当代大学物理(工科下)/名校名家基础学科系列

本书是在全国高等学校大力推进新工科建设的大背景下，基于教育部高等学校物理基础课程教学指导分委员会制定的《理工科类大学物理课程教学基本要求》（2010年版）编写而成的，内容包括热学、振动与波动、光学和近代物理等。本书的主要特点是：加强了一些培养工科学生所普遍需要的物理学内容及其与高新技术和日常生活的联系，并引入了研究性教学理念；引导学生运用物理学的思维方式进行思考和探索；内容、例题和课后作业的取材注重与当今科学技术和日常生活相结合，以激发学生的学习兴趣；内容的展现努力与当今学生的认知规律和思维习惯相适应，注重内容与叙述的生动性、趣味性，让物理学内容鲜活起来；力求语言通俗易懂，便于阅读，助力学生自主学习。各章*后还设有自主探索研究项目，让学生可以利用身边的物品，如手机、笔记本计算机等，搭建研究条件，自主探索、研究有趣的物理现象。 本书为高等学校工科各专业大学物理基础课程的教材，也可供理科非物理学类专业学生和社会读者参考。

前言 热学 第8章热学概论3 8.1热学的研究对象与研究方法3 8.1.1热学的研究对象3 8.1.2热学的研究方法4 8.2平衡态与状态参量5 8.2.1热力学系统5 8.2.2平衡态与非平衡态5 8.2.3状态参量温度与热量7 8.2.4物态方程12 *8.3物质的热性质17 *8.3.1物质的相与相变17 *8.3.2物质的热行为20 课后作业25 自主探究研究项目——自制温度计26 第9章分子动理论27 9.1物质的微观模型27 9.1.1物质微观模型的三个要点27 9.1.2理想气体的微观模型32 9.2理想气体的压强36 9.2.1单位时间内碰撞在单位面积器 壁上的平均分子数36 9.2.2理想气体的压强公式37 9.2.3气体分子的平均平动动能38 9.2.4温度的微观解释40 9.3气体分子热运动速度、速率和能量的 统计分布41 *9.3.1气体分子热运动速度分布函数 麦克斯韦速度分布函数41 9.3.2麦克斯韦速率分布函数43 *9.3.3麦克斯韦玻耳兹曼分布律 重力场中微粒按高度的分布47 9.3.4能量按自由度均分定理49 9.4气体内的输运过程54 9.4.1输运过程的宏观规律54 9.4.2输运过程的微观解释61 课后作业65 自主探索研究项目——碳粉在水中的布朗 运动68 第10章热力学基础69 10.1热力学第一定律69 10.1.1热力学第一定律的内涵69 10.1.2准静态过程热力学第一定律的 数学表达式71 10.2热力学第一定律在理想气体中的应用74 10.2.1理想气体的内能与焓74 10.2.2理想气体在典型准静态过程中的功、 热量与内能77 10.2.3循环过程与卡诺循环84 10.3热力学第二定律与卡诺定律92 10.3.1热力学第二定律92 10.3.2卡诺定律与热力学温标96 10.4熵、熵增加原理及玻耳兹曼关系99 10.4.1熵函数99 10.4.2熵增加原理与热力学第二定律数学 表达式103 10.4.3熵与热力学概率玻耳兹曼 关系104 10.5热力学第三定律106 课后作业106 自主探索研究项目——自制斯特林热机108振动与波动 第11章振动111 11.1简谐振动111 11.1.1简谐振动的运动学描述111 11.1.2简谐振动的动力学方程115 11.1.3简谐振动的能量119 11.1.4简谐振动的合成121 11.2阻尼振动125 11.3受迫振动127 课后作业128 自主探究研究项目——计步器的原理129 第12章波动131 12.1机械波的产生和传播131 12.2简谐机械波133 12.2.1简谐机械波的描述133 12.2.2波动方程140 12.2.3弹性介质中的波速140 12.2.4能量和强度142 12.3惠更斯原理及其应用147 12.3.1惠更斯原理147 12.3.2波的反射148 12.3.3波的折射149 12.3.4波的衍射150 12.4波的叠加151 12.4.1波的干涉151 12.4.2驻波154 12.5声波的多普勒效应159 课后作业161 自主探索研究项目——水波162光学 第13章波动光学167 13.1光的干涉168 13.1.1干涉的基本原理169 13.1.2分波前干涉171 13.1.3分振幅干涉176 13.2光的衍射184 13.2.1衍射的基本原理184 13.2.2单缝衍射185 13.2.3圆孔衍射189 13.2.4光栅衍射192 13.2.5晶体衍射199 13.3光的偏振201 13.3.1光的偏振状态201 13.3.2起偏和检偏马吕斯定律203 13.3.3反射光和折射光的偏振 布儒斯特定律205 13.3.4晶体中的双折射206 课后作业209 自主探究研究项目——光芒210 第14章几何光学211 14.1光的传播规律211 14.2反射的基本原理212 14.2.1平面上的反射212 14.2.2球面上的反射213 14.3折射的基本原理216 14.3.1平面上的折射216 14.3.2球面上的折射217 14.3.3薄透镜218 14.3.4理想光学系统的组合220 14.4光学仪器的基本原理223 14.4.1眼睛223 14.4.2放大镜225 14.4.3显微镜226 14.4.4望远镜228 14.4.5照相机230 课后作业232 自主探究研究项目——水透镜233近 代 物 理 第15章相对论初步237 15.1牛顿相对性原理237 15.2狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换239 15.2.1狭义相对论的基本原理240 15.2.2洛伦兹变换240 15.3狭义相对论的时空观242 15.3.1“同时”的相对性242 15.3.2时间延缓243 15.3.3长度收缩244 15.4相对论速度变换247 15.5狭义相对论的动力学基础249 15.5.1动量、质量与速度的关系249 15.5.2质量与能量的关系250 15.5.3动量与能量的关系252 课后作业253 第16章原子位形255 16.1电子的发现255 16.2卢瑟福模型256 16.2.1卢瑟福模型的提出256 16.2.2卢瑟福散射公式257 16.2.3行星模型的意义及困难259 课后作业260 第17章量子力学初步261 17.1黑体辐射261 17.1.1热辐射现象261 17.1.2基尔霍夫辐射定律261 17.1.3黑体辐射实验定律262 17.1.4普朗克的能量子假设264 17.2光电效应267 17.2.1光电效应的实验规律267 17.2.2光的波动说的缺陷268 17.2.3爱因斯坦的光子理论269 17.3康普顿散射与光子理论的解释269 17.3.1康普顿散射269 17.3.2光子理论的解释270 17.4玻尔的氢原子理论及其缺陷272 17.4.1氢原子光谱的规律272 17.4.2玻尔的氢原子理论273 17.4.3氢原子轨道半径和能量的 计算273 17.4.4玻尔理论的缺陷274 17.5波粒二象性275 17.5.1德布罗意波275 17.5.2戴维孙革末实验和波粒 二象性276 17.6不确定关系277 17.7物质波波函数及其统计诠释280 课后作业283 第18章薛定谔方程及其应用285 18.1薛定谔方程285 18.1.1薛定谔方程的建立285 18.1.2定态薛定谔方程286 18.2一维定态薛定谔方程的应用287 18.2.1一维无限深势阱287 18.2.2一维势垒隧道效应290 课后作业292 第19章原子和分子光谱294 19.1氢原子294 19.1.1氢原子的薛定谔方程294 19.1.2量子化条件和量子数295 19.1.3氢原子中电子的概率分布296 19.2原子的电子壳层结构298 19.2.1施特恩盖拉赫实验298 19.2.2电子的自旋298 19.2.3原子的电子壳层结构泡利不相容 原理和能量最小原理299 19.3分子光谱300 课后作业303 附录304 附录A国际单位制（SI）304 附录B物理常量305 参考文献307