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第3篇 热学1

第9章 热力学基础2

9.1 状态参量 平衡态 准静态过程2

9.1.1 气体的状态参量2

9.1.2 平衡态4

9.1.3 准静态过程5

9.2 理想气体的状态方程6

9.3 热力学第一定律 内能 功 热量9

9.3.1 热力学第一定律9

9.3.2 内能9

9.3.3 功10

9.3.4 热量和热容量11

9.4 热力学第一定律的应用13

9.4.1 等体过程14

9.4.2 等压过程15

9.4.3 等温过程16

9.5 理想气体的绝热过程18

9.5.1 理想气体的准静态绝热过程19

9.5.2 非静态绝热过程21

9.5.3 多方过程22

9.6 循环过程和卡诺循环27

9.6.1 循环过程27

9.6.2 卡诺循环28

9.7 热力学第二定律和不可逆过程 卡诺定理35

9.7.1 自然过程的方向性35

9.7.2 热力学第二定律的两种表述35

9.7.3 热力学第二定律两种表述的等效性36

9.7.4 可逆和不可逆过程37

9.7.5 卡诺定理38

阅读材料（9） 电冰箱 空调39

思考题941

习题942

第10章 气体动理论46

10.1 麦克斯韦速率分布46

10.1.1 麦克斯韦速率分布律47

10.1.2 三个统计速率49

10.1.3 麦克斯韦速率分布律的实验验证52

10.2 玻耳兹曼分布53

10.2.1 玻耳兹曼分布律53

10.2.2 重力场中微粒按高度的分布54

10.2.3 统计规律性与涨落现象55

10.3 理想气体的压强55

10.3.1 理想气体的微观模型55

10.3.2 平衡状态气体的统计假设（又称分子混沌性假设）56

10.3.3 理想气体压强公式及其统计意义57

10.4 温度的微观本质 理想气体状态方程的推证58

10.4.1 温度的微观解释58

10.4.2 理想气体状态方程的推证59

10.5 能量均分定理 理想气体的内能61

10.5.1 自由度61

10.5.2 能量均分定理62

10.5.3 理想气体的内能63

10.5.4 理想气体的摩尔热容64

10.6 真实气体66

10.6.1 真实气体的等温线66

10.6.2 范德瓦耳斯方程67

10.7 气体分子的平均自由程和碰撞频率70

10.8 气体内的输运过程73

10.8.1 黏滞现象（内摩擦）73

10.8.2 热传导75

10.8.3 扩散现象77

10.8.4 低压下的热传导78

10.9 热力学第二定律的统计意义和熵的概念78

10.9.1 热力学第二定律的统计意义78

10.9.2 熵和熵增加原理80

10.9.3 熵的热力学表示82

阅读材料（10） 熵和信息、生命及其他86

思考题1090

习题1091

第4篇 振动、波动和波动光学94

第11章 振动学基础95

11.1 简谐运动的描述95

11.1.1 弹簧振子95

11.1.2 简谐运动的表达式96

11.1.3 简谐运动的速度和加速度96

11.1.4 振动的相位97

11.1.5 旋转矢量表示法98

11.2 简谐运动的动力学特征101

11.2.1 简谐运动的动力学定义101

11.2.2 简谐运动的实例104

11.2.3 简谐运动的能量105

11.3 简谐运动的合成109

11.3.1 两个同方向同频率简谐运动的合成109

11.3.2 两个同方向不同频率简谐运动的合成111

11.3.3 相互垂直的简谐运动的合成113

11.4 阻尼振动116

11.5 受迫振动 共振118

11.6 电磁振荡120

阅读材料（11） 非线性振动简介121

思考题11127

习题11128

第12章 波动学基础132

12.1 机械波的产生和传播132

12.1.1 机械波的形成132

12.1.2 描述波动的物理量134

1 2.2 平面简谐波的波函数135

12.2.1 波函数的建立135

12.2.2 波函数的物理意义137

12.3 波动方程与波速142

12.3.1 物体的弹性形变142

12.3.2 波动方程143

12.3.3 决定波速的因素145

12.4 波的能量146

12.4.1 平面简谐纵波传播时介质元的能量146

12.4.2 波的能量密度和能流密度147

12.4.3 波的吸收149

12.4.4 球面波150

12.5 惠更斯原理151

12.5.1 惠更斯原理151

12.5.2 惠更斯原理的应用152

12.6 波的叠加原理 波的干涉154

12.6.1 波的叠加原理154

12.6.2 波的干涉154

12.7 驻波157

12.7.1 驻波的形成157

12.7.2 驻波的波函数159

12.7.3 半波损失160

12.7.4 弦线振动的简正模式161

12.8 多普勒效应162

12.9 声波165

12.9.1 声压165

12.9.2 声强和声强级165

12.10 电磁波167

12.10.1 电磁波及其性质167

12.10.2 电磁波的能量169

12.10.3 电磁波的产生与传播170

12.10.4 电磁波谱172

阅读材料（12） 超声波应用简介174

思考题12176

习题12178

第13章 光学181

13.1 几何光学的基本原理181

13.1.1 几何光学的基本定律181

13.1.2 全反射183

13.1.3 费马原理184

13.2 几何光学成像的基本概念和薄透镜成像规律186

13.2.1 同心光束 物和像186

13.2.2 光在平面上的反射187

13.2.3 光在球面上的折射和反射188

13.2.4 薄透镜194

13.3 光学仪器199

13.3.1 照相机199

13.3.2 显微镜200

13.3.3 望远镜202

13.4 光的相干性203

13.4.1 光源203

13.4.2 光的干涉现象205

13.5 双缝干涉207

13.5.1 杨氏双缝干涉207

13.5.2 菲涅耳双镜209

13.5.3 劳埃德镜209

13.6 薄膜干涉211

13.6.1 薄膜的等倾干涉211

13.6.2 薄膜的等厚干涉215

13.6.3 迈克耳逊干涉仪219

13.6.4 多层薄膜系统221

13.7 单缝衍射223

13.7.1 惠更斯-菲涅耳原理223

13.7.2 单缝衍射225

13.8 光栅衍射229

13.8.1 衍射光栅229

13.8.2 光栅衍射的光强分布230

13.9 光学仪器的分辨本领234

13.10 X射线衍射236

13.11 偏振光与自然光238

13.11.1 偏振光239

13.11.2 自然光240

13.12 马吕斯定律241

13.12.1 偏振片241

13.12.2 马吕斯定律242

13.13 反射和折射时光的偏振244

13.14 双折射现象246

13.14.1 双折射的寻常光和非常光246

13.14.2 光轴和主平面247

13.14.3 双折射现象的解释248

13.14.4 偏振棱镜250

13.15 椭圆偏振光和圆偏振光 波片253

13.15.1 椭圆偏振光和圆偏振光253

13.15.2 波片254

13.15.3 偏振光的检验256

13.16 偏振光的干涉 人为双折射现象 旋光现象256

13.16.1 偏振光的干涉256

13.16.2 人为双折射现象258

13.16.3 物质的旋光性260

阅读材料（13） 全息照相260

思考题13262

习题13265

第5篇 近代物理基础270

第14章 量子物理271

14.1 黑体辐射和普朗克量子假设271

14.1.1 黑体辐射272

14.1.2 普朗克量子假设和普朗克公式274

14.2 光电效应和爱因斯坦光子理论277

14.2.1 光电效应277

14.2.2 爱因斯坦光子理论279

14.2.3 光的波粒二象性280

14.3 康普顿效应（康普顿散射）281

14.4 氢原子光谱和玻尔理论285

14.4.1 经典原子模型286

14.4.2 氢原子光谱287

14.4.3 玻尔氢原子理论288

14.5 德布罗意假设与电子衍射实验292

14.5.1 德布罗意假设292

14.5.2 电子衍射实验295

14.6 波函数的统计解释298

14.6.1 关于粒子和波的分析298

14.6.2 波函数的统计解释299

14.6.3 态叠加原理302

14.7 不确定关系303

14.8 薛定谔方程305

14.8.1 薛定谔方程的引入305

14.8.2 定态，不含时间的薛定谔方程307

14.9 一维定态308

14.9.1 一维无限深方势阱308

14.9.2 隧道效应311

14.9.3 一维线性谐振子 宇称314

14.10 原子中的电子 原子的壳层结构317

14.10.1 氢原子中电子的波函数及其概率分布317

14.10.2 电子的自旋 施特恩-盖拉赫实验320

14.10.3 泡利原理 多电子原子的壳层结构322

14.10.4 元素周期表325

阅读材料（14） 激光及其原理327

思考题14331

习题14332

第15章 原子核物理和粒子物理简介335

15.1 原子核的基本性质335

15.1.1 原子核的组成335

15.1.2 核素图336

15.1.3 原子核的大小和形状337

15.1.4 核的自旋和磁距338

15.2 原子核的结合能339

15.3 核力340

15.3.1 核力的一般性质340

15.3.2 核力的介子理论341

15.4 原子核的放射性342

15.4.1 放射性的一般现象342

15.4.2 衰变规律343

15.4.3 放射性强度与辐射剂量344

15.5 核反应346

15.5.1 核反应346

15.5.2 Q方程347

15.5.3 反应截面348

15.5.4 核反应机制349

15.6 原子核的裂变和聚变350

15.6.1 重核裂变350

15.6.2 裂变机制350

15.6.3 裂变能的利用350

15.6.4 轻核聚变351

15.7 粒子物理的基本特点355

15.8 粒子的分类356

15.8.1 粒子的分类356

15.8.2 共振态356

15.9 守恒定律360

15.9.1 轻子数和重子数360

15.9.2 同位旋I和同位旋z分量Iz360

15.9.3 奇异数361

15.9.4 电荷共轭362

15.9.5 宇称362

15.10 夸克（层子）模型363

15.11 相互作用及其统一性探索365

15.11.1 相互作用365

15.11.2 统一性探索365

思考题15368

习题15368

第16章 分子与固体370

16.1 化学键370

16.1.1 离子键371

16.1.2 共价键371

16.1.3 金属键372

16.1.4 分子间的作用力372

16.2 晶体结构374

16.2.1 晶格的周期性374

16.2.2 晶体分类375

16.3 能带理论378

16.4 导体 绝缘体 半导体380

16.4.1 导体、半导体和绝缘体的能带差异380

16.4.2 半导体的导电机理380

16.4.3 n型半导体、p型半导体381

16.4.4 p-n结382

思考题16383

第17章 天体物理与宇宙学384

17.1 广义相对论印证384

17.1.1 广义相对论的等效原理385

17.1.2 光线引力偏折和弯曲时空385

17.1.3 引力辐射386

17.1.4 引力红移387

17.2 白矮星 中子量黑洞387

17.2.1 白矮星387

17.2.2 中子量388

17.2.3 黑洞389

17.3 宇宙论389

17.3.1 哈勃定律与膨胀宇宙389

17.3.2 大爆炸宇宙学说391

17.3.3暴胀宇宙学问世393

思考题17394

习题参考答案395

习题9395

习题10395

习题11396

习题12397

习题13398

习题14399

习题15400

附录402

附录1 书中物理量的符号及单位402

附录2 名词索引405

参考文献414