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第20章 几何光学1

20.1 几何光学的基本规律1

20.1.1 几何光学的基本规律2

20.1.2 费马原理2

20.2 成像的基本概念3

20.2.1 物的概念4

20.2.2 像的概念4

20.2.3 物像之间的等光程性5

20.3 球面折射5

20.3.1 单球面折射5

20.3.2 共轴球面系统8

20.4 透镜9

20.4.1 薄透镜9

20.4.2 薄透镜的组合12

20.4.3 厚透镜13

20.4.4 柱面透镜15

20.4.5 透镜的像差15

20.5 眼睛的光学系统17

20.5.1 眼睛的光学结构17

20.5.2 眼睛的调节18

20.5.3 眼睛的屈光不正及其矫正18

20.6 常用光学仪器21

20.6.1 放大镜21

20.6.2 普通光学显微镜22

20.6.3 望远镜24

20.6.4 纤维光束内窥镜24

思考题25

习题26

思考与探索28

第21章 光的干涉29

21.1 光的波动学说及光的相干性29

21.1.1 光的波动学说29

21.1.2 普通光源发光的微观机制30

21.1.3 光波的叠加及其相干性31

21.1.4 相干光的获得33

21.2 波阵面分割法产生的光的干涉33

21.2.1 杨氏双缝干涉实验33

21.2.2 菲涅耳双面镜实验37

21.2.3 劳埃德镜实验37

21.2.4 光程 光程差 相位差38

21.2.5 透镜不产生附加光程差40

21.3 振幅分割法产生的光的干涉41

21.3.1 薄膜干涉概述41

21.3.2 等倾干涉42

21.3.3 等厚干涉43

21.3.4 等厚干涉的应用45

21.4 迈克耳孙干涉仪49

21.4.1 仪器结构和原理49

21.4.2 迈克耳孙干涉仪的应用50

21.5 光波的空间相干性和时间相干性51

21.5.1 干涉条纹的可见度51

21.5.2 光波的空间相干性52

21.5.3 光波的时间相干性54

思考题55

习题56

思考与探索58

第22章 光的衍射59

22.1 惠更斯-菲涅耳原理59

22.1.1 光的衍射现象59

22.1.2 惠更斯-菲涅耳原理60

22.1.3 衍射的分类61

22.2 单缝衍射62

22.2.1 衍射装置与衍射图样的特点62

22.2.2 单缝衍射的明暗条纹位置63

22.2.3 明条纹的角宽度和线宽度64

22.2.4 衍射图样的光强分布67

22.2.5 用积分法计算单缝衍射的光强分布69

22.3 圆孔衍射70

22.3.1 衍射装置和衍射图样特点70

22.3.2 成像仪器的分辨本领71

22.3.3 用积分法计算圆孔衍射的光强分布75

22.4 光栅衍射77

22.4.1 光栅的结构及其衍射图样77

22.4.2 光栅衍射的光强分布78

22.4.3 光栅方程80

22.4.4 暗条纹和次极大的位置80

22.4.5 主极大的半角宽度81

22.4.6 缺级现象81

22.4.7 光栅光谱83

22.4.8 光栅的角色散和分辨本领84

22.5 晶体对X射线的衍射85

22.5.1 X射线的发生装置85

22.5.2 劳厄实验86

22.5.3 布拉格公式86

思考题88

习题88

思考与探索90

第23章 光的偏振91

23.1 自然光与偏振光91

23.1.1 横波的偏振性91

23.1.2 偏振光与自然光92

23.2 起偏和检偏 马吕斯定律93

23.2.1 偏振片93

23.2.2 起偏和检偏94

23.2.3 马吕斯定律95

23.3 反射光和折射光的偏振性96

23.3.1 反射光的偏振性96

23.3.2 折射光的偏振性98

23.4 双折射99

23.4.1 双折射现象99

23.4.2 双折射晶体 光轴 主截面100

23.4.3 光在单轴晶体中的传播101

23.4.4 偏振棱镜104

23.5 椭圆偏振光和圆偏振光105

23.5.1 波片——相位推迟片105

23.5.2 椭圆偏振光和圆偏振光的获得106

23.5.3 圆偏振光和椭圆偏振光的检验107

23.6 偏振光的干涉109

23.6.1 偏振光的干涉装置109

23.6.2 光矢量的分解与合成109

23.6.3 合振幅与光强110

23.7 人为双折射和旋光现象111

23.7.1 光弹效应111

23.7.2 电光效应112

23.7.3 旋光现象113

思考题116

习题116

思考与探索119

第24章 狭义相对论120

24.1 牛顿力学的相对性原理120

24.1.1 牛顿的绝对时空观120

24.1.2 牛顿力学的相对性原理123

24.1.3 电磁学与牛顿力学的相对性原理124

24.2 实验基础和基本假设125

24.2.1 寻找以太的尝试——迈克耳孙-莫雷实验125

24.2.2 修改麦克斯韦电磁理论的尝试——发射理论129

24.2.3 狭义相对论的基本假设130

24.3 洛伦兹变换131

24.3.1 洛伦兹变换131

24.3.2 对洛伦兹变换式的讨论133

24.4 相对论时空观134

24.4.1 时序的相对性和因果律134

24.4.2 时间膨胀138

24.4.3 长度收缩139

24.4.4 洛伦兹速度变换141

24.5 相对论动力学142

24.5.1 质速关系142

24.5.2 质能关系145

24.5.3 能量与动量的三角关系148

24.6 电磁场的相对性149

24.6.1 相对论动量和能量的变换式149

24.6.2 相对论力的变换式151

24.6.3 电磁场的相对论变换式152

思考题153

习题154

思考与探索156

第25章 初期量子论157

25.1 黑体辐射与普朗克量子假设157

25.1.1 热辐射 黑体157

25.1.2 基尔霍夫热辐射定律159

25.1.3 黑体的辐射定律159

25.1.4 普朗克量子假设161

25.2 光电效应与爱因斯坦光量子论165

25.2.1 光电效应165

25.2.2 康普顿效应168

25.2.3 电子对效应171

25.3 玻尔的氢原子量子论172

25.3.1 原子的有核模型172

25.3.2 氢原子光谱的实验规律174

25.3.3 玻尔的原子理论175

25.3.4 玻尔原子理论的应用176

25.4 弗兰克-赫兹实验179

25.4.1 实验装置与原理179

25.4.2 实验结果180

25.4.3 分析与讨论180

25.5 对玻尔原子理论的评价181

思考题182

习题182

思考与探索184

第26章 量子力学基础185

26.1 德布罗意假设185

26.1.1 德布罗意假设186

26.1.2 德布罗意假设对玻尔轨道量子化条件的解释187

26.1.3 德布罗意假设的实验验证187

26.2 不确定关系189

26.2.1 坐标和动量189

26.2.2 能量和时间191

26.3 波函数192

26.3.1 波函数的引入192

26.3.2 波函数的物理意义193

26.3.3 波函数的标准条件194

26.4 薛定谔方程194

26.4.1 薛定谔方程195

26.4.2 定态及定态薛定谔方程197

26.4.3 一维无限深方势阱198

26.4.4 一维谐振子200

26.4.5 一维势垒 扫描隧道显微镜（STM）202

26.5 力学量算符207

26.5.1 算符207

26.5.2 算符的一般性质207

26.5.3 量子力学中常用的几类算符209

26.5.4 本征值方程和力学量的算符表示210

26.5.5 角动量算符的本征值和本征函数213

26.6 量子力学的基本原理216

思考题218

习题218

思考与探索220

第27章 原子221

27.1 氢原子221

27.1.1 氢原子的定态薛定谔方程221

27.1.2 电子概率密度分布224

27.2 电子自旋227

27.2.1 简单塞曼效应227

27.2.2 电子自旋230

27.2.3 斯特恩-格拉赫实验231

27.3 碱金属原子233

27.3.1 碱金属原子的光谱实验规律234

27.3.2 碱金属原子束缚定态的能级236

27.3.3 碱金属原子光谱的精细结构237

27.4 多电子原子的壳层结构241

27.4.1 独立电子近似241

27.4.2 原子的壳层结构和电子组态243

27.4.3 电子壳层分布规则243

27.5 激光245

27.5.1 激光器的基本结构246

27.5.2 受激吸收 自发辐射 受激辐射246

27.5.3 粒子数布居反转248

27.5.4 工作物质249

27.5.5 光学谐振腔250

思考题251

习题251

思考与探索252

第28章 分子与固体253

28.1 双原子分子253

28.1.1 氢分子253

28.1.2 分子转动能级255

28.1.3 分子振动能级256

28.1.4 分子光谱特征257

28.2 固体的能带259

28.2.1 固体能带的形成259

28.2.2 能带中的电子行为262

28.3 导体 绝缘体 半导体264

28.3.1 导体264

28.3.2 绝缘体265

28.3.3 半导体265

28.4 pn结 半导体器件266

28.4.1 杂质半导体266

28.4.2 pn结270

28.4.3 半导体器件272

思考题273

习题273

思考与探索274

第29章 核物理与粒子物理275

29.1 原子核的组成和一般性质275

29.1.1 原子核的组成275

29.1.2 原子核的自旋和磁矩276

29.1.3 原子核的结合能277

29.1.4 核力的主要性质278

29.1.5 核结构模型279

29.2 核的放射性衰变279

29.2.1 放射性的基本特征280

29.2.2 核衰变的类型280

29.2.3 放射性衰变规律283

29.3 原子核反应286

29.3.1 反应能287

29.3.2 核反应机制288

29.4 原子核的裂变与聚变289

29.4.1 原子核的裂变289

29.4.2 原子核聚变291

29.5 粒子物理简介292

29.5.1 粒子的分类292

29.5.2 粒子的性质293

29.5.3 粒子间的相互作用293

29.6 强子结构的夸克模型295

29.6.1 夸克模型295

29.6.2 夸克的“色”及色相互作用296

思考题298

习题299

第30章 天体物理与宇宙学301

30.1 牛顿万有引力理论的新版本——广义相对论基础301

30.1.1 开普勒的行星运动定律301

30.1.2 牛顿的万有引力定律303

30.1.3 水星之谜304

30.1.4 广义相对论的两条基本原理305

30.1.5 广义相对论中的时空观307

30.1.6 广义相对论的实验验证310

30.2 天体物理简介312

30.2.1 天体系统的空间层次313

30.2.2 恒星演化316

30.3 宇宙学简介320

30.3.1 宇宙的均匀性321

30.3.2 宇宙各向同性的膨胀322

30.3.3 宇宙大爆炸理论324

30.3.4 宇宙的密度与暗物质328

30.3.5 “热寂说”的终结329

30.3.6 结束语331

第31章 现代科学与高新技术物理基础（3）332

31.1 全息照相332

31.1.1 全息照相的基本原理332

31.1.2 全息照片的拍摄要求和特点335

31.1.3 全息照相的应用336

31.2 超导宏观量子效应336

31.2.1 超导态的重要特征336

31.2.2 BCS理论339

31.2.3 超导宏观量子效应341

31.2.4 高临界温度超导体研究的进展343

31.3 量子霍尔效应343

习题参考答案345