第3篇熱學

第9章氣體動理論基礎

9.1氣體動理論的基本概念

9.1.1熱力學繫統的描述

9.1.2平衡態

9.1.3溫度

9.1.4理想氣體狀態方程

9.2理想氣體的壓強

9.2.1理想氣體的微觀模型

9.2.2理想氣體的壓強公式

9.3溫度的微觀意義

9.3.1溫度的統計解釋

9.3.2氣體分子方均根速率

9.4能量均分定理

9.4.1自由度

9.4.2能量均分定理

9.4.3理想氣體的內能

9.5麥克斯韋速率分布律

9.5.1麥克斯韋速率分布函數

9.5.2三個統計速率

9.6麥克斯韋速度分布與外場中粒子分布律

9.6.1麥克斯韋速度分布律

9.6.2重力場中粒子按高度的分布

9.6.3玻耳茲曼分布律

9.7分子的平均踫撞頻率和平均自由程

9.7.1平均自由程

9.7.2分子的平均踫撞頻率

*9.8氣體內的輸運過程

9.8.1黏滯現像

9.8.2熱傳導現像

9.8.3擴散現像

本章小結

閱讀材料9.1天空中的漲落

閱讀材料9.2溫室效應

習題

第10章熱力學基礎

10.1熱力學基本概念

10.1.1熱力學繫統與熱力學過程

10.1.2功、熱量及內能

10.2熱力學定律

10.2.1熱力學定律的概念

10.2.2熱力學定律的應用

10.3絕熱過程及多方過程

10.3.1絕熱過程

10.3.2多方過程

10.4循環過程及卡諾循環

10.4.1循環過程

10.4.2卡諾循環

10.5熱力學第二定律

10.5.1可逆過程與不可逆過程

10.5.2熱力學第二定律的兩種表述

10.5.3卡諾定理

10.6熱力學第二定律的統計意義及熵

10.6.1熱力學第二定律的微觀意義

10.6.2熱力學第二定律的統計意義

10.6.3熵及熵增加原理

10.6.4熵的力學表示

10.6.5熵的計算

本章小結

閱讀材料10.1大氣環流

閱讀材料10.2超流氦的噴泉效應，它違背熱力學第二定律嗎？

習題

第4篇機械振動和機械波

第11章機械振動

11.1簡諧運動

11.1.1簡諧運動的特征和表達式

11.1.2描述簡諧振動的特征量

11.2簡諧運動的旋轉矢量表示法

11.2.1旋轉矢量表示法

11.2.2旋轉矢量圖的應用

11.3單擺和復擺

11.3.1單擺

11.3.2復擺

11.4簡諧運動的能量

11.5簡諧運動的合成

11.5.1兩個同方向同頻率的簡諧運動的合成

11.5.2同方向不同頻率簡諧運動的合成及拍現像

11.5.3兩個相互垂直的簡諧運動的合成

11.6阻尼振動、受迫振動及共振

11.6.1阻尼振動

11.6.2受迫振動

11.6.3共振

本章小結

閱讀材料非線性振動與混沌

習題

第12章機械波

12.1機械波的產生和傳播

12.1.1機械波的形成

12.1.2橫波和縱波

12.1.3波動幾何描述

12.1.4描述波動的三個基本物理量

12.2平面簡諧波

12.2.1平面簡諧波的波函數

12.2.2波函數的物理意義

12.2.3波動方程

12.3波的能量

12.3.1波動能量的傳播

12.3.2能流和能流密度

12.3.3波的吸收

12.4惠更斯原理與波的衍射

12.4.1惠更斯原理

12.4.2波的衍射

12.4.3波的反射和折射

12.5波的干涉

12.5.1波的疊加原理

12.5.2波的干涉

12.6駐波

12.6.1駐波的產生

12.6.2駐波方程

12.6.3駐波的特點

12.6.4半波損失

12.6.5弦線上的駐波

12.7多普勒效應

12.7.1波源靜止，觀察者以uR相對於介質運動

12.7.2觀察者靜止，波源以uS相對於介質運動

12.7.3波源以uS運動，觀察者以uR運動(相向運動為正)

本章小結

閱讀材料超聲、次聲和噪聲

習題

第5篇波 動 光 學

第13章光的干涉

13.1光源及光的相干性

13.1.1光是電磁波

13.1.2光源

13.1.3光波的疊加

13.2楊氏雙縫干涉

13.2.1楊氏雙縫干涉分析

13.2.2洛埃鏡干涉

13.2.3菲涅耳雙鏡干涉

13.3光程及光程差

13.3.1光程

13.3.2光程差

13.3.3薄透鏡不附加光程差

13.4薄膜干涉

13.4.1薄膜干涉分析

13.4.2等傾干涉

13.5等厚干涉

13.5.1等厚干涉分析

13.5.2劈尖

13.5.3牛頓環

13.6邁克耳孫干涉儀

13.7光的時空相干性

13.7.1空間相干性

13.7.2時間相干性

本章小結

閱讀材料托馬斯·楊和菲涅耳

習題

第14章光的衍射

14.1光的衍射現像及惠更斯菲涅耳原理

14.1.1光的衍射現像及分類

14.1.2惠更斯菲涅耳原理

14.2單縫的夫瑯禾費衍射

14.2.1單縫的夫瑯禾費衍射實驗

14.2.2菲涅耳半波帶法

14.3光學儀器的分辨本領

14.3.1圓孔夫瑯禾費衍射

14.3.2光學儀器的分辨本領

14.4光柵衍射

14.4.1光柵衍射分析

14.4.2光柵光譜

14.5X射線衍射

14.6全息照相

14.6.1全息照片的拍攝和再現

14.6.2全息術的應用

本章小結

閱讀材料光纖及其應用

習題

第15章光的偏振

15.1自然光及偏振光

15.1.1橫波的偏振性

15.1.2自然光

15.1.3線偏振光

15.1.4部分偏振光

15.2起偏及檢偏

15.2.1偏振片的起偏和檢偏

15.2.2馬呂斯定律

15.3反射和折射時光的偏振

15.4雙折射現像

15.4.1雙折射現像及尋常光和非常光

15.4.2晶體的光軸與光線的主平面

15.4.3用惠更斯原理解釋雙折射現像

15.5偏振光的干涉及人為雙折射現像

15.5.1橢圓偏振光與圓偏振光及波片

15.5.2偏振光的干涉

15.5.3人為雙折射現像

15.6旋光現像

本章小結

閱讀材料液晶

習題

第6篇量 子 力 學

第16章早期量子論

16.1黑體輻射和普朗克量子假設

16.1.1熱輻射及基爾霍夫輻射定律

16.1.2黑體的輻射定律

16.1.3普朗克量子假設

16.2光電效應及愛因斯坦的光子理論

16.2.1實驗裝置

16.2.2光電效應的實驗規律

16.2.3經典理論解釋光電效應遇到的困難

16.2.4愛因斯坦光子假設

16.2.5光子的能量及動量

16.3康普頓效應

16.3.1實驗裝置

16.3.2實驗結果

16.3.3經典理論解釋的困難

16.3.4用光子理論解釋

16.3.5康普頓效應公式的推導

16.4玻爾的氫原子理論

16.4.1原子光譜的實驗規律

16.4.2玻爾的氫原子理論

16.4.3用玻爾理論計算氫原子軌道半徑及能量

16.4.4對玻爾理論的評價

本章小結

閱讀材料丹麥科學家玻爾

習題

第17章量子力學基礎

17.1微觀粒子的波粒二像性

17.1.1德布羅意假設

17.1.2德布羅意波的實驗證實及電子衍射實驗

17.1.3德布羅意波的統計解釋

17.2測不準關繫

17.3波函數及薛定諤方程

17.3.1波函數

17.3.2薛定諤方程

17.4一維定態薛定諤方程應用

17.5量子力學中的氫原子問題

17.5.1氫原子的能級

17.5.2氫原子的波函數

17.5.3氫原子核外電子的概率分布

17.6電子自旋及原子的電子殼層結構

17.6.1施特恩格拉赫實驗

17.6.2假設

17.6.3原子殼層結構

本章小結

閱讀材料量子力學十大應用

習題

第18章量子物理應用

18.1固體能帶結構

18.1.1布洛赫定理

18.1.2一維周期場中電子運動的近自由電子近似

18.2激光原理

18.2.1激光產生原理

18.2.2激光技術的應用

18.3半導體

18.4超導體

18.4.1超導體的概念

18.4.2超導的主要特性

18.4.3高溫超導體的發現

18.4.4超導的意義及應用

18.5核物理

18.5.1核物理的發展歷程

18.5.2核物理的應用

18.5.3核物理應用的啟示

18.6粒子物理

18.6.1粒子物理的概念

18.6.2粒子家族

18.6.3守恆律

18.6.4標準模型

18.6.5總結與展望

本章小結

習題

附錄A希臘字母讀音表

附錄B基本物理常量

附錄C國際單位制的基本單位

附錄D常用物理量的國際單位制導出單位

附錄E物理名詞中英文對照表

習題答案

2010年*高等學校物理學與天文學教學指導委員會物理基礎課程教學指導分委會對《理工科類大學物理課程教學基本要求》(簡稱《基本教學要求》)進行了重新編寫，劃分出了基本核心內容的A類知識點和作為拓展內容的B類知識點。要求各高校不僅要保證基本知識結構的繫統性和完整性，還要在知識的深度和廣度上有所拓展。為順應這一要求，並考慮到目前普通高等學校學生對大學物理課程學習的特點，我們編寫了本書。

 本書以2010版的基本要求為指導，不僅融入了作者多年教學經歷所積累的成功經驗，而且還融合了國內外眾多優秀教材的優點，並考慮到目前學生學習和教師教學的新特點，主要側重於以下幾個方面：

1. 精簡經典內容，深化教學體繫。在內容上以《基本教學要求》中A類知識點為核心，對B類知識點選擇性做了適當拓展，既保證了基本知識結構、繫統的完整，又開拓了學生的視野。


2. 開“窗口”，注重內容現代化。書中以閱讀材料的形式，引入一些當前高新技術領域中的基礎性物理原理，大力加強了讀者對現代物理學觀念的形成。


3. 注重培養全局掌握，運用知識綜合能力。書中精選的例題和習題，力求突出對物理概念和原理的運用，避免冗長的數學推導。

全書分上、下兩冊，上冊包括力學篇、電磁學篇； 下冊包括熱學篇、機械振動和機械波篇、波動光學篇和量子力學篇。本書作為工科物理及理科非物理專業大學物理教材的改革嘗試，注重對經典內容的精簡和深化、對近代物理內容的精選和普化、對新技術新觀點的拓展，力求注意各部分知識之間的相互聯繫，同時保持難度適中。書中部分帶“*”號的章節，表示超出課程範圍，即選學的內容。本書可作為高等工科院校各專業的物理教材，也可作為綜合大學和師範院校非物理專業的教材和參考書。

 本書的編者集合了瀋陽大學物理繫的各位優秀教師，他們都有多年從事大學物理課程教學的經驗和教學研究、科學研究的體會。第1~3章由林欣悅、吳延斌完成，第4、16~18章由王立國、黃有利完成； 第5、6章由張會完成； 第7、11、12章由韓笑完成； 第9、10章由王建華完成； 第8、13~15章由孫力完成； 劉文中負責全書圖稿和習題部分的整理工作。另外張會、林欣悅還負責全書的統稿工作。

本書在2017年首次出版，在使用過程中，編者和讀者發現了一些不當之處。本次修訂工作，針對上述不當之處進行了修改與校訂。第3章改動較大，增加了“定軸轉動的機械能守恆定律”小節，重寫了“剛體定軸轉動的角動量定理和角動量守恆定律”這一章節，並增加了部分例題。

由於編者水平有限，加之時間倉促，如有疏漏和不妥之處，懇請各位讀者批評指正。

編者2020年3月