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第四篇 分子物理学和热力学2

第13章 气体动理论2

13.1平衡状态 理想气体状态方程2

13.1.1状态参量2

13.1.2平衡态 平衡过程3

13.1.3理想气体状态方程4

13.2气体分子运动论的压强公式5

13.2.1理想气体的微观模型5

13.2.2平衡态的统计假设5

13.2.3理想气体的压强公式6

13.3气体分子的平均平动动能与温度关系8

13.3.1温度公式8

13.3.2气体分子的方均根速率9

13.4能量按自由度均分原理 理想气体内能10

13.4.1自由度10

13.4.2气体分子的自由度11

13.4.3能量均分原理11

13.4.4理想气体内能13

13.5麦克斯韦分子速率分布律15

13.5.1分子的速率分布15

13.5.2气体分子速率的三种统计平均值17

13.6平均自由程 气体内的迁移现象19

13.6.1分子的平均碰撞频率19

13.6.2分子的平均自由程20

13.6.3气体内的迁移现象及其基本定律21

13.7真空的获得和低压的测定24

13.7.1真空的特点24

13.7.2真空的获得25

13.7.3真空（低压）的测量29

习题32

第14章 热力学的物理基础34

14.1热力学第一定律34

14.1.1热力学过程34

14.1.2功、热量、内能35

14.1.3热力学第一定律37

14.2热力学第一定律对于理想气体的等值过程的应用38

14.2.1等容过程38

14.2.2等温过程38

14.2.3等压过程39

14.3气体的摩尔热容量41

14.3.1热容量的概念41

14.3.2气体的定容摩尔热容量Cv41

14.3.3气体的定压摩尔热容量Vp42

14.3.4比热容比γ42

14.4绝热过程45

14.4.1绝热过程方程的推导46

14.4.2绝热线与等温线的讨论47

14.5循环过程 卡诺循环48

14.5.1循环过程48

14.5.2循环效率49

14.5.3卡诺循环51

14.5.4卡诺机的效率52

14.5.5制冷机的应用54

14.6热力学第二定律57

14.6.1热力学第二定律57

14.6.2可逆过程和不可逆过程59

14.6.3卡诺定理60

14.6.4热力学第二定律的统计意义60

习题61

第15章 真实气体64

15.1真实气体的等温线64

15.2范德瓦耳斯方程66

15.3焦耳-汤姆孙实验 真实气体的内能69

15.4低温的获得71

15.4.1液化气体获得低温71

15.4.2绝热退磁降温72

15.4.3稀释制冷72

15.4.4激光冷却中性原子72

15.5相变与热处理技术73

15.5.1相变73

15.5.2热处理技术74

第五篇 波动光学77

第16章 光的干涉77

16.1光源 光的单色性和相干性77

16.2双缝干涉79

16.3光程和光程差82

16.4薄膜干涉85

16.5劈尖干涉 牛顿环91

16.6迈克耳孙干涉仪及应用96

习题98

第17章 光的衍射99

17.1光的衍射现象 惠更斯-菲涅耳原理99

17.2单缝和圆孔的夫琅禾费衍射101

17.3光栅衍射106

17.4光学仪器的分辨率111

17.5伦琴射线衍射 布拉格方程114

习题116

第18章 光的偏振118

18.1自然光和偏振光118

18.2偏振片的起偏和检偏 马吕斯定律120

18.3反射和折射光的偏振124

18.4光的双折射现象126

18.5偏振光的干涉 人为双折射现象131

18.6旋光现象133

习题134

第六篇 近代物理基础137

第19章 相对论基础137

19.1伽利略变换与经典力学时空观137

19.1.1伽利略变换137

19.1.2经典力学时空观140

19.2狭义相对论的基本假设 洛伦兹变换142

19.2.1狭义相对论提出的历史背景142

19.2.2狭义相对论的基本假设144

19.2.3洛伦兹坐标变换式145

19.2.4洛伦兹速度变换式147

19.3狭义相对论的时空观148

19.3.1长度收缩148

19.3.2时间膨胀149

19.3.3同时的相对性150

19.4狭义相对论动力学154

19.4.1质量和动量154

19.4.2动力学基本方程155

19.4.3能量155

19.4.4能量与动量的关系157

19.4.5光子的能量、质量和动量157

19.5广义相对论简介160

19.5.1孪生子佯谬160

19.5.2广义相对论的基本原理和时空弯曲160

19.5.3广义相对论的可观测效应161

习题162

第20章 波粒二象性166

20.1黑体辐射与普朗克量子化假说166

20.1.1热辐射166

20.1.2黑体辐射的实验规律166

20.1.3黑体热辐射的实验规律167

20.1.4普朗克的能量子假设168

20.2光电效应170

20.2.1光电效应的实验规律170

20.2.2经典理论的解释及其困难173

20.2.3光子假设及光的波粒二象性173

20.2.4光子假说对光电效应的解释174

20.2.5爱因斯坦的光电效应方程174

20.3康普顿效应175

20.3.1康普顿效应的实验规律176

20.3.2康普顿效应的量子解释176

20.3.3康普顿散射公式177

20.4微观粒子的波粒二象性178

20.4.1微观粒子的波粒二象性178

20.4.2德布罗意方程179

20.4.3自由粒子的德布罗意波长179

20.4.4戴维孙-革末实验180

20.5不确定关系181

20.5.1电子单缝衍射实验182

20.5.2不确定关系183

习题186

第21章 原子的量子理论初步188

21.1玻尔的原子量子理论188

21.1.1氢原子光谱的实验规律188

21.1.2原子的有核模型190

21.1.3玻尔的氢原子量子论191

21.1.4氢原子结构的计算192

21.2薛定谔方程198

21.2.1波函数及其统计解释198

21.2.2一般的薛定谔波动方程200

21.2.3定态薛定谔波动方程200

21.3一维势场中的粒子运动202

21.3.1一维无限深势阱中的粒子运动202

21.3.2势垒贯穿205

21.4量子力学中的原子问题206

21.4.1氢原子薛定谔方程的解207

21.4.2多电子原子的描述209

21.5激光210

21.5.1氦-氖激光器210

21.5.2原子的跃迁211

21.5.3激光的获得213

21.6固体的能带结构和半导体的基本概念214

21.6.1半导体的基本概念215

21.6.2固体能带的基本概念215

21.6.3本征半导体和杂质半导体216

21.7原子核与基本粒子218

21.7.1放射性218

21.7.2原子核220

21.7.3基本粒子222

21.7.4核磁共振225

习题226

习题参考答案234

附录235

附录A物理量单位制235

一、单位制235

二、国际单位制简介235

三、力学和电学中曾经出现过的单位制242

附录B常用字母和数学符号242

附录C单位换算243

附录D基本物理常数246

附录E一些固体的密度247

附录F某些声波与某些物体振动的频率248

附录G某些物质的特征值249