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第4篇 波动与光学3

第十四章　振动3

14-1　简谐振动的描述3

一　简谐振动的描述3

二　同频率的简谐振动的相位差8

三　简谐振动的速度和加速度9

14-2　简谐振动的动力学11

一　简谐振动的微分方程11

二　简谐振动的动力学特征12

三　简谐振动的能量17

14-3 阻尼振动19

14-4　受迫振动　共振21

14-5 同方向同频率的简谐振动的合成23

14-6 同方向不同频率的简谐振动的合成26

14-7　谐振分析28

内容提要30

习题31

第十五章　机械波37

15-1 机械波的产生和传播37

一　机械波产生的条件37

二　机械波的传播37

三　波速　横波和纵波39

四　波阵面和波射线40

五　波长和频率40

六　弹性介质41

15-2　平面简谐波　波动方程44

一　平面简谐波的波动方程45

二　波动微分方程48

三　波动微分方程的推导49

15-3　波的能量　波的强度53

一　波的能量53

二　波动能量的推导55

三　波的强度55

四　波的吸收58

15-4　声波59

一 声压60

二　声强　声强级61

15-5　惠更斯原理　波的衍射、反射和折射63

一　惠更斯原理63

二　波的衍射64

三　波的反射和折射64

15-6　波的叠加原理　波的干涉67

一　波的叠加67

二　波的干涉67

15-7　驻波70

一　驻波现象70

二　驻波的产生71

三　驻波方程71

四　半波损失74

五　弦线上的驻波76

15-8　多普勒效应79

一　多普勒效应79

二 冲击波83

内容提要84

习题85

第十六章 电磁振荡和电磁波93

16-1 电磁振荡93

16-2　电磁波的基本性质96

一　电磁辐射96

二　电磁波的基本性质96

三　电磁波的能量98

内容提要100

习题100

第十七章　光的干涉102

17-1　光的相干性102

一 光源102

二　光波102

三　相干光的获取方法103

17-2　光程　光程差103

一　光程和光程差104

二　薄透镜的等光程性105

三　光的半波损失106

四　光的干涉107

17-3　双缝干涉108

一　杨氏双缝干涉108

二　双缝干涉条纹的分布特征110

三　洛埃镜干涉111

四　菲涅耳干涉112

17-4　薄膜干涉113

一　薄膜干涉114

二　劈尖的等厚干涉118

三　牛顿环干涉121

四　迈克耳孙干涉议123

内容提要126

习题127

第十八章　光的衍射133

18-1　单缝衍射133

一　惠更斯-菲涅耳原理133

二　单缝夫琅禾费衍射134

18-2　圆孔衍射　光学仪器的分辨本领138

一　圆孔的夫琅禾费衍射138

二　光学仪器的分辨本领139

18-3　光栅衍射141

一　光栅方程141

二　光栅衍射光强的分布特点142

三　缺级现象143

四　光栅光谱144

18-4　X射线衍射146

内容提要148

习题149

第十九章　光的偏振153

19-1 自然光和偏振光153

19-2　起偏和检偏　偏振片154

一　偏振片的起偏和检偏154

二　马吕斯定律155

19-3　反射和折射时光的偏振157

19-4　光的双折射158

一　双折射现象158

二　惠理斯原理对双折射现象的解释159

内容提要162

习题162

第5篇 近代物理169

第二十章　狭义相对论169

20-1　经典力学与经典时空观169

一　伽利略变换与经典时空观169

二　经典力学的伽利略不变性与伽利略相对性原理171

20-2　狭义相对论原理172

一　电磁理论的相对性讨论172

二　关于“以太”模型173

三　迈克耳孙-莫雷实验174

四　光行差实验175

五　爱因斯坦狭义相对论原理176

20-3　相对论时空观178

一　同时性的相对性178

二　时间延缓效应180

三　长度收缩效应182

20-4　洛伦兹变换183

一　洛伦兹坐标变换与洛伦兹坐标差变换183

二　洛伦兹变换与相对论时空观186

三　时空的运动相关性与对应原理190

四　相对论速度变换与光速不变191

20-5　光的多普勒效应193

20-6　相对论动力学基础194

一　相对论动力学方程、质速关系195

二　相对论能量198

三　相对论能量动量关系199

四　结合能与质量亏损200

20-7　广义相对论简介201

一　引力质量与惯性质量202

二　等效原理202

三　广义相对性原理203

四　广义相对论的实验检验203

内容提要205

习题206

第二十一章 电磁辐射的量子理论211

21-1　黑体辐射　普朗克能量子假设211

一　热辐射211

二　黑体辐射的规律212

三　经典理论的困难214

四　普朗克能量子假设214

21-2　爱因斯坦光子理论215

一　爱因斯坦光子理论215

二　光的波粒二象性216

21-3 电磁辐射与物质相互作用时的量子效应218

一　光电效应218

二　康普顿散射222

三　电子对效应227

四　光子的吸收228

21-4　玻尔的氢原子理论230

一　氢原子光谱的实验规律230

二　玻尔假设232

三　玻尔的氢原子理论233

内容提要237

习题238

第二十二章　量子力学基础知识241

22-1　波粒二象性241

一　德布罗意假设241

二　物质波的实验验证242

三　物质波的统计诠释——概率波244

22-2 波函数247

22-3　不确定关系249

22-4　薛定谔方程255

22-5　一维无限深势阱中的粒子256

一　势阱256

二　一维无限深势阱中运动粒子的波函数257

三　能量量子化　概率密度函数258

22-6　势垒　隧道效应261

一　单壁势垒的情况261

二　势垒贯穿　隧道效应263

三　扫描隧道显微镜263

22-7　谐振子265

内容提要266

习题267

第二十三章　原子中的电子270

23-1 氢原子270

一　氢原子的量子力学处理270

二　电子云与电子的径向密度函数273

23-2 电子自旋275

23-3　施特恩-格拉赫实验277

23-4　原子中电子的排布278

一 电子的量子态——四个量子数278

二　原子中电子的排布279

三　元素周期律的理论说明282

内容提要283

习题283

第二十四章　原子核285

24-1　原子核的基本性质285

一　原子核的电荷和质量285

二　原子核的组成286

三　原子核的大小287

四　原子核的自旋和磁矩287

五　原子核的能量288

24-2　核力289

24-3　原子核的结合能291

24-4　原子核的放射性衰变293

一　放射性衰变的基本规律293

二　α衰变296

三　β衰变299

四　γ衰变301

24-5　核反应302

一　核反应302

二　反应道和反应截面303

三　反应能和阈能304

四　核反应的过程及机制305

24-6　核裂变306

一　核裂变306

二　裂变的液滴模型理论307

三　裂变能量308

四　链式反应308

24-7　核聚变310

内容提要312

习题313

第二十五章　激光315

25-1　光放大和粒子数反转315

一　光的自发辐射、受激辐射和受激吸收315

二　光放大和粒子数反转317

三　能级的寿命317

四　抽运过程319

25-2　激光的产生320

一　光的增益和损耗320

二　激光振荡和光学谐振腔321

三　谐振腔对激光方向、频率和偏振态的选择322

25-3　激光器325

一　氦-氖（He-Ne）激光器325

二　红宝石（Cr3+:Al2O3）激光器327

三　半导体激光器328

四　染料（液体）激光器329

25-4　激光的特点329

25-5　激光的应用330

一　激光加工330

二　激光测量331

三　激光通讯332

25-6　光学全息333

一　光全息的基本思想333

二　光全息的实现334

三　光全息的应用334

习题336

第二十六章　半导体338

26-1 固体的能带结构338

26-2　导体、绝缘体和半导体340

一　固体中的电子运动341

二　导体、绝缘体和半导体341

26-3　本征半导体和杂质半导体342

26-4　半导体应用简介344

一　pn节344

二　半导体传感元件344

习题345

习题答案347