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第四篇振动与波1

第十五章振动1

15-1简谐振动2

一、最简单的振动2

二、简谐振动的产生3

三、简谐振动的运动学振幅矢量6

四、复数表示法14

五、简谐振动的能量15

15-2简谐振动体系的一般特征20

一、扭摆20

二、简谐振动的一般特征22

三、电磁振荡26

15-3阻尼振动32

一、阻尼振动32

二、LRC回路35

三、品质因数37

15-4受迫振动40

一、受迫振动40

二、共振现象43

三、力学的电模拟47

15-5振动的叠加47

一、叠加原理47

二、同方向同频率振动的合成48

三、拍50

四、互相垂直的振动的合成52

五、用简谐振动合成表示非简谐振动58

思考题62

习题67

附录Ⅰ76

附录Ⅱ78

第十六章波79

16-1简谐波79

一、一维简谐波的传播79

二、简谐波表达式82

三、在三维空间传播的平面波和球面波89

四、波的复数表示90

16-2波的产生91

一、弦线上的波的产生波动方程91

二、声波96

三、波动的一般特征97

16-3波的能量能流密度98

一、波的能量98

二、波的能量的传播101

三、球面波103

16-4驻波103

一、波的叠加103

二、驻波105

三、二维驻波112

16-5波包115

附录119

16-6多普勒效应119

16-7电磁波121

一、电磁波传播的机制122

二、麦克斯韦方程组导出电磁波波动方程127

三、电磁波的波速129

四、电磁波的一些性质130

五、电磁场能流密度132

六、电磁波的辐射133

思考题136

习题138

第五篇光学143

引言143

第十七章光的干涉147

17-1波的干涉147

一、惠更斯原理147

二、水波的干涉148

17-2光的干涉152

一、杨氏实验152

二、干涉条纹的可见度156

17-3薄膜干涉158

一、光程差159

二、等倾干涉163

三、等厚干涉163

四、牛顿环166

五、增透膜167

17-4迈克耳孙干涉仪170

一、迈克耳孙干涉仪的结构170

二、迈克耳孙干涉仪的原理171

17-5用干涉方法测量气体折射率174

一、马赫-曾特干涉仪174

二、雅敏干涉仪175

三、瑞利干涉仪177

17-6光的相干性179

一、单色性179

二、时间相干性181

三、杨氏干涉实验中光源大小的影响183

四、空间相干性184

思考题185

习题187

第十八章光的衍射189

18-1菲涅耳-惠更斯原理190

18-2夫琅和费单缝衍射192

一、实验装置和现象192

二、振幅矢量法193

三、函数（sinα/α）2的性质197

四、光强分布规律198

18-3双缝衍射199

18-4光栅203

一、光栅的强度分布规律203

二、多光束干涉205

三、光栅的色散208

18-5圆孔衍射211

一、夫琅和费圆孔衍射211

二、菲涅耳圆孔衍射213

18-6光学仪器的分辨率215

一、分辨率215

二、显微镜的分辨率219

三、光栅的分辨率221

18-7X光衍射224

18-8全息照相227

思考题231

习题232

第十九章光的偏振235

19-1偏振光与自然光235

一、自然光235

二、线偏振光的获得和检验237

三、马吕定律239

四、偏振度240

19-2反射光的偏振240

一、布儒斯特角240

二、菲涅尔公式243

三、位相变化247

19-3双折射249

一、晶体的双折射现象249

二、光轴250

三、主平面和主截面251

四、晶体内的复合波面252

五、在各向异性介质中光波的传播253

六、单轴晶体和双轴晶体256

19-4偏振元件256

一、尼科耳棱镜257

二、偏振片258

三、渥拉斯顿棱镜260

四、二向色性晶体261

19-5 椭圆偏振光261

19-6振动面的旋转——旋光性266

一、旋光性266

二、菲涅耳对旋光的唯象解释268

思考题270

习题271

第二十章光的色散、吸收和散射273

20-1色散273

一、色散273

二、棱镜的色散276

20-2光的吸收282

一、朗伯定律282

二、光学材料284

三、比尔定律284

20-3瑞利散射285

一、光的散射285

二、瑞利散射的规律286

三、瑞利散射的理论解释288

20-4喇曼散射290

思考题292

习题293

第二十一章粒子和波294

21-1原子论294

21-2量子论296

21-3光子300

一、光的微粒说和波动说300

二、光电效应301

三、康普顿效应309

四、光的粒子性315

21-4德布罗意波315

21-5几率波324

21-6 测不准关系328

思考题336

习题337

第二十二章原子能级341

22-1原子的核型结构341

一、原子341

二、从α粒子散射实验确认原子的核型结构342

三、卢瑟福散射公式346

四、原子的有核结构模型与经典物理学的矛盾349

22-2原子光谱的规律性350

一、原子光谱350

二、氢原子光谱的规律性352

22-3原子的定态与能级355

一、原子光谱与原子能级355

二、佛兰克-赫兹实验360

三、原子能级与角动量的量子化361

四、类氢离子365

思考题369

习题369

附录372

第二十三章波动力学377

23-1薛定谔方程377

一、几率波的波函数377

二、自由粒子的波函数380

三、定态问题381

四、薛定谔方程383

23-2一维方势阱问题387

23-3一维谐振子问题392

23-4势垒的穿透（选读材料）395

思考题398

习题399

第二十四章氢原子402

24-1波动力学中的氢原子问题402

一、波动方程402

二、波振幅在三个方向上的分布403

三、角动量和能量的量子化409

24-2氢原子中电子的几率分布415

24-3轨道量子数l和碱金属原子光谱424

24-4磁量子数m和磁场对原子的作用428

一、原子磁矩428

二、塞曼效应430

三、斯特恩-盖拉赫实验432

24-5电子自旋433

一、谱线精细结构与电子自旋434

二、自旋角动量的量子性质435

三、电子的自旋磁矩436

四、自旋和“轨道”磁矩之间的相互作用436

五、电子自旋是电子固有的一个运动属性438

六、磁共振438

24-6原子的辐射激光441

一、辐射跃迁441

二、激光444

思考题449

习题450

附录Ⅰ451

附录Ⅱ457

第二十五章多电子原子和分子（选读材料）463

25-1原子的壳层结构463

一、单电子近似463

二、元素周期律与原子壳层结构464

三、各个元素的原子壳层结构471

四、泡利不相容原理476

25-2X射线谱477

一、X射线477

二、标识辐射478

25-3多电子原子光谱482

一、矢量模型483

二、原子量子状态的标记486

25-4分子结构和分子光谱488

一、分子结构488

二、分子光谱492

习题500

第二十六章固体（选读材料501

26-1固体的能带501

一、固体中能带的形式501

二、导体和绝缘体505

三、导带电子按能量的统计分布费密分布507

四、固体电导511

26-2半导体512

一、本征半导体空穴512

二、n型和p型半导体515

三、p-n结519

第二十七章核与基本粒子（选读材料）523

27-1核结构524

一、质量数和电荷数524

二、核力525

三、原子核的结合能527

四、原子核的角动量、磁矩和电四极矩530

五、核结构模型结合能半经验公式534

27-2核衰变541

一、放射性衰变的规律541

二、α衰变545

三、β衰变547

四、γ衰变551

五、天然放射性元素系551

27-3核反应553

一、核反应的分类553

二、核反应的一般规律555

三、核反应的机制557

四、裂变和聚变559

五、核反应的运用563

27-4基本粒子564

一、基本粒子的相互作用564

二、更深的层次577

附录583