋光现象226

思考题227

习题227

阅读材料229

第七篇 量子物理基础241

21 量子物理基础241

21.1 黑体辐射 普朗克能量子假设241

21.1.1 热辐射241

21.1.2 黑体辐射定律242

21.1.3 普朗克能量子假设243

21.2 光的量子性245

21.2.1 光电效应245

21.2.2 爱因斯坦光子假设247

21.2.3 康普顿效应249

21.3 氢原子光谱的实验规律 玻尔理论252

21.3.1 氢原子光谱的实验规律252

21.3.2 玻尔的氢原子理论253

21.4 德布罗意假设 电子衍射实验257

21.4.1 德布罗意物质波假设257

21.4.2 电子衍射实验258

21.5 测不准关系259

21.6 波函数 薛定谔方程262

21.6.1 波函数262

21.6.2 薛定谔方程264

21.6.3 定态薛定谔方程265

21.7 一维势阱 势垒 隧道效应266

21.7.1 一维势阱266

21.7.2 一维势垒 隧道效应270

21.8 氢原子272

21.9 斯特恩-盖拉赫实验 电子自旋275

21.9.1 电子的轨道磁矩275

21.9.2 斯特恩-盖拉赫实验276

21.9.3 电子的自旋277

21.10 原子的壳层结构277

思考题280

习题281

阅读材料284

22 原子核物理与粒子物理简介290

22.1 原子核的基本性质290

22.1.1 原子核的组成290

22.1.2 原子核的大小和密度291

22.1.3 自旋和磁矩292

22.1.4 核力293

22.1.5 原子核的质量与结合能294

22.2 原子核的放射性衰变295

22.2.1 放射性295

22.2.2 放射性衰变定律297

22.2.3 三种衰变方式298

22.2.4 放射性的应用300

22.3 粒子物理简介302

22.3.1 粒子的基本特征302

22.3.2 粒子的相互作用及其统一模型303

22.3.3 粒子的分类303

22.3.4 夸克模型305

思考题307

23 固体物理基础 激光308

23.1 固体的能带结构308

23.1.1 晶态固体的基本性质308

23.1.2 固体的能带310

23.2 绝缘体 导体 半导体313

23.2.1 绝缘体314

23.2.2 导体314

23.2.3 半导体315

23.3 pn结318

23.3.1 pn结318

23.3.2 结型晶体管319

23.3.3 场效应晶体管319

23.4 激光321

23.4.1 激光的基本原理321

23.4.2 常见激光器及激光应用326

思考题328

习题329

阅读材料330

附表352

参考文献354