《大学物理 当代物理前沿专题部分》

专题一：原子能及其和平利用 何柞庥1

1.1原子的碎裂和原子核的发现1

1.2 原子核的电荷、质量的测定和原子核的质子、中子模型2

1.3 原子能和原子核的结合能3

1.4 原子能的可能的释放模式4

1.5 核裂变和原子能5

1.6 核聚变和原子能6

1.7 一种新的释放原子能的方式——高能质子的碎裂反应+热中子堆6

1.8 原子能和能源问题7

1.9 原子能和中国的能源问题8

专题二：半导体 夏建白9

2.1半导体技术和半导体物理的发展9

2.1.1 半导体技术的重大发展及应用9

2.1.2 半导体物理的发展10

2.1.3 我国半导体科学技术的发展11

2.2 半导体的基本概念12

2.2.1 能带12

2.2.2 杂质态12

2.2.3 输运性质13

2.2.4 光学性质14

2.2.5 量子阱和超晶格14

2.3 半导体器件原理15

2.3.1 p-n结15

2.3.2 半导体晶体管16

2.3.3 MOS晶体管17

2.3.4 激光器17

2.4.1 半导体工艺的特殊性18

2.3.5 光电探测器和太阳电池18

2.4 半导体工艺18

2.4.2 材料生长19

2.4.3 平面工艺21

2.4.4 集成电路设计22

2.5 半导体科学技术展望22

2.5.1 信息革命22

2.5.2 更高的集成度23

2.5.3 集成光学和集成光电子学24

2.5.4 超晶格、量子线和量子点器件25

2.5.5 分子电子学26

3.1 激光器简史28

3.1.1 相干电磁波谱的扩展28

专题三：激光技术 邓锡铭雷仕湛28

3.1.2 汤斯和肖洛的光激射器理论29

3.1.3 梅曼制成世界上第一台激光器29

3.1.4 我国的第一台激光器30

3.1.5 激光器之名的由来31

3.2 激光器的基本原理32

3.2.1 自发辐射与受激辐射32

3.2.2 负温度32

3.2.3 激光的增益33

3.2.4 激光器的结构33

3.2.5 激光器的振荡条件35

3.2.6 模和激光振荡模35

3.2.7 调Q和Q开关37

3.2.8 锁模38

3.2.9 激光器件40

3.3 激光技术应用41

3.3.1 激光的特性41

3.3.2 激光精密计量42

3.3.3 激光信息处理44

3.3.4 强激光的应用45

3.3.5 激光医学47

3.3.6 激光生物应用48

3.3.7 激光武器48

3.3.8 科学实验应用48

3.4 激光技术的发展49

3.4.1 建立激光产业49

3.4.3 发展新型激光器50

3.4.2 发展短波长和长波长激光技术50

专题四：超导电性 赵忠贤李阳52

4.1 引言52

4.2 超导体的基本性质53

4.2.1 从低温的获得到超导电性的发现53

4.2.2 超导体的基本物理性质56

4.3 传统超导体的唯象模型59

4.3.1 二流体模型59

4.3.2 伦敦方程60

4.3.3 金兹堡-朗道理论62

4.4 传统超导体的微观机制63

4.5 超导隧道效应67

4.5.1 正常电子隧道效应68

4.6 两类超导体的基本特征70

4.5.2 约瑟夫森隧道电流效应70

4.7 高温超导体74

4.8 超导材料的应用77

4.8.1 超导应用的巨大潜力77

4.8.2 超导材料的强电方面应用78

4.8.3 超导材料的弱电方面应用79

4.8.4 高温超导体的应用79

4.9 结束语80

专题五：声学 汪德昭应崇福 李启虎 张家騄81

5.1 一门古老而又年轻的科学81

5.1.1 声学的研究对象81

5.1.2 声学发展简史81

5.1.4 近代声学在国民经济、国防及人类日常生活中的作用83

5.1.3 我国古代的声学研究83

5.2 声学的基本概念与理论85

5.2.1 声波与振动85

5.2.2 波动方程86

5.2.3 声波的传输87

5.3 听觉、语言和音乐89

5.3.1 听觉89

5.3.2 语言90

5.3.3 音乐91

5.3.4 音质与噪声控制92

5.4 超声及其应用93

5.4.1 超声的性质和特点93

5.4.2 超声在医学诊断、无损检测和工业检测中的应用94

5.5.1 水声学中的基本概念95

5.5 声与海洋95

5.4.4 超声电子学器件和系统95

5.4.3 超声在加工处理和医学治疗中的应用95

5.5.2 射线理论与简正波理论97

5.5.3 声呐 声呐方程97

5.5.4 海洋开发中的水声学99

5.6 声信号的数字处理100

5.6.1 信号处理的基本概念100

5.6.2 声信号的数字处理101

5.6.3 声学与现代数字信号处理技术103

专题六：空间物理学 都亨105

6.1空间物理学概述105

6.1.1 空间物理学简史105

6.1.2 空间物理学的特点105

6.1.3 空间物理学的研究对象和分支学科106

6.2 地球的中高层大气107

6.2.1 大气的分层结构107

6.2.2 静态大气108

6.2.3 太阳电磁辐射与大气的相互作用109

6.2.4 电离层的形成及其对电波传播的影响111

6.2.5 极光113

6.3 地外空间115

6.3.1 地球磁场115

6.3.2 带电粒子在磁场中的运动118

6.3.3 太阳的粒子辐射123

6.3.4 磁层126

6.4.4 理论研究131

6.4.3 卫星探测131

6.4.1 地面观测131

6.4.2 火箭观测131

6.4 空间物理学的研究方法131

6.5 空间物理学研究的意义132

6.5.1 高层大气密度对航天器轨道的影响132

6.5.2 原子氧对航天器表面的剥蚀效应133

6.5.3 高能带电粒子的辐射剂量效应133

6.5.4 单粒子事件133

6.5.5 等离子体对航天器的充电效应133

6.5.6 地球磁场对航天器姿态的影响134

专题七：混沌现象 郝柏林135

7.1什么是非线性136

7.2 强迫摆的混沌运动138

7.3 简单而行为丰富的一维虫口模型140

7.4 通向混沌的道路143

7.5 混沌的定义和刻划145

7.6 混沌的应用148

7.7 没有“混沌学”——浅谈混沌的哲学意义149

专题八：非线性非平衡系统的自组织 杜婵英漆安慎151

8.1 从无序到有序151

8.1.1 贝纳德效应151

8.1.2 别洛乌索夫-扎包廷斯基反应151

8.1.3 激光153

8.1.4 糖酵解及其它154

8.1.5 什么是自组织154

8.2 液晶的电流体不稳定件——分岔图与对称破缺154

8.2.1 液晶的简单介绍154

8.2.2 丝状液晶在电场下的威廉姆斯畴155

8.2.3 对称破缺156

8.3 混沌(Chaos)——貌似无序的序157

8.3.1 由激光实验初识混沌157

8.3.2 决定论描述的系统对初值依赖的两种情况157

8.3.3 看来“混乱一片”，实为“章法井然”158

8.4 自组织中混沌的典型例子161

8.5 熵产生和负熵流166

8.5.1 开系处于非平衡态166

8.5.2 熵产生与负熵流167

8.5.3 远平衡与近平衡168

8.6 环境的涨落与自组织169

9.1 天文学与天文世界171

9.1.1 天文对象171

专题九：现代科学中的天文世界 王绶琯邹振隆171

9.1.2 天文学科172

9.1.3 天文方法172

9.1.4 距离、“视限”与“阶梯”173

9.1.5 几条先验原则175

9.2 天文学历史上三次飞跃的启示176

9.2.1 行星层次——连结开普勒定律的飞跃176

9.2.2 恒星层次——连结赫罗图的飞跃176

9.2.3 星系层次——连结哈勃定律的飞跃179

9.3 天文大统一模型及其面临的挑战180

9.4 天文世界的探索者与第二类开发184

专题十：对称与近代物理 杨振宁186

10.1早期阶段186

10.2 十九世纪：群和晶体学191

10.3 二十世纪：扩大了对称的作用192

10.4 二十世纪：规范对称195

10.5 二十一世纪：对称的新方面?198

近代科学进入中国的回顾与前瞻 杨振宁200

一、公元一四○○至一六○○年——中国落后于西方200

二、公元一六八七年——近代科学在欧洲诞生202

三、公元一六○○至一九○○年——中国抗拒引入西方思想203

四、公元一八四○至一九○○年——引入现代科学举步维艰206

五、公元一九○○至一九五○年——急速引进现代科学206

六、公元一九五○至二○○○年——中国开始加入国际科技竞赛207

七、二十一世纪208

夏建白210

雷仕湛210

邓锡铭210

何祚庥210

作者简介210

赵忠贤211

汪德昭211

应崇福211

李启虎212

张家騄212

都亨212

郝柏林212

杜婵英213

漆安慎213

王绶琯213

邹振隆214

杨振宁214