大學物理（下）

第9章機械振動1
章前問題1
學習要點1
9.1簡諧運動2
9.1.1簡諧運動的基本特徵2
9.1.2簡諧運動運算式3
9.1.3簡諧運動曲線3
9.2描述簡諧運動的基本物理量4
9.2.1週期頻率4
9.2.2相位初相5
9.2.3相位差6
9.2.4振幅、初相與初始條件的關係7
9.3簡諧運動的旋轉向量圖11
9.4簡諧運動的能量13
9.5同方向簡諧運動的合成拍14
9.5.1兩個同方向、同頻率簡諧運動的合成15
9.5.2兩個同方向、不同頻率簡諧運動的合成拍17
9.6兩個相互垂直的簡諧運動的合成李薩如圖形19
9.6.1兩個相互垂直、同頻率簡諧運動的合成19
9.6.2兩個相互垂直、不同頻率的簡諧振動
的合成李薩如圖形21
9.7阻尼振動22
9.8受迫振動共振23
章後感悟26
習題926
科學家軼事茅以升——敢為人先，勇往
直前28
應用拓展中國橋樑29

第10章機械波31
章前問題31
學習要點31
10.1機械波的產生橫波與縱波32
10.1.1機械波的產生32
10.1.2橫波與縱波33
10.2波動過程的幾何描述和基本物理量35
10.2.1波線和波面35
10.2.2波形曲線36
10.2.3波的特徵量36
10.3平面簡諧波38
10.3.1平面簡諧波的波函數38
10.3.2波函數的物理意義39
10.3.3平面波的波動方程44
10.4波的能量能流密度44
10.4.1波的能量44
10.4.2能流密度46
10.5波的衍射、反射和折射47
10.5.1惠 斯原理47
10.5.2波的衍射48
10.5.3波的反射和折射49
10.6波的干涉50
10.6.1波的疊加原理50
10.6.2波的干涉相干條件相干波51
10.6.3相干波的干涉加強與減弱51
10.7駐波54
10.7.1駐波的概念54
10.7.2駐波的能量56
10.7.3半波損失56
10.8聲波超聲波次聲波57
10.8.1聲波57
10.8.2超聲波59
10.8.3次聲波 59
10.9多普勒效應60
章後感悟62
習題1062
科學家軼事李四光——讓事實說話64
應用拓展中國 聲呐技術65

第11章幾何光學66
章前問題66
學習要點66
11.1幾何光學的基本定律66
11.1.1直線傳播定律67
11.1.2反射定律67
11.1. 射定律69
11.1.4全反射70
11.2光程和費馬原理71
11.2.1光程71
11.2.2費馬原理72
11.3光在單球面上的傍軸成像73
11.3.1基本概念和符號法則74
11.3.2球面反射成像76
11.3.3球面鏡成像作圖法76
11.3.4球面折射成像78
11.4薄透鏡成像80
11.4.1透鏡80
11.4.2薄透鏡成像公式81
11.4.3薄透鏡的焦距82
11.4.4薄透鏡成像的作圖法82
11.5光學儀器簡介84
11.5.1眼睛84
11.5.2放大鏡85
11.5.3顯微鏡85
11.5.4望遠鏡86
章後感悟87
習題1187
科學家軼事李小文——“布鞋院士”88
應用拓展中國天眼——FAST89

第12章波動光學90
章前問題90
學習要點90
12.1光的干涉91
12.1.1光的電磁理論91
12.1.2光的干涉現象及強度分佈規律91
12.1.3相干光的獲得93
12.1.4雙縫干涉94
12.1.5薄膜干涉99
12.1.6邁克耳孫干涉儀106
12.2光的衍射108
12.2.1光的衍射現象惠 斯-菲涅耳原理108
12.2.2單縫衍射109
12.2.3圓孔衍射光學儀器的分辨本領113
12.2.4衍射光柵115
12.2.5光柵光譜光柵的分辨本領121
12.2.6X射線在晶體中的衍射123
12.3光的偏振124
12.3.1自然光和偏振光124
12.3.2偏振片的起偏和檢偏馬呂斯定律126
12.3.3反射和折射起偏布儒斯特定律129
12.3.4光的雙折射現象131
12.3.5波片132
12.3.6偏振光的干涉133
12.3.7人為雙折射134
章後感悟136
習題12136
科學家軼事王大珩——“中國光學
之父”138
應用拓展光學干涉儀138

第13章熱力學基礎140
章前問題140
學習要點140
13.1熱力學基本概念141
13.1.1問題的提出141
13.1.2熱力學系統141
13.1.3系統的平衡狀態物態參量熱力學第零定律142
13.1.4准靜態過程143
13.2氣體的物態方程144
13.2.1理想氣體的物態方程144
13.2.2真實氣體的物態方程146
13.3熱力學 定律功和熱量的計算147
13.3.1系統的內能功與熱的等效性147
13.3.2熱力學 定律148
13.3.3功和熱量的計算149
13.4熱力學 定律的應用152
13.4.1等體過程152
13.4.2等壓過程153
13.4.3等溫過程154
13.4.4 熱過程155
13.4.5多方過程160
13.5迴圈與熱機160
13.5.1迴圈過程160
13.5.2熱機效率161
13.5.3卡諾迴圈165
13.6熱力學第二定律卡諾定理167
13.6.1熱力學過程的方向性167
13.6.2熱力學第二定律168
13.6.3卡諾定理169
13.7熵170
13.7.1熵的概念171
13.7.2熵增加原理172
13.7.3熵恒增=能貶值（能“質”衰退）174
章後感悟175
習題13176
科學家軼事開爾文——畢生追求科學真理178
應用拓展的內燃機發展之路任重道遠179

第14章統計物理簡介180
章前問題180
學習要點180
14.1氣體分子的熱運動及其統計規律性181
14.1.1氣體分子熱運動181
14.1.2大量分子熱運動服從統計規律性182
14.2氣體分子的速率分佈184
14.2.1速率分佈曲線184
14.2.2麥克斯韋速率分佈律185
14.2.3三種統計速率186
14.3氣體分子平均碰撞頻率和平均自由程188
14.3.1平均自由程188
14.3.2分子平均碰撞頻率189
14.4理想氣體的壓強公式和溫度的統計意義191
14.4.1理想氣體的微觀模型191
14.4.2理想氣體的壓強公式192
14.4.3理想氣體的溫度公式194
14.5能量按自由度均分原理理想氣體的內能196
14.5.1自由度196
14.5.2能量均分定理197
14.5.3理想氣體的內能198
14.5.4理想氣體摩爾熱容理論值的計算199
14.6熱力學第二定律的統計詮釋200
14.6.1宏觀態與微觀態200
14.6.2熱力學過程不可逆性的統計意義201
14.6.3玻耳茲曼熵202
14.7熵與物理學的自然觀204
章後感悟204
習題14205
科學家軼事王竹溪——耿耿忠心效桑梓206
應用拓展 統計物理與5G時代206

第15章早期量子論208
章前問題208
學習要點208
15.1熱輻射普朗克量子假說209
15.1.1熱輻射及其定量描述209
15.1.2 黑體輻射定律普朗克公式209
15.2光電效應213
15.2.1光電效應的實驗規律213
15.2.2經典理論解釋光電效應遇到困難215
15.2.3愛因斯坦的光量子假設215
15.2.4光電效應的應用217
15.3康普頓效應電磁輻射的波粒二象性218
15.3.1康普頓效應218
15.3.2電磁輻射的波粒二象性220
15.4氫原子光譜玻爾的氫原子理論221
15.4.1氫原子光譜的規律性221
15.4.2玻爾的氫原子理論222
15.4.3弗蘭克-赫茲實驗224
章後感悟227
習題15227
科學家軼事吳有訓——科學工作，在精細與有恆 228
應用拓展光子晶片229

第16章量子力學簡介230
章前問題230
學習要點230
16.1德布羅意假設海森伯的不確定關係231
16.1.1德布羅意假設實物粒子的波粒二象性231
16.1.2海森伯的不確定關係233
16.2波函數及其統計詮釋236
16.2.1自由粒子的波函數236
16.2.2波函數的統計詮釋236
16.2.3波函數的歸一化條件238
16.2.4波函數的態疊加原理239
16.3薛定諤方程239
16.3.1自由粒子的薛定諤方程240
16.3.2勢場中粒子的薛定諤方程240
16.3.3一維定態薛定諤方程241
16.4定態薛定諤方程的應用242
16.4.1一維無限深方形勢阱242
16.4.2勢壘貫穿245
16.4.3一維簡諧振子247
章後感悟250
習題16250
科學家軼事玻爾——科學的道路從來都
不平坦251
應用拓展量子通信及量子通信技術
新進展251

第17章氫原子253
章前問題253
學習要點253
17.1算符與本征值方程253
17.1.1算符253
17.1.2本征值方程254
17.2氫原子的定態薛定諤方程257
17.2.1氫原子的定態薛定諤方程求解簡介257
17.2.2量子化條件258
17.2.3氫原子的能量角動量259
17.3氫原子中電子的概率分佈263
17.3.1徑向概率分佈263
17.3.2角向概率分佈265
17.4電子自旋267
17.4.1施特恩-蓋拉赫實驗268
17.4.2電子自旋268
17.4.3四個量子數269
17.5多電子原子原子中的電子殼層模型 269
17.5.1多電子原子269
17.5.2原子中的電子殼層模型 271
章後感悟272
習題17273
科學家軼事陸朝陽——勇於擔當，甘於堅守274
應用拓展量子電腦及量子計算新進展274

附錄276
附錄A一些物理常量276
附錄B數學公式276
參考文獻279