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第四部分振动 波动和波动光学1

第一章 机械振动1

1-1 谐振动2

(一)谐振子及其运动微分方程3

(二)谐振动的运动方程5

(三)谐振动的矢量图示法8

(四)谐振动的振幅 周期 频率9

(五)相位的物理意义11

(六)谐振动的能量18

1-2 谐振动的合成28

(一)同方向同频率谐振动的合成28

(二)同方向不同频率谐振动的合成 拍32

(三)相互垂直方向同频率谐振动的合成34

(四)相互垂直方向不同频率谐振动的合成39

1-3 阻尼振动40

1-4 受迫振动 共振43

(一)受迫振动43

(二)共振45

本章小结49

思考题和习题51

第二章 机械波57

2-1 机械波的产生和传播58

(一)机械波产生的条件58

(二)横波和纵波59

(三)波阵面和波射线61

2-2 波长 波的周期和频率 波速63

(一)波长63

(二)波的周期及频率63

(三)波速64

(四)波长、周期、波速三者的关系66

2-3 平面简谐波方程67

(一)平面简谐波方程的导出68

(二)平面简谐波方程的物理意义69

(三)沿X负方向传播的波71

(四)波速和质点振动速度72

(五)平面波动方程的一般形式72

2-4 波的能量 能流密度80

(一)波的能量80

(二)波的能量密度83

(三)能流 能流密度84

2-5 惠更斯原理88

(一)惠更斯原理88

(二)波的反射90

(三)波的折射91

(四)波的衍射92

2-6 波的迭加原理 波的干涉93

(一)波的迭加原理93

(二)波的干涉94

2-7 驻波101

(一)驻波101

(二)驻波方程104

(三)半波损失106

2-8 多普勒效应110

2-9 声波 超声波 次声波113

(一)声速113

(二)声压 声强和声强级114

(三)音调 响度117

(四)超声波117

(五)次声波118

本章小结119

思考题和习题122

第三章 电磁振荡和电磁波130

3-1 电磁振荡131

(一)无阻尼自由振荡131

(二)阻尼振荡135

(三)受迫振荡136

(四)电共振139

3-2 电磁波141

(一)电磁波的产生与传播142

(二)平面电磁波的波动方程143

(三)电磁波的基本性质147

3-3 电磁波谱150

3-4 电磁波的能量 坡印廷矢量153

本章小结155

思考题和习题156

第四章 波动光学160

4-1 相干光162

(一)光源发光本质的复杂性162

(二)相干光的获得163

(三)相干光的条件164

4-2 杨氏双缝 洛埃镜164

(一)杨氏双缝165

(二)洛埃镜167

4-3 薄膜干涉168

(一)光程169

(二)使用透镜不会引起附加的光程差171

(三)光在薄膜上反射时的半波损失171

(四)薄膜干涉172

(一)劈尖180

4-4 劈尖 牛顿环180

(二)牛顿环183

4-5 迈克尔逊干涉仪187

4-6 时间相干性和空间相干性189

(一)时间相干性190

(二)空间相干性192

4-7 光的衍射现象194

4-8 惠更斯—菲涅耳原理195

4-9 单缝衍射196

4-10 光栅衍射203

4-11 光学仪器的分辨本领212

4-12 X射线的衍射214

4-13 自然光和偏振光 马吕斯定律218

(一)光的偏振218

(二)自然光与偏振光219

(三)马吕斯定律222

4-14 反射和折射时光的偏振224

4-15 光的双折射现象227

4-16 偏振光振动面的旋转230

本章小结232

思考题和习题235

第五部分近代物理241

第一章 狭义相对论基础241

1-1 狭义相对论的基本原理242

(一)经典力学时空观242

(二)以太的设想244

(三)迈克尔逊—莫雷实验244

(四)狭义相对论基本原理247

(一)洛仑兹坐标变换式248

1-2 洛仑兹坐标变换248

(二)狭义相对论的速度合成公式252

1-3 狭义相对论时空观255

(一)同时性的相对性255

(二)长度的收缩256

(三)时间的延缓259

1-4 狭义相对论动力学基础262

(一)质量随速度的变化关系263

(二)相对论力学的基本方程265

(三)质能关系266

(四)动量与能量的关系271

本章小结272

思考题和习题274

2-1 热辐射277

第二章 光的量子性277

(一)热辐射 平衡热辐射278

(二)辐射本领和吸收率278

(三)绝对黑体279

(四)基尔霍夫定律280

2-2 绝对黑体辐射定律281

(一)绝对黑体辐射本领的实验曲线281

(二)普朗克量子假设283

2-3 光电效应及其规律287

(一)光电效应的基本实验规律287

(二)光的波动论与光电效应间的矛盾292

2-4 爱因斯坦的光子理论293

2-5 康普顿效应298

(一)康普顿效应298

(二)康普顿效应的量子论解释299

(三)康普顿效应的定量计算300

本章小结303

思考题和习题306

第三章 原子结构及量子力学基本知识308

3-1 玻尔的氢原子理论309

(一)卢瑟福的α粒子散射实验和原子结构的行星模型309

(二)氢原子光谱的规律性315

(三)玻尔的氢原子理论319

3-2 椭圆轨道 空间量子化 电子的自旋331

(一)量子化条件和量子数 索末菲椭圆轨道331

(二)电子轨道运动的磁矩 玻尔磁子333

(三)空间量子化335

(四)斯特恩—革拉赫实验337

(五)电子的自旋 自旋磁量子数338

(六)量子力学中得出的四个量子条件和四个量子数340

(一)元素周期律342

3-3 元素周期律与原子的电子壳层结构342

(二)原子的电子壳层结构 泡利不相容原理和能量最小原理344

3-4 伦琴线状光谱348

3-5 量子力学的基本概念 薛定谔方程354

(一)德布罗意假设 物质的二象性354

(二)波函数和它的统计解释359

(三)薛定谔方程363

(四)测不准关系366

3-6 势阱中的微观粒子 谐振子 势垒369

(一)势阱中的粒子369

(二)线性谐振子374

(三)势垒 隧道效应375

3-7 量子力学对氢原子的描述376

本章小结379

思考题和习题381

第四章 半导体383

4-1 固体能带385

(一)价电子的共有化385

4-2 导体 半导体 绝缘体386

(一)满带 导带 禁带386

(二)能带的形成387

(二)导体 半导体和绝缘体的能带结构391

4-3 半导体的导电机构393

(一)电子和空穴393

(二)杂质的影响396

4-4 电子分布的统计规律399

(一)费米分布函数399

(二)半导体中载流子的统计分布402

(一)电阻率409

4-5 半导体的电阻率和光电导现象409

(二)光电导现象410

4-6 p—n结411

(一)p-n结411

(二)p-n结的整流原理412

本章小结415

思考题和习题418

第五章 激光419

5-1 产生激光的基本原理419

(一)自发辐射、受激吸收和受激辐射419

(二)粒子数的反转424

(三)谐振腔427

5-2 激光器429

(一)氦—氖气体激光器429

(二)掺钕钇铝石榴石激光器431

5-3 激光的特性和应用433

(一)激光的特性433

(二)激光的应用434

本章小结438

思考题439

第六章 原子核和基本粒子440

6-1 原子核的基本性质和原子核的结构模型442

(一)原子核的基本性质442

(二)原子核的核力452

(三)原子核的结构模型455

6-2 原子核的转变458

(一)原子核的衰变458

(二)原子核的人工转变464

(三)射线探测仪器472

6-3 基本粒子及其分类478

(一)宇宙射线479

(二)基本粒子的分类484

(三)共振态粒子486

6-4 基本粒子的相互作用和守恒定律487

(一)基本粒子的相互作用487

(二)基本粒子的守恒定律490

(三)基本粒子的结构模型498

本章小结504

思考题和习题506

结束语510

附录Ⅰ 各色可见光的波长范围515

附录Ⅱ 常用物理基本常数表516

附录Ⅲ 希腊字母表517

习题答案518