大学物理　下册

本书参照教育部现行的《理工科类大学物理课程教学基本要求》，根据当前各高校大学物理课程的教学需求编写而成，涵盖了该教学基本要求的A类内容，并择要介绍了一些B类扩展性内容.本书的主要特点是：在体系结构上，设有“章前问题”“学习要点”“思维拓展”“思考题”“章前问题解答”以及突出“课程思政”特点的“章后感悟 ”“科学家轶事”“应用拓展”等模块；在内容安排上，将物理知识与生产、生活和科技发展紧密联系；在内容结构上，突出了新形态教材的特点，即传统教材与网络教育的有机结合；在叙述上，力求开门见山、直击主题、深入浅出，并努力做到简明易懂，通顺流畅.本书主要内容为振动波动、光学、热学和量子力学，共9章. 本书为全日制普通高等学校理工科类大学物理教材（120~150学时），也可作为成人教育、网络教育、高等教育自学考试的教材或参考书.

前言 第9章机械振动1 章前问题1 学习要点1 9.1简谐运动2 9.1.1简谐运动的基本特征2 9.1.2简谐运动表达式3 9.1.3简谐运动曲线3 9.2描述简谐运动的基本物理量4 9.2.1周期频率4 9.2.2相位初相5 9.2.3相位差6 9.2.4振幅、初相与初始条件的关系7 9.3简谐运动的旋转矢量图11 9.4简谐运动的能量13 9.5同方向简谐运动的合成拍14 9.5.1两个同方向、同频率简谐运动的 合成15 9.5.2两个同方向、不同频率简谐运动 的合成拍17 9.6两个相互垂直的简谐运动的合成李萨如 图形19 9.6.1两个相互垂直、同频率简谐运动的 合成19 9.6.2两个相互垂直、不同频率的简谐振动 的合成李萨如图形21 9.7阻尼振动22 9.8受迫振动共振23 章后感悟26 习题926 科学家轶事茅以升——敢为人先，勇往 直前28 应用拓展中国桥梁29 第10章机械波31 章前问题31 学习要点31 10.1机械波的产生横波与纵波32 10.1.1机械波的产生32 10.1.2横波与纵波33 10.2波动过程的几何描述和基本物理量35 10.2.1波线和波面35 10.2.2波形曲线36 10.2.3波的特征量36 10.3平面简谐波38 10.3.1平面简谐波的波函数38 10.3.2波函数的物理意义39 10.3.3平面波的波动方程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惠更斯原理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波的叠加原理50 10.6.2波的干涉相干条件相干波51 10.6.3相干波的干涉加强与减弱51 10.7驻波54 10.7.1驻波的概念54 10.7.2驻波的能量56 10.7.3半波损失56 *10.8声波超声波次声波57 10.8.1声波57 10.8.2超声波59 10.8.3次声波 59 10.9多普勒效应60 章后感悟62 习题1062 科学家轶事李四光——让事实说话64 应用拓展中国超级声呐技术65 第11章几何光学66 章前问题66 学习要点66 11.1几何光学的基本定律66 11.1.1直线传播定律67 11.1.2反射定律67 11.1.3折射定律69 11.1.4全反射70 11.2光程和费马原理71 11.2.1光程71 11.2.2费马原理72 11.3光在单球面上的傍轴成像73 11.3.1基本概念和符号法则74 11.3.2球面反射成像76 11.3.3球面镜成像作图法76 11.3.4球面折射成像78 11.4薄透镜成像80 11.4.1透镜80 11.4.2薄透镜成像公式81 11.4.3薄透镜的焦距82 11.4.4薄透镜成像的作图法82 11.5光学仪器简介84 11.5.1眼睛84 11.5.2放大镜85 11.5.3显微镜85 11.5.4望远镜86 章后感悟87 习题1187 科学家轶事李小文——“布鞋院士”88 应用拓展中国天眼——FAST89 第12章波动光学90 章前问题90 学习要点90 12.1光的干涉91 12.1.1光的电磁理论91 12.1.2光的干涉现象及强度分布规律91 12.1.3相干光的获得93 12.1.4双缝干涉94 12.1.5薄膜干涉99 12.1.6迈克耳孙干涉仪106 12.2光的衍射108 12.2.1光的衍射现象惠更斯-菲涅耳 原理108 12.2.2单缝衍射109 12.2.3圆孔衍射光学仪器的分辨 本领113 12.2.4衍射光栅115 12.2.5光栅光谱光栅的分辨本领121 12.2.6X射线在晶体中的衍射123 12.3光的偏振124 12.3.1自然光和偏振光124 12.3.2偏振片的起偏和检偏马吕斯 定律126 12.3.3反射和折射起偏布儒斯特 定律129 12.3.4光的双折射现象131 12.3.5波片132 12.3.6偏振光的干涉133 12.3.7人为双折射134 章后感悟136 习题12136 科学家轶事王大珩——“中国光学 之父”138 应用拓展光学干涉仪138 第13章热力学基础140 章前问题140 学习要点140 13.1热力学基本概念141 13.1.1问题的提出141 13.1.2热力学系统141 13.1.3系统的平衡状态物态参量热力学 第零定律142 13.1.4准静态过程143 13.2气体的物态方程144 13.2.1理想气体的物态方程144 *13.2.2真实气体的物态方程146 13.3热力学第一定律功和热量的 计算147 13.3.1系统的内能功与热的 等效性147 13.3.2热力学第一定律148 13.3.3功和热量的计算149 13.4热力学第一定律的应用152 13.4.1等体过程152 13.4.2等压过程153 13.4.3等温过程154 13.4.4绝热过程155 *13.4.5多方过程160 13.5循环与热机160 13.5.1循环过程160 13.5.2热机效率161 13.5.3卡诺循环165 13.6热力学第二定律卡诺定理167 13.6.1热力学过程的方向性167 13.6.2热力学第二定律168 13.6.3卡诺定理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=能贬值（能“质” 衰退）174 章后感悟175 习题13176 科学家轶事开尔文——毕生追求科学 真理178 应用拓展我国的内燃机发展之路任重 道远179 第14章统计物理简介180 章前问题180 学习要点180 14.1气体分子的热运动及其统计 规律性181 14.1.1气体分子热运动181 14.1.2大量分子热运动服从统计 规律性182 14.2气体分子的速率分布184 14.2.1速率分布曲线184 14.2.2麦克斯韦速率分布律185 14.2.3三种统计速率186 14.3气体分子平均碰撞频率和平均 自由程188 14.3.1平均自由程188 14.3.2分子平均碰撞频率189 14.4理想气体的压强公式和温度的统计 意义191 14.4.1理想气体的微观模型191 14.4.2理想气体的压强公式192 14.4.3理想气体的温度公式194 14.5能量按自由度均分原理理想气体的 内能196 14.5.1自由度196 14.5.2能量均分定理197 14.5.3理想气体的内能198 14.5.4理想气体摩尔热容理论值的 计算199 14.6热力学第二定律的统计诠释200 14.6.1宏观态与微观态200 14.6.2热力学过程不可逆性的统计 意义201 14.6.3玻耳兹曼熵202 *14.7熵与物理学的自然观204 章后感悟204 习题14205 科学家轶事王竹溪——耿耿忠心效桑梓206 应用拓展 统计物理与5G时代206 第15章早期量子论208 章前问题208 学习要点208 15.1热辐射普朗克量子假说209 15.1.1热辐射及其定量描述209 15.1.2绝对黑体辐射定律普朗克 公式209 15.2光电效应213 15.2.1光电效应的实验规律213 15.2.2经典理论解释光电效应遇到 困难215 15.2.3爱因斯坦的光量子假设215 15.2.4光电效应的应用217 15.3康普顿效应电磁辐射的波粒 二象性218 15.3.1康普顿效应218 15.3.2电磁辐射的波粒二象性220 15.4氢原子光谱玻尔的氢原子理论221 15.4.1氢原子光谱的规律性221 15.4.2玻尔的氢原子理论222 15.4.3弗兰克-赫兹实验224 章后感悟227 习题15227 科学家轶事吴有训——科学工作，在精细 与有恒 228 应用拓展光子芯片229 第16章量子力学简介230 章前问题230 学习要点230 16.1德布罗意假设海森伯的不确定 关系231 16.1.1德布罗意假设实物粒子的波粒二 象性231 16.1.2海森伯的不确定关系233 16.2波函数及其统计诠释236 16.2.1自由粒子的波函数236 16.2.2波函数的统计诠释236 16.2.3波函数的归一化条件238 16.2.4波函数的态叠加原理239 16.3薛定谔方程239 16.3.1自由粒子的薛定谔方程240 16.3.2势场中粒子的薛定谔方程240 16.3.3一维定态薛定谔方程241 16.4定态薛定谔方程的应用242 16.4.1一维无限深方形势阱242 16.4.2势垒贯穿245 16.4.3一维简谐振子247 章后感悟250 习题16250 科学家轶事玻尔——科学的道路从来都 不平坦251 应用拓展量子通信及我国量子通信技术 新进展251第17章氢原子253 章前问题253 学习要点253 17.1算符与本征值方程253 17.1.1算符253 17.1.2本征值方程254 17.2氢原子的定态薛定谔方程257 17.2.1氢原子的定态薛定谔方程求解 简介257 17.2.2量子化条件258 17.2.3氢原子的能量角动量259 17.3氢原子中电子的概率分布263 17.3.1径向概率分布263 17.3.2角向概率分布265 17.4电子自旋267 17.4.1施特恩-盖拉赫实验268 17.4.2电子自旋268 17.4.3四个量子数269 17.5多电子原子原子中的电子壳层 模型 269 17.5.1多电子原子269 17.5.2原子中的电子壳层模型 271 章后感悟272 习题17273 科学家轶事陆朝阳——勇于担当，甘于 坚守274 应用拓展量子计算机及我国量子计算 新进展274 附录276 附录A一些物理常量276 附录B数学公式276 参考文献279