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第20章 几何光学1

20.1 球面折射1

20.1.1 单球面折射1

20.1.2 共轴球面系统4

20.2 透镜5

20.2.1 薄透镜5

20.2.2 薄透镜的组合8

20.2.3 厚透镜9

20.2.4 柱面透镜11

20.2.5 透镜的像差11

20.3 眼睛的光学系统13

20.3.1 眼睛的光学结构13

20.3.2 眼睛的调节14

20.3.3 眼睛的屈光不正及其矫正14

20.4 常用光学仪器17

20.4.1 放大镜17

20.4.2 普通光学显微镜19

20.4.3 望远镜20

20.4.4 纤维光束内窥镜21

思考题21

习题22

思考与探索24

第21章 光的干涉25

21.1 光的波动学说及光的相干性25

21.1.1 光的波动学说25

21.1.2 普通光源发光的微观机制26

21.1.3 光波的叠加及其相干性27

21.1.4 相干光的获得29

21.2 波阵面分割法产生的光的干涉29

21.2.1 杨氏双缝干涉实验29

21.2.2 菲涅耳双面镜和双棱镜实验33

21.2.3 劳埃德镜实验34

21.2.4 光程 光程差 相位差35

21.2.5 透镜不产生附加光程差36

21.3 振幅分割法产生的光的干涉37

21.3.1 薄膜干涉概述38

21.3.2 等倾干涉39

21.3.3 等厚干涉40

21.3.4 等厚干涉的应用42

21.4 迈克耳孙干涉仪46

21.4.1 仪器结构和原理46

21.4.2 迈克耳孙干涉仪的应用48

21.5 光波的空间相干性和时间相干性49

21.5.1 干涉条纹的可见度49

21.5.2 光波的空间相干性49

21.5.3 光波的时间相干性51

思考题52

习题53

思考与探索55

第22章 光的衍射56

22.1 惠更斯-菲涅耳原理56

22.1.1 光的衍射现象56

22.1.2 惠更斯-菲涅耳原理57

22.1.3 衍射的分类58

22.2 单缝衍射59

22.2.1 衍射装置与衍射图样的特点59

22.2.2 单缝衍射的明暗条纹位置59

22.2.3 明条纹的角宽度和线宽度61

22.2.4 衍射图样的光强分布64

22.2.5 用积分法计算单缝衍射的光强分布66

22.3 圆孔衍射67

22.3.1 衍射装置和衍射图样特点67

22.3.2 成像仪器的分辨本领68

22.3.3 用积分法计算圆孔衍射的光强分布72

22.4 光栅衍射74

22.4.1 光栅的结构及其衍射图样74

22.4.2 光栅衍射的光强分布75

22.4.3 光栅方程76

22.4.4 暗条纹和次极大的位置77

22.4.5 主极大的半角宽度78

22.4.6 缺级现象78

22.4.7 光栅光谱80

22.4.8 光栅的角色散和分辨本领81

22.5 晶体对X射线的衍射82

22.5.1 X射线的发生装置82

22.5.2 劳厄实验83

22.5.3 布拉格公式83

思考题85

习题85

思考与探索87

第23章 光的偏振88

23.1 自然光与偏振光88

23.1.1 横波的偏振性88

23.1.2 偏振光与自然光89

23.2 起偏和检偏 马吕斯定律90

23.2.1 偏振片90

23.2.2 起偏和检偏91

23.2.3 马吕斯定律91

23.3 反射光和折射光的偏振性93

23.3.1 反射光的偏振性93

23.3.2 折射光的偏振性95

23.4 双折射96

23.4.1 双折射现象96

23.4.2 双折射晶体 光轴 主截面97

23.4.3 光在单轴晶体中的传播98

23.4.4 偏振棱镜101

23.5 椭圆偏振光和圆偏振光102

23.5.1 波片——相位推迟片102

23.5.2 椭圆偏振光和圆偏振光的获得103

23.5.3 圆偏振光和椭圆偏振光的检验104

23.6 偏振光的干涉105

23.6.1 偏振光的干涉装置105

23.6.2 光矢量的分解与合成106

23.6.3 合振幅与光强107

23.7 人为双折射和旋光现象107

23.7.1 光弹效应108

23.7.2 电光效应108

23.7.3 旋光现象109

思考题112

习题113

思考与探索115

第24章 狭义相对论117

24.1 牛顿力学的相对性原理117

24.1.1 牛顿的绝对时空观117

24.1.2 牛顿力学的相对性原理120

24.1.3 电磁学与牛顿力学的相对性原理120

24.2 实验基础和基本假设122

24.2.1 寻找以太的尝试——迈克耳孙-莫雷实验122

24.2.2 修改麦克斯韦电磁理论的尝试——发射理论125

24.2.3 狭义相对论的基本假设126

24.3 洛伦兹变换128

24.3.1 洛伦兹变换128

24.3.2 对洛伦兹变换式的讨论130

24.4 相对论时空观131

24.4.1 时序的相对性和因果律131

24.4.2 时间膨胀135

24.4.3 长度收缩137

24.4.4 洛伦兹速度变换138

24.5 相对论动力学139

24.5.1 质速关系139

24.5.2 质能关系143

24.5.3 能量与动量的三角关系145

24.6 电磁场的相对性146

24.6.1 相对论动量和能量的变换式146

24.6.2 相对论力的变换式148

24.6.3 电磁场的相对论变换式149

思考题150

习题151

思考与探索153

第25章 初期量子论154

25.1 黑体辐射与普朗克量子假设154

25.1.1 热辐射 黑体154

25.1.2 基尔霍夫热辐射定律155

25.1.3 黑体的辐射定律156

25.1.4 普朗克量子假设158

25.2 光电效应与爱因斯坦光量子论162

25.2.1 光电效应162

25.2.2 康普顿效应165

25.2.3 电子对效应167

25.3 玻尔的氢原子量子论169

25.3.1 原子的有核模型169

25.3.2 氢原子光谱的实验规律170

25.3.3 玻尔的原子理论172

25.3.4 玻尔原子理论的应用172

25.4 弗兰克-赫兹实验176

25.4.1 实验装置与原理176

25.4.2 实验结果176

25.4.3 分析与讨论177

25.5 对玻尔原子理论的评价177

思考题178

习题179

思考与探索180

第26章 量子力学基础181

26.1 德布罗意物质波假设181

26.1.1 德布罗意物质波假设181

26.1.2 对玻尔轨道量子化条件的解释182

26.1.3 德布罗意物质波假设的实验验证183

26.2 不确定关系185

26.2.1 坐标和动量185

26.2.2 能量和时间187

26.3 波函数187

26.3.1 波函数的引入187

26.3.2 波函数的物理意义189

26.3.3 波函数的标准条件190

26.4 薛定谔方程190

26.4.1 薛定谔方程191

26.4.2 定态及定态薛定谔方程192

26.4.3 一维无限深方势阱193

26.4.4 一维谐振子196

26.4.5 一维势垒 扫描隧道显微镜（STM）198

26.5 力学量算符202

26.5.1 算符203

26.5.2 算符的一般性质203

26.5.3 量子力学中常用的几类算符204

26.5.4 本征值方程和力学量的算符表示206

26.5.5 角动量算符的本征值和本征函数209

26.6 量子力学的基本原理212

思考题214

习题214

思考与探索216

第27章 原子217

27.1 氢原子217

27.1.1 氢原子的定态薛定谔方程217

27.1.2 电子概率密度分布219

27.2 电子自旋223

27.2.1 简单塞曼效应223

27.2.2 电子自旋225

27.2.3 斯特恩-格拉赫实验226

27.3 碱金属原子229

27.3.1 碱金属原子的光谱实验规律229

27.3.2 碱金属原子束缚定态的能级232

27.3.3 碱金属原子光谱的精细结构232

27.4 多电子原子的壳层结构237

27.4.1 独立电子近似237

27.4.2 原子的壳层结构和电子组态239

27.4.3 电子壳层分布规则239

27.5 激光241

27.5.1 激光器的基本结构241

27.5.2 受激吸收 自发辐射 受激辐射242

27.5.3 粒子数布居反转244

27.5.4 工作物质244

27.5.5 光学谐振腔246

思考题247

习题247

思考与探索248

第28章 分子与固体249

28.1 双原子分子249

28.1.1 氢分子249

28.1.2 分子转动能级251

28.1.3 分子振动能级252

28.1.4 分子光谱特征253

28.2 固体的能带255

28.2.1 固体能带的形成255

28.2.2 能带中的电子行为257

28.3 导体 绝缘体 半导体259

28.3.1 导体259

28.3.2 绝缘体260

28.3.3 半导体260

28.4 pn结 半导体器件261

28.4.1 杂质半导体261

28.4.2 pn结265

28.4.3 半导体器件268

思考题269

习题269

思考与探索269

第29章 核物理与粒子物理271

29.1 原子核的组成和一般性质271

29.1.1 原子核的组成271

29.1.2 原子核的自旋和磁矩272

29.1.3 原子核的结合能273

29.1.4 核力的主要性质274

29.1.5 核结构模型275

29.2 核的放射性衰变275

29.2.1 放射性的基本特征275

29.2.2 核衰变的类型276

29.2.3 放射性衰变规律279

29.3 原子核反应282

29.3.1 反应能283

29.3.2 核反应机制284

29.4 原子核的裂变与聚变285

29.4.1 原子核的裂变285

29.4.2 原子核聚变287

29.5 粒子物理简介288

29.5.1 粒子的分类288

29.5.2 粒子的性质289

29.5.3 粒子间的相互作用289

29.6 强子结构的夸克模型290

29.6.1 夸克模型291

29.6.2 夸克的“色”及色相互作用292

思考题294

习题294

第30章 天体物理与宇宙学296

30.1 牛顿万有引力理论的新版本——广义相对论基础296

30.1.1 开普勒的行星运动定律296

30.1.2 牛顿的万有引力定律298

30.1.3 水星之谜299

30.1.4 广义相对论的两条基本原理299

30.1.5 广义相对论中的空时观302

30.1.6 广义相对论的实验验证304

30.2 天体物理简介307

30.2.1 天体系统的空间层次308

30.2.2 白矮星311

30.2.3 中子星311

30.2.4 脉冲星和超新星312

30.2.5 黑洞312

30.3 宇宙学313

30.3.1 宇宙的膨胀313

30.3.2 大爆炸宇宙模型315

30.3.3 宇宙的密度与暗物质319

30.3.4 “热寂说”的终结320

思考题321

第31章 现代科学与高新技术物理基础（3）322

31.1 全息照相322

31.1.1 全息照相的基本原理322

31.1.2 全息照片的拍摄要求和特点325

31.1.3 全息照相的应用326

31.2 超导宏观量子效应326

31.2.1 超导态的重要特征326

31.2.2 BCS理论330

31.2.3 超导宏观量子效应331

31.2.4 高临界温度超导体研究的进展333

31.3 量子霍尔效应334

习题参考答案335