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第20章　几何光学1

20.1　球面折射1

20.1.1　单球面折射1

20.1.2　共轴球面系统4

基础习题5

20.2　透镜5

20.2.1　薄透镜6

20.2.2　薄透镜的组合8

20.2.3　柱面透镜9

20.2.4　透镜的像差10

基础习题12

20.3　眼睛的光学系统12

20.3.1 眼睛的光学结构12

20.3.2　眼睛的调节13

20.3.3　眼睛的屈光不正及其矫正14

基础习题16

20.4　常用光学仪器16

20.4.1　放大镜16

20.4.2　普通光学显微镜17

20.4.3　望远镜19

20.4.4　纤维光束内窥镜19

基础习题20

思考题21

综合习题21

思考与探索22

第21章　光的干涉23

21.1　光的波动学说及光的相干性23

21.1.1　光的波动学说23

21.1.2　普通光源发光的微观机制24

21.1.3　光波的叠加及其相干性25

21.1.4　相干光的获得27

基础习题27

21.2　波阵面分割法产生的光的干涉27

21.2.1　杨氏双缝干涉实验27

21.2.2　菲涅耳双面镜和双棱镜实验30

21.2.3　劳埃德镜实验32

21.2.4　光程　光程差和相位差32

21.2.5　透镜不产生附加光程差34

基础习题35

21.3　振幅分割法产生的光的干涉35

21.3.1　薄膜干涉概述36

21.3.2　等倾干涉37

21.3.3　等厚干涉38

21.3.4　等厚干涉的应用40

基础习题44

21.4　迈克耳孙干涉仪44

21.4.1　仪器结构和原理44

21.4.2　迈克耳孙干涉仪的应用46

基础习题47

21.5　光波的空间相干性和时间相干性47

21.5.1　干涉条纹的可见度47

21.5.2　光波的空间相干性47

21.5.3　光波的时间相干性49

基础习题51

思考题51

综合习题52

思考与探索53

第22章　光的衍射55

22.1　惠更斯－菲涅耳原理55

22.1.1　光的衍射现象55

22.1.2　惠更斯－菲涅耳原理56

22.1.3　衍射的分类57

基础习题58

22.2　夫琅禾费单缝衍射58

22.2.1　衍射装置与衍射图样的特点58

22.2.2　夫琅禾费单缝衍射的明暗条纹位置59

22.2.3　夫琅禾费单缝衍射明条纹的角宽度和线宽度60

22.2.4　夫琅禾费单缝衍射图样的光强分布63

22.2.5 用积分法计算单缝衍射的光强分布65

基础习题66

22.3　夫琅禾费圆孔衍射66

22.3.1　衍射装置和衍射图样特点66

22.3.2　成像仪器的分辨本领68

22.3.3 用积分法计算圆孔衍射的光强分布72

基础习题73

22.4　光栅衍射74

22.4.1　光栅的结构及其衍射图样74

22.4.2　光栅衍射的光强分布75

22.4.3　光栅方程77

22.4.4　暗条纹和次极大的位置77

22.4.5　主极大的半角宽度78

22.4.6　缺级现象78

22.4.7　光栅光谱80

22.4.8　光栅的角色散和分辨本领81

基础习题82

22.5　晶体对X射线的衍射82

22.5.1　X射线的发生装置82

22.5.2　劳埃德实验83

22.5.3　布拉格公式84

基础习题85

思考题85

综合习题86

思考与探索87

第23章　光的偏振88

23.1　自然光与偏振光88

23.1.1　横波的偏振性88

23.1.2　偏振光与自然光89

基础习题90

23.2　起偏和检偏　马吕斯定律91

23.2.1　偏振片91

23.2.2　起偏和检偏91

23.2.3　马吕斯定律92

基础习题93

23.3　反射光和折射光的偏振性94

23.3.1　反射光的偏振性94

23.3.2　折射光的偏振性96

基础习题97

23.4　双折射97

23.4.1　双折射现象97

23.4.2　双折射晶体　光轴　主截面98

23.4.3　光在单轴晶体中的传播99

23.4.4　偏振棱镜102

基础习题104

23.5　椭圆偏振光和圆偏振光104

23.5.1　波晶片——相位推迟片104

23.5.2　椭圆偏振光和圆偏振光的获得105

23.5.3 圆偏振光和椭圆偏振光的检验106

基础习题107

23.6　偏振光的干涉107

23.6.1　偏振光的干涉装置107

23.6.2　光矢量的分解与合成108

23.6.3　合振幅与光强108

基础习题109

23.7　人为双折射和旋光现象110

23.7.1　光弹效应110

23.7.2　电光效应111

23.7.3　旋光现象112

基础习题114

思考题114

综合习题115

思考与探索116

第24章　狭义相对论118

24.1　牛顿力学的相对性原理118

24.1.1 牛顿的绝对时空观118

24.1.2　牛顿力学的相对性原理121

24.1.3 电磁学与牛顿力学的相对性原理121

基础习题123

24.2　实验基础和基本假设123

24.2.1 寻找以太的尝试——迈克耳孙－莫雷实验123

24.2.2　修改麦克斯韦电磁理论的尝试——发射理论127

24.2.3　狭义相对论的基本假设128

基础习题129

24.3　洛伦茨变换129

24.3.1　洛伦茨变换129

24.3.2　对变换式的讨论131

基础习题132

24.4　相对论时空观132

24.4.1 时序的相对性和因果律133

24.4.2　时间膨胀136

24.4.3　长度收缩138

24.4.4　洛伦茨速度变换139

基础习题140

24.5　相对论动力学141

24.5.1　质速关系141

24.5.2　质能关系144

24.5.3　能量与动量的三角关系146

基础习题147

24.6　电磁场的相对性147

24.6.1　相对论动量和能量的变换式148

24.6.2　相对论力的变换式149

24.6.3 电磁场的相对论变换式150

基础习题151

思考题151

综合习题152

思考与探索153

第25章　初期量子论154

25.1　能量子概念154

25.1.1　热辐射　黑体154

25.1.2　基尔霍夫热辐射定律155

25.1.3　黑体的辐射定律156

25.1.4　普朗克能量子假说158

基础习题161

25.2　光量子概念162

25.2.1 光电效应162

25.2.2　康普顿效应165

25.2.3 电子对效应167

基础习题169

25.3　玻尔的氢原子量子论169

25.3.1　原子的有核模型169

25.3.2　氢原子光谱的实验规律170

25.3.3　玻尔的原子理论172

25.3.4　玻尔原子理论的应用173

25.3.5 对应原理175

基础习题176

25.4　弗兰克－赫兹实验176

25.4.1 实验装置与原理177

25.4.2　实验结果177

25.4.3　分析与讨论177

基础习题178

25.5　对玻尔原子理论的评价178

思考题179

综合习题180

思考与探索181

第26章　量子力学基础182

26.1　量子力学的实验基础182

26.1.1 实物粒子的波粒二象性——德布罗意假设182

26.1.2　对玻尔量子化条件的解释183

26.1.3　德布罗意假设的实验验证184

基础习题186

26.2　不确定关系186

26.2.1　坐标和动量186

26.2.2　能量和时间188

基础习题188

26.3　波函数189

26.3.1　波函数的引入189

26.3.2　波函数的物理意义190

26.3.3　波函数的标准条件191

基础习题191

26.4　薛定谔方程191

26.4.1　薛定谔方程192

26.4.2　定态及定态薛定谔方程194

26.4.3　一维无限深方势阱195

26.4.4　一维谐振子197

26.4.5　一维势垒　扫描隧道显微镜（STM）200

基础习题204

26.5　力学量和算符204

26.5.1　算符204

26.5.2　算符的一般性质205

26.5.3　量子力学中常用的几类算符206

26.5.4　本征值方程和力学量的算符表示208

26.5.5 角动量算符的本征值和本征函数210

基础习题213

26.6　量子力学的基本原理213

基础习题215

思考题215

综合习题216

思考与探索217

第27章　原子218

27.1　氢原子218

27.1.1 氢原子的定态薛定谔方程218

27.1.2　电子概率密度220

基础习题224

27.2　电子自旋224

27.2.1　简单塞曼效应224

27.2.2　电子自旋226

27.2.3　斯特恩－格拉赫实验227

基础习题230

27.3　碱金属原子230

27.3.1　碱金属原子的光谱实验规律230

27.3.2　独立电子近似232

27.3.3　碱金属原子光谱的精细结构235

基础习题239

27.4　多电子原子的壳层结构239

27.4.1　原子的壳层结构和电子组态240

27.4.2 电子壳层分布规则240

基础习题242

27.5　激光242

27.5.1　激光器的基本结构242

27.5.2　受激吸收 自发辐射　受激辐射243

27.5.3　粒子数布居反转245

27.5.4　工作物质245

27.5.5　光学谐振腔247

基础习题248

思考题248

综合习题248

思考与探索249

第28章　分子与固体250

28.1　双原子分子250

28.1.1 氢分子250

28.1.2　分子转动能级252

28.1.3　分子振动能级253

28.1.4　分子光谱特征254

基础习题256

28.2　固体的能带256

28.2.1 固体能带的形成256

28.2.2 能带中的电子行为258

基础习题260

28.3　导体、绝缘体和半导体261

28.3.1　导体261

28.3.2　绝缘体261

28.3.3　半导体262

基础习题263

28.4　p-n结　半导体器件263

28.4.1　杂质半导体263

28.4.2　p-n结267

28.4.3　半导体器件269

基础习题270

思考题270

综合习题271

思考与探索271

第29章　核物理与粒子物理272

29.1　原子核的组成和一般性质272

29.1.1　原子核的组成272

29.1.2　原子核的自旋和磁矩273

29.1.3　原子核的结合能274

29.1.4　核力的主要性质275

29.1.5　核结构模型276

基础习题276

29.2　核的放射性衰变276

29.2.1　放射性的基本特征277

29.2.2　核衰变的类型278

29.2.3　放射性衰变规律280

基础习题284

29.3　原子核反应284

29.3.1　反应能284

29.3.2　核反应机制286

基础习题286

29.4　原子核的裂变与聚变287

29.4.1　原子核的裂变287

29.4.2　原子核聚变289

基础习题290

29.5　粒子物理简介290

29.5.1　粒子的分类290

29.5.2　粒子的性质291

29.5.3　粒子间的四种相互作用291

29.6　强子结构和夸克模型293

29.6.1　夸克模型293

29.6.2　夸克的“色”（color）及色相互作用294

第30章　天体物理与宇宙学297

30.1　牛顿万有引力理论的新版本——广义相对论基础297

30.1.1　开普勒的行星运动定律297

30.1.2　牛顿的万有引力定律299

30.1.3　水星之谜300

30.1.4　广义相对论的两条基本原理300

30.1.5　广义相对论中的空时观303

30.1.6　广义相对论的实验验证305

30.2　天体物理简介308

30.2.1　天体系统的空间层次309

30.2.2 白矮星311

30.2.3 中子星312

30.2.4　脉冲星和超新星313

30.2.5 黑洞313

30.3　宇宙学314

30.3.1 宇宙的膨胀314

30.3.2　大爆炸宇宙模型316

30.3.3　宇宙的密度与暗物质320

30.3.4　“热寂说”的终结321

第31章　现代科学与高新技术物理基础（3）323

31.1　全息照相323

31.1.1　全息照相的基本原理323

31.1.2　全息照片的拍摄要求和特点326

31.1.3　全息照相的应用327

31.2　超导宏观量子效应327

31.2.1　超导态的重要特征327

31.2.2　BCS理论331

31.2.3　超导宏观量子效应332

31.2.4　高临界温度超导体研究的进展334

31.3　量子霍尔效应335

习题参考答案337