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第四篇 波动 3

第一章 机械振动和电磁振荡 3

1．弹簧振子和谐振动 3

一、弹簧振子的振动 3

二、谐振动的数学分析法 5

三、谐振动的矢量图表示法 19

四、谐振动的能量 27

2．LC振荡电路 无阻尼自由振荡 32

一、LC振荡电路 无阻尼自由振荡 32

二、无阻尼自由振荡的振荡方程 35

三、无阻尼自由振荡的能量 37

3．阻尼振动(阻尼自由振动) 44

一、什么是阻尼自由振动 44

二、机械振动系统的阻尼自由振动 45

三、电路中的阻尼自由振荡 49

4．受迫振动 共振 52

一、什么是受迫振动 52

二、机械振动系统的受迫振动和共振 53

三、振荡电路的受迫振荡和共振 59

5．同方向谐振动的合成 63

一、同方向同频率的谐振动的合成 64

二、同方向不同频率的谐振动的合成 拍 68

6．相互垂直的谐振动的合成 72

7．复杂振动的分解 频谱 82

问题 85

习题 86

第二章 机械波和电磁波 91

1．机械波的产生和传播 波动方程 91

一、机械波的产生和传播 横波和纵波 波面和波线 91

二、波的频率和周期 波长 波速 97

三、平面简谐波的波动方程 101

四、平面波波动方程的微分形式 108

2．电磁波的产生和传播 平面电磁波的波动方程 111

一、电磁波的产生和传播 111

二、平面电磁波波动方程 电磁波的性质 118

三、电磁波谱 124

3．波的能量 能流密度 126

一、机械波的能量 能流密度 127

二、电磁波的能量 能流密度 135

三、传输线和波导 139

4．惠更斯原理 波的反射、折射和衍射 140

一、惠更斯原理 141

二、波的反射定律 142

三、波的折射定律 144

四、波的衍射 145

5．波的叠加原理 波的干涉 147

一、波的叠加原理 147

二、波的干涉 148

6．驻波 155

7．多普勒效应 163

一、声源相对媒质静止，观察者以速度v相对媒质运动 164

二、观察者相对媒质静止，声源以速度v_s相对媒质运动 165

三、声源和观察者同时相对媒质运动 166

8．超声波 169

问题 171

习题 172

第三章 波动光学 178

1．光的干涉现象 获得相干光的方法 178

一、光的干涉现象 杨氏双缝实验 178

二、光的相干性 183

三、菲涅耳双面镜和双棱镜实验 185

四、洛埃镜实验 186

2．薄膜的干涉 光程 光程差 187

一、平行平面薄膜的干涉现象 187

二、薄膜干涉条纹的条件 光程和光程差 188

3．劈尖的干涉 牛顿环 195

一、劈尖的干涉 等厚干涉条纹 195

二、牛顿环 200

三、相干长度 205

4．迈克耳孙干涉仪 208

5．光的衍射现象 惠更斯-菲涅耳原理 211

一、光的衍射现象 211

二、惠更斯-菲涅耳原理 212

6．单缝衍射 213

一、菲涅耳波带法 214

二、光强分布的定量研究——积分法 221

7．光学仪器的分辨本领 225

8．衍射光栅 229

一、衍射光栅的衍射现象 229

二、光栅衍射条纹的形成 230

三、衍射光谱 235

9．晶体的伦琴射线衍射 布喇格公式 240

10．全息照相原理 244

11．自然光与偏振光 249

12．偏振片的起偏和检偏 马吕斯定律 252

一、偏振片的起偏和检偏 252

二、马吕斯定律 253

13．反射和折射起偏 255

一、反射起偏 255

二、折射起偏 257

14．双折射现象 应用双折射产生偏振光的仪器 258

一、双折射现象 258

二、应用双折射产生偏振光的仪器 264

15．椭圆偏振光和圆偏振光 波片 266

16．偏振光的干涉 269

17．人为双折射现象 272

一、光弹性效应 272

二、克尔效应 273

问题 274

习题 276

第五篇 微观粒子的运动 280

第一章 微观粒子的二象性 280

1．热辐射 普朗克公式 280

一、热辐射 280

二、基尔霍夫定律 282

三、绝对黑体的辐射 284

四、经典理论的困难 285

五、普朗克能量子假设 286

六、斯忒藩-玻耳兹曼定律和维恩位移定律 288

2．光电效应 爱因斯坦方程 292

一、光电效应的实验定律 293

二、经典理论解释光电效应的困难 297

三、光子 爱因斯坦方程 297

四、光电效应的应用 300

3．伦琴射线的散射 康普顿效应 303

4．德布罗意波及其实验验证 310

5．测不准关系式 315

问题 319

习题 319

第二章 原子的量子理论 322

1．玻尔的原子理论 322

一、原子的核型结构与经典理论的困难 323

二、原子光谱的规律性与玻尔的基本假设 326

三、夫兰克与赫兹的实验 338

2．量子条件和量子数 空间量子化 电子的自旋 341

一、主量子数和角量子数 341

二、空间量子化和磁量子数 343

三、电子自旋 自旋磁量子数 347

3．多电子原子与元素周期表 351

一、泡利不相容原理 352

二、能量最小原理 354

4．多电子原子的光学光谱和X光谱 358

5．量子力学的基本概念 薛定谔方程 362

一、波函数和它的统计解释 362

二、薛定谔方程 364

6．薛定谔方程的简单应用 366

一、一维方位阱 366

二、一维位垒 隧道效应 372

三、氢原子 374

7．受激辐射 激光 379

一、光和原子的相互作用 380

二、粒子数反转 382

三、谐振腔 激光的形成 384

四、激光的一些应用 386

问题 388

习题 389

第三章 晶体的电子理论 391

1．金属导电的电子理论 费米-狄拉克统计 391

一、金属的经典电子理论及其困难 392

二、金属电子的量子理论 费米-狄拉克分布 395

2．金属的接触电位差 温差电动势 402

一、金属的接触电位差 伏打定律 402

二、温差电现象 405

3．固体的能带理论简介 406

一、晶体中电子的共有化 能带的形成 406

二、满带和空带 导体、绝缘体和半导体 409

4．半导体的导电机构 412

一、半导体导电性的特点 412

二、本征半导体 电子与空穴 413

三、n型半导体和p型半导体 417

5．p-n结 晶体管的整流和放大作用 420

一、p-n结的位垒的形成 420

二、p-n结的整流作用 422

三、晶体三极管及其放大作用 423

6．超导体简介 426

问题 430

第四章 原子核与基本粒子 431

1．原子核的性质和组成 431

一、原子核的电荷和质量 431

二、原子核的大小和密度 432

三、原子核的自旋和磁矩 433

四、原子核的组成 434

2．结合能和核力 435

一、结合能和核能的应用 435

二、核力和核模型 438

3．放射性 衰变定律 442

一、放射性 442

二、衰变定律 443

三、位移定则 446

四、射线的探测 447

五、放射性同位素的应用 449

4．“基本”粒子 研究“基本”粒子的意义和途径 450

一、引言 450

二、研究“基本”粒子的意义 451

三、研究“基本”粒子的途径 452

5．“基本”粒子的性质和分类 453

一、“基本”粒子的性质 453

二、“基本”粒子的分类 456

6．“基本”粒子的相互作用 458

7．“基本”粒子模型简介 467

8．“基本”粒子的应用前景 469

问题 471

习题 472

附录一 谐振动方程的解 474

附录二 受迫振动方程的解 475

附录三 傅里叶级数的系数的计算 477

习题答案 480