大学物理基础

第4篇振动与波动

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φ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

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

18.5X射线衍射76

18.5.1X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

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

　　本册是《大学物理基础》下册，包括振动与波动、波动光学、近代物理，在保留经典物理基本框架的同时，对近代物理（相对论和量子力学基础）核心技术的基本物理原理的介绍有所加强和拓展。内容的选择上除了讲解经典基本内容外，注重物理思想、物理方法的融入；安排了许多与现代实际应用密切联系的例题；同时，还有本章小结、习题和相关著名物理学家简介。　　本书是根据教育部高等学校工科物理基础课程教学指导分委员会2008年制定的《非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求》编写的。本书紧扣该教学基本要求，在选材上突出物理图像，弱化数学推演。本书分三册出版，上册包括力学篇、热学篇；中册是电磁学篇，讲述物理学的电磁学部分；本册是下册，包括振动与波动、波动光学、近代物理，在保留经典物理基本框架的同时，对近代物理（相对论和量子力学基础）核心技术的基本物理原理的介绍有所加强和拓展。内容的选择上除了讲解经典基本内容外，注重物理思想、物理方法的融入；安排了许多与现代实际应用密切联系的例题；同时，还有本章小结、习题和相关著名物理学家简介。　　本书可作为高等理工科院校理工科各专业大学物理基础课程的教材，也可以供其他有关专业选用或作为读者自学的参考书。