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第4篇 振动与波动1

引言1

第15章 机械振动2

15.1 简谐振动的描述2

15.1.1 简谐振动2

15.1.2 简谐振动的动力学方程3

15.1.3 简谐振动的速度及加速度3

15.1.4 常数A和ψ的确定3

15.1.5 简谐振动的振幅、周期、频率和相位4

15.2 简谐振动旋转矢量图示法6

15.3 常见的简谐振动——单摆和复摆7

15.3.1 单摆7

15.3.2 复摆8

15.4 简谐振动的能量8

15.5 阻尼振动、受迫振动及共振9

15.5.1 阻尼振动9

15.5.2 受迫振动及共振10

15.6 振动的合成11

15.6.1 同一直线上两个同频率的简谐振动的合成11

15.6.2 同一直线上两个不同频率的简谐振动的合成12

15.6.3 两个相互垂直的简谐振动的合成13

本章小结14

思考题15

习题15

第16章 机械波18

16.1 机械波的形成及其描述18

16.1.1 机械波的产生18

16.1.2 机械波的几何描述19

16.1.3 波的分类——横波与纵波19

16.1.4 描述机械波的特征量20

16.2 平面简谐波21

16.2.1 平面简谐波的波动方程22

16.2.2 波动方程的物理意义24

16.2.3 平面波的波动微分方程26

16.3 波的能量27

16.3.1 能量密度27

16.3.2 能流密度28

16.4 惠更斯原理30

16.4.1 惠更斯原理30

16.4.2 波的衍射30

16.4.3 波的反射和折射31

16.5 波的干涉33

16.5.1 波的叠加原理及相干条件33

16.5.2 干涉相长和相消的条件33

16.5.3 驻波35

16.6 多普勒效应39

本章小结41

思考题42

习题42

第5篇 波动光学45

引言45

第17章 光的干涉46

17.1 相干光46

17.1.1 普通光源的发光特点46

17.1.2 实际光源的相干条件47

17.1.3 从普通光源获得相干光的方法48

17.2 双缝干涉48

17.2.1 杨氏双缝干涉48

17.2.2 洛埃德镜51

17.3 光程及光程差52

17.3.1 光程及光程差52

17.3.2 薄透镜不产生附加光程差52

17.4 薄膜干涉54

17.4.1 等倾干涉54

17.4.2 等厚干涉55

17.5 迈克尔逊干涉仪59

17.6 空间相干性及时间相干性60

17.6.1 缝宽对干涉条纹的影响及空间相干性60

17.6.2 时间相干性61

本章小结61

思考题62

习题62

第18章 光的衍射65

18.1 光的衍射和惠更斯-菲涅尔原理65

18.1.1 光的衍射现象65

18.1.2 衍射分类66

18.1.3 惠更斯-菲涅尔原理66

18.2 单缝的夫琅和费衍射67

18.2.1 单缝的夫琅和费衍射67

18.2.2 振幅矢量法69

18.3 光学仪器分辨率71

18.3.1 圆孔的夫琅和费衍射71

18.3.2 光学仪器分辨率71

18.4 光栅衍射72

18.4.1 光栅及光栅常数72

18.4.2 光栅方程73

18.4.3 光谱线的缺级73

18.4.4 形成暗条纹的条件74

18.4.5 光栅光谱75

18.5 X射线衍射76

18.5.1 X射线衍射76

18.5.2 劳厄斑77

18.5.3 布拉格公式78

本章小结79

思考题79

习题79

第19章 光的偏振82

19.1 光的偏振状态82

19.1.1 自然光和偏振光82

19.1.2 椭圆偏振光和圆偏振光83

19.2 偏振片的起偏和检偏及马吕斯定律83

19.2.1 线偏振光的获得与检验83

19.2.2 马吕斯定律84

19.3 反射和折射时光的偏振及布儒斯特定律85

19.3.1 反射和折射时光的偏振85

19.3.2 布儒斯特定律85

19.4 双折射现象86

19.4.1 寻常光和非常光87

19.4.2 光轴及主平面87

19.4.3 单轴晶体的子波波面88

19.4.4 惠更斯原理在双折射现象中的应用88

19.4.5 晶体的二向色性和偏振片89

19.5 偏振元件89

19.5.1 尼科尔棱镜89

19.5.2 渥拉斯顿棱镜89

19.5.3 波晶片90

19.6 偏振光的干涉91

19.7 人为双折射92

19.7.1 光弹性效应92

19.7.2 电光效应93

本章小结94

思考题94

习题94

第6篇 近代物理97

引言97

第20章 相对论99

20.1 狭义相对论的基本假设100

20.1.1 伽利略坐标变换式及经典力学的绝对时空观100

20.1.2 迈克尔逊－莫雷实验104

20.1.3 狭义相对论的两个基本假设106

20.1.4 洛伦兹坐标变换式106

20.2 狭义相对论的时空观110

20.2.1 同时性的相对性110

20.2.2 空间长度的相对性——长度的收缩112

20.2.3 时间间隔的相对性——时间的延缓114

20.2.4 同时的相对性不会改变相关事件的因果关系115

20.3 狭义相对论质点动力学117

20.3.1 相对论动量、质量及质点动力学方程118

20.3.2 相对论中的功和动能120

20.3.3 相对论能量和质能关系式121

20.3.4 原子核的裂变和聚变123

20.3.5 相对论能量和动量的关系124

20.3.6 力和加速度的关系125

20.3.7 相对论力、动量和能量的变换关系126

20.4 广义相对论简介128

20.4.1 广义相对论的基本原理128

20.4.2 引力几何化和时空弯曲129

20.4.3 广义相对论效应的实验验证130

本章小结133

思考题135

习题135

第21章 量子力学基础137

21.1 量子力学的诞生138

21.1.1 黑体辐射138

21.1.2 普朗克的能量子假说141

21.2 光的波粒二象性142

21.2.1 光电效应142

21.2.2 爱因斯坦的光量子论144

21.2.3 康普顿散射147

21.3 玻尔的氢原子理论150

21.3.1 氢原子光谱的实验规律151

21.3.2 玻尔的量子论153

21.3.3 弗兰克－赫兹实验155

21.4 实物粒子的波粒二象性156

21.4.1 德布罗意物质波156

21.4.2 德布罗意物质波的实验验证158

21.4.3 不确定关系160

21.5 概率波与波函数163

21.5.1 物质波的统计诠释——概率波163

21.5.2 波函数及其物理意义166

21.5.3 波函数状态叠加原理166

21.5.4 统计诠释及其他物理条件对波函数提出的要求167

21.5.5 一维自由粒子波函数的表述形式168

21.6 薛定谔方程169

21.6.1 定态薛定谔方程170

21.6.2 薛定谔方程的建立过程171

21.6.3 一维无限深（方）势阱中的粒子172

21.6.4 有限宽势垒和隧道效应175

21.7 原子中的电子178

21.7.1 氢原子的量子力学处理178

21.7.2 求解波函数得出的一些重要结论178

21.7.3 斯特恩革拉赫实验181

21.7.4 电子自旋182

21.7.5 多电子原子中电子的排布184

本章小结186

思考题189

习题189

阅读材料——扫描隧道显微镜与纳米技术191

附录 计算中常用物理恒量201

习题答案202

参考文献207