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第三篇 光学基础3

第一章 波动光学3

1.1光波的基本性质及其描述4

一、光波的传播速度4

二、介质的折射率4

三、定态波场和光波的描述5

四、光波的强度6

1.2光源 单色光 相干光6

一、普通光源6

二、单色光7

三、相干光7

1.3光波的干涉8

一、光程8

二、相位差与光程差9

三、光波的叠加原理9

四、光波的干涉10

1.4杨氏双缝干涉12

一、杨氏双缝干涉实验12

二、杨氏双缝干涉条纹的理论计算13

三、劳埃德镜实验15

1.5干涉条纹的可见度 光场的时间相干性和空间相干性16

一、干涉条纹的可见度16

二、光源非单色性对干涉条纹的影响16

三、光场的时间相干性17

四、光源的线度对干涉条纹的影响18

五、光场的空间相干性19

1.6薄膜干涉20

一、等倾干涉20

二、等厚干涉24

三、光的干涉应用28

1.7光的衍射31

一、光的衍射现象31

二、惠更斯-菲涅耳原理31

三、菲涅耳衍射与夫琅禾费衍射33

1.8夫琅禾费单狭缝衍射33

一、单缝实验装置和现象33

二、单缝衍射的强度34

三、单狭缝衍射图样的特点37

1.9夫琅禾费圆孔衍射 光学仪器的分辨本领39

一、夫琅禾费圆孔衍射39

二、光学仪器的分辨本领42

1.10衍射光栅44

一、光栅衍射图样的特点45

二、光栅衍射强度的计算46

三、光栅衍射的特点47

四、光栅光谱50

五、X射线的衍射50

1.11光的偏振态51

一、线偏振光51

二、自然光52

三、部分偏振光53

四、椭圆偏振光和圆偏振光54

1.12二向色性 马吕斯定律55

一、晶体的二向色性55

二、马吕斯定律55

1.13反射光和折射光的偏振状态56

一、反射光的偏振态56

二、折射光的偏振态57

1.14光的双折射58

一、双折射现象58

二、光轴与主截面58

三、光在晶体中的波面59

四、波晶片60

1.15偏振光的获得和检验62

一、线偏振光的获得和检验62

二、圆偏振光和椭圆偏振光的获得和检验62

1.16旋光现象64

习题65

第二章 几何光学69

2.1几何光学的基本定律70

一、三条实验定律70

二、光路可逆原理71

三、费马原理71

四、全反射71

2.2反射和折射72

一、光在平面上的反射和折射72

二、光在球面上的反射和折射74

2.3薄透镜77

一、薄透镜77

二、傍轴光线条件下的薄透镜物像公式78

三、薄透镜成像的作图法78

2.4光学仪器79

一、眼睛79

二、放大镜80

三、显微镜81

四、望远镜82

习题82

第三章 现代光学简介84

3.1激光85

一、粒子数按能级的统计分布——玻耳兹曼分布85

二、自发辐射、受激辐射和受激吸收85

三、激光原理87

四、激光器89

五、激光的特性89

3.2全息照相90

一、全息照相90

二、基本原理91

三、全息照相的特点93

四、全息照相的一些应用93

3.3光纤通信94

一、光导纤维94

二、光纤通信95

三、光纤通信的特点95

第四篇 热学基础99

第一章 热学基本概念99

1.1热力学系统的分类和宏观物体的微观模型100

一、热力学系统的分类100

二、宏观物体的微观模型100

1.2热力学系统的平衡态与热力学过程102

一、平衡态102

二、状态参量103

三、热力学过程103

1.3温度104

一、热力学第零定律104

二、温度105

三、温标105

四、理想气体物态方程108

习题109

第二章 热力学第一定律110

2.1功 热量111

一、功111

二、热量113

三、热容113

2.2热力学第一定律114

一、热力学第一定律114

二、内能115

2.3热容与内能及焓的关系116

一、定容热容与内能的关系116

二、定压热容与焓的关系116

三、理想气体的内能117

四、理想气体的焓118

五、理想气体的Cp和Cv的关系118

2.4理想气体的几个热力学过程119

一、等温过程119

二、绝热过程120

三、多方过程121

2.5热机及其效率125

一、热机125

二、热机的循环过程126

三、热机的效率127

四、卡诺循环及其效率128

习题130

第三章 热力学第二定律132

3.1热力学第二定律133

一、可逆过程与不可逆过程133

二、不可逆过程的关联性134

三、热力学第二定律135

3.2卡诺定理136

3.3熵与熵增加原理138

一、熵138

二、熵增加原理141

3.4能量退化原理144

一、热传导过程造成不可用能的增加144

二、功变热过程中产生的不可用能的增量145

三、能量退化原理146

习题146

第四章 气体分子动理论与热运动的统计规律148

4.1动力学规律与统计规律149

一、动力学规律149

二、统计规律149

4.2理想气体压强与温度的统计意义151

一、理想气体的微观模型151

二、理想气体压强的统计意义152

三、气体温度的统计意义154

4.3熵的统计意义156

一、宏观态与微观态156

二、气体自由膨胀不可逆过程的统计意义156

三、熵的统计意义158

四、熵是系统无序度的量度159

4.4范德瓦耳斯方程159

一、分子间排斥力对理想气体物态方程体积的修正160

二、分子间引力对理想气体物态方程压强的修正160

4.5麦克斯韦分布律162

一、麦克斯韦速度分布律162

二、麦克斯韦速率分布律162

4.6玻耳兹曼密度分布律165

一、气体分子在重力场中按高度的分布165

二、玻耳兹曼密度分布律167

4.7能量按自由度均分定理168

一、分子的自由度168

二、能量均分定理169

三、理想气体的内能170

4.8气体的输运现象171

一、气体输运过程的宏观规律171

二、气体输运现象的分子动理论173

习题176

第五篇 近代物理学基础181

第一章 狭义相对论力学基础181

1.1狭义相对论的基本原理182

一、迈克耳孙-莫雷实验182

二、狭义相对论的基本原理184

1.2洛伦兹变换185

一、坐标变换185

二、速度变换186

1.3狭义相对论的时空观187

一、同时的相对性187

二、长度的收缩188

三、时间的延缓190

1.4狭义相对论动力学基础192

一、相对论力学的基本方程192

二、质量与能量的关系193

三、动量和能量的关系195

习题197

第二章 物质的波粒二象性198

2.1黑体辐射 普朗克能量子假设200

一、热辐射和基尔霍夫辐射定律200

二、黑体辐射的实验定律202

三、普朗克能量子假说203

2.2光电效应 爱因斯坦光子理论207

一、光电效应的实验规律207

二、经典理论所遇到的困难和缺陷210

三、爱因斯坦的光子论及其对光电效应的解释210

2.3康普顿效应 光的波粒二象性213

一、康普顿效应213

二、光子论对康普顿效应的解释215

三、光的波粒二象性216

2.4氢原子光谱 玻尔的量子理论218

一、原子的有核模型及其与经典理论的矛盾218

二、氢原子光谱的规律性220

三、氢原子的玻尔量子论及其遇到的困难222

2.5实物粒子的波动性226

一、德布罗意波226

二、德布罗意波的实验验证228

三、不确定关系230

习题234

第三章 量子物理基础236

3.1波函数及其统计诠释237

一、波函数237

二、波函数的统计诠释237

3.2薛定谔方程239

一、薛定谔方程的建立239

二、一维势阱和势垒问题242

三、一维谐振子问题248

3.3氢原子量子理论简介250

一、氢原子中电子的薛定谔方程250

二、氢原子中电子的状态描述256

3.4电子的自旋和原子的壳层结构259

一、施特恩-格拉赫实验259

二、电子的自旋260

三、泡利不相容原理261

四、原子的壳层结构262

习题263