科学仪器中的近代物理基础(新工科教育系列教材天津大学十四五规划教材)

本书是一本专门讲授科 学仪器中所涉及到的近代物 理知识的教材，可以让读者 更有针对性的学习到所需知 识，有望帮助进一步提升我 国的科学仪器研发水平，培 养能够从事相关领域工作的 高层次人才。基于天津大学 精密仪器与光电子工程学院 在仪器专业人才培养工作的 丰富经验，本书围绕科学仪 器的研究、开发、管理等工 作，精心遴选了原子物理、 量子力学、固体物理和半导 体物理领域与之相关的基础 知识。在讲授物理知识的同 时，本书还穿插介绍了利用 这些物理原理研制开发的科 学仪器，如光谱仪、电子显 微镜、热成像仪等。希望通 过有针对性地选取与科学仪 器相关的物理知识，并结合 科学仪器的工程化开发过程 ，搭建起一座连接科学研究 与仪器开发的桥梁，为读者 后续深入学习其它仪器类课 程、从事科学仪器的研究与 开发工作、解决相关领域复 杂工程问题打下坚实的基础 。

第1章 物质的波粒二象性 1.1 黑体辐射与普朗克量子假说 1.1.1 黑体辐射 1.1.2 黑体辐射的实验规律 1.1.3 黑体辐射理论 1.1.4 普朗克黑体辐射公式 1.1.5 红外测温仪 1.1.6 红外热成像仪 1.2 光电效应与光子 1.2.1 光电效应 1.2.2 光电倍增管 1.2.3 康普顿散射 1.2.4 光的波粒二象性 1.2.5 正电子湮灭寿命谱仪 1.3 氢原子结构与玻尔理论 1.3.1 电子的发现 1.3.2 原子的结构 1.3.3 氢原子光谱特性 1.3.4 原子的玻尔理论 1.3.5 光谱仪的基本工作原理 1.4 物质的波粒二象性 1.4.1 德布罗意物质波 1.4.2 电子波动性的实验观测 1.4.3 不确定关系 1.4.4 透射电子显微镜 1.4.5 物质的波粒二象性 习题 第2章 量子力学和原子物理基础 2.1 波函数和薛定谔方程 2.1.1 自由粒子波函数 2.1.2 薛定谔方程的建立 2.2 波函数的意义 2.2.1 波函数的统计解释 2.2.2 态叠加原理 2.3 量子力学中的力学量和算符 2.3.1 力学量算符 2.3.2 算符的期望 2.3.3 算符的对易 2.3.4 波粒二象性与海森堡不确定关系 2.4 定态薛定谔方程 2.4.1 定态薛定谔方程 2.4.2 本征解的性质 2.4.3 一维无限深势阱 2.4.4 线性谐振子 2.5 量子隧穿 2.5.1 量子隧穿效应 2.5.2 粒子的概率流密度 2.5.3 扫描隧道显微镜 2.6 氢原子的量子力学描述 2.6.1 氢原子中的电子波函数 2.6.2 氢原子波函数和电子云图像 2.7 原子结构 2.7.14 个量子数 2.7.2 核外电子排布及周期律 2.7.3 质谱仪和电子共振波谱仪 2.8 微扰理论 2.8.1 非简并定态微扰理论 2.8.2 简并情况下的微扰理论 2.8.3 与时间有关的微扰理论 2.9 光的吸收和发射 2.9.1 光的吸收和发射 2.9.2 粒子数反转及其实现 2.9.3 光学谐振腔与激光器 习题 第3章 固体物理导论 3.1 晶体结构 3.1.1 原子的周期性阵列 3.1.2 晶胞与晶体结构 3.2 晶体衍射和倒格子 3.2.1 晶列与晶面 3.2.2 倒格子和布里渊区 3.2.3 晶体衍射 3.2.4 X射线衍射仪的基本工作原理 3.3 晶体结构的对称性与晶系 3.3.1 物体的对称性与对称操作 3.3.2 晶体的对称点群 3.3.3 晶系 3.4 晶体的结合 3.4.1 离子晶体 3.4.2 共价晶体 3.4.3 金属晶体 3.4.4 分子晶体（范德瓦耳斯晶体） 3.5 晶格振动与声子 3.5.1 晶格振动 3.5.2 弹性波量子化和声子 3.5.3 拉曼光谱仪的基本原理 3.6 自由电子气模型 3.6.1 一维情况下的能级 3.6.2 三维情况下的能级 3.6.3 费米球 3.7 能带理论 3.7.1 近自由电子模型 3.7.2 布洛赫函数 3.7.3 电子在周期势场中的运动 3.7.4 能带中的轨道数目 3.8 晶体的导电性 3.8.1 电子运动 3.8.2 导体、半导体、绝缘体的导电性 习题 第4章 半导体物理基础 4.1 半导体物理 4.1.1 半导体中的载流子 4.1.2 掺杂原子与能级 4.1.3 载流子浓度与费米能级 4.2 半导体材料 4.2.1 元素半导体 4.2.2 化合物半导体 4.3 半导体器件 4.3.1 光学吸收 4.3.2 pn结 4.3.3 太阳能电池 4.3.4 光电探测器 4.3.5 光致发光和电致发光 4.3.6 发光二极管 4.3.7 激光二极管 习题 参考文献