1、 普通高等教育大学物理规划教材 大学基础物理学（下）郑勇林 卢孟春 朱晓玲 刘 鸿 戴松晖 编著 内 容 简 介 本书依据教育部非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会制定的理工科非物理类专业大学物理课程教学基本要求的框架编写而成，全书涵盖了基本要求的核心内容，并增加了部分拓展内容。全书分为上、下两册共 14 章，包含力学、热学、电磁学、振动和波、波动光学、狭义相对论和量子力学基础、分子与固体等内容。每章都包含基本内容、本章提要、阅读材料、习题，全书最后附有习题答案。此外，为了拓展读者的知识面，本书还增加了部分选学内容，这部分内容均标以“*”号。阅读材料也可作为扩展内容，介绍了物理学在前沿科学
2、和技术中的应用及前沿科学理论，选学内容和阅读材料都自成体系，可选讲或指导学生阅读。本书可作为高等学校理工科非物理类专业的大学物理教材，也可作为高等职业院校相关专业课程教材和教学参考书。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（CIP）数据 大学基础物理学.下/郑勇林等编著.北京：电子工业出版社，2014.8 普通高等教育大学物理规划教材 SBN 978-7-121-23238-1.大 .郑 .物理学-高等学校-教材 .O4 中国版本图书馆 CP 数据核字（2014）第 100886 号 策划编辑：张小乐谭海平 责任编辑：张小乐李秦华 印 刷：装
3、订：出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路 173 信箱 邮编 100036 开 本：787980 1/16 印张：16.25 字数：370 千字 版 次：2014 年 8 月第 1 版 印 次：2014 年 8 月第 1 次印刷 定 价：35.00 元 凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（010）88254888。质量投诉请发邮件至 ，盗版侵权举报请发邮件至 。服务热线：（010）88258888。前 言 为了更好地适应我国高等教育发展，满足目前社会对一般高等学校大众化教育背景下人才培养的各项要求，进一步探索和完善我
4、国高等学校应用型人才培养体系，积极探索适应 21 世纪人才培养的教学模式，我们根据教育部非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会制定的理工科非物理类专业大学物理课程教学基本要求（后简称“纲要”）的思想和精神，编写了大学基础物理学（上、下）教材及大学基础物理学习指导辅导教材。物理学是自然科学的基础，在人类认识自然世界的进程中一直发挥着重要的作用。尽管本书所涉及的大多数知识是前几个世纪确立的理论，但对于今天乃至未来的人类生活和科技发展都有着重要的影响。对于大学本、专科学生来说，大学物理是学习其他后续课程的基础课，是一门全面地、系统地培养学生综合素质的课程。通过对大学基础物理学课程的学习，可以培养学
5、生科学的思维方式和研究问题的方法，能够开阔思路，激发探索和创新精神，提高科学素养、增强社会适应能力。本书分为上、下两册共 14 章，包括力学、热学、电磁学、振动和波、波动光学、狭义相对论和量子力学基础、分子与固体等内容。每章都包含基本内容、本章提要、阅读材料、习题，全书最后附有习题答案。此外，为了拓展读者的知识面，本书还增加了部分选学内容，这部分内容均标以“*”号。阅读材料也可作为扩展内容，介绍了物理学在前沿科学和技术中的应用及前沿科学理论，选学内容和阅读材料都自成体系，可选讲或指导学生阅读。本书依据“纲要”基本要求而编写，旨在帮助读者掌握物理学的基本概念和规律，建立较完整的物理思想。让读者能
6、学以致用，实现知识能力与素质协调发展。本书在编写上力求内容简练，概念清晰，突出重点，可供高等学校非物理类专业本、专科及成人高等院校的学生学习参考。本书第 1、2 章由赵茂娟、杨敏编写，郑勇林、杨维审阅；第 3、10、12 章由朱晓玲、王晓茜编写，郑勇林、杨维审阅；第 4 章由郑勇林、高志华编写，杨维审阅；第 5、8 章由杨维编写，郑勇林审阅；第 6 章由刘鸿编写，郑勇林、杨维审阅；第 7、9 章由戴松晖、陆智编写，郑勇林、卢孟春审阅；第 11、13、14 由郑勇林、卢孟春编写，孙婷雅、杨维、杨敏审阅。李伯恒、孙婷雅、郑勇林、杨维、陆智审阅了全书习题。全书由郑勇林统稿。本书在编写过程中得到了成都
7、大学、长江师范学院、四川农业大学理学院、重庆工业 职业技术学院物理教研室等单位的大力支持，编者在此致以衷心的感谢。特别感谢电子工业出版社给予的大力支持和帮助。西南大学郑瑞伦教授细致地审阅了书稿，提出许多中肯的修改意见和建议。成都大学汪令江教授，长江师范学院周晏副教授为本书编写做了大量工作，在此表示感谢。本书编写过程中参考了其他同类教材，在此一并致谢。由于编者水平有限，书中可能存在不妥甚至错误之处，敬请批评指正。编著者 2014 年 8 月于成都 目 录 第 9 章 振动 1 9.1 简谐振动的模型 1 9.1.1 简谐振动特征与简谐振动方程 1 9.1.2 描述简谐振动的特征量 4 9.1.3
8、 简谐振动的旋转矢量表示法 6 9.2 单摆、复摆 8 9.2.1 单摆 8 9.2.2 复摆 8 9.3 简谐振动的能量 10 9.4 简谐振动的合成与分解 12 9.4.1 两个同方向同频率简谐振动的合成 12 9.4.2 两个相互垂直、同频率的简谐振动的合成 15 9.4.3 两个同方向不同频率简谐振动的合成 17 9.5 阻尼振动 受迫振动 共振 18 9.5.1 阻尼振动 18 9.5.2 受迫振动 20 9.5.3 共振 21 9.6 电磁振荡 22 9.6.1 LC 振荡器 22 9.6.2 无阻尼电磁振荡及振荡方程 23*9.7 非线性振动 24 9.7.1 非线性振动简介 2
9、4 9.7.2 非线性特征 25 本章提要 27 阅读材料 29 习题 31 第 10 章 波动 37 10.1 机械波的概念 37 10.1.1 机械波的产生 37 10.1.2 横波和纵波 38 10.1.3 机械波的描述 38 10.1.4 波长、波的周期、频率和波速的关系 39 10.2 平面简谐波 40 10.2.1 平面简谐波及波函数 40 10.2.2 波函数的意义 42 10.3 波的能量 波的强度 45 10.3.1 波的能量和能流密度 45 10.3.2 波的强度 48 10.3.3 波的吸收 50 10.3.4 声波 50 10.4 波的干涉 53 10.4.1 波的叠加
10、原理 53 10.4.2 波的干涉 53 10.4.3 驻波 56 10.5 惠更斯原理和波的衍射 64 10.5.1 惠更斯原理 64 10.5.2 波的衍射 65 10.6 平面电磁波 66 10.6.1 电磁波的产生与传播 66 10.6.2 平面电磁波的性质 68 10.7 多普勒效应 69 10.7.1 声波的多普勒效应 69 10.7.2 电磁波的多普勒效应与红移现象 72 本章提要 72 阅读材料 75 习题 77 第 11 章 光的干涉和衍射 82 11.1 光源和光的相干性 82 11.1.1 光源、单色光、相干光 82 11.1.2 光的相干性、相干光的获得 84 11.1
11、.3 光程与光程差 85 11.2 杨氏双缝干涉 劳埃德镜实验 86 11.2.1 杨氏双缝实验 86 11.2.2 劳埃德镜实验 88 11.2.3 反射光的相位突变和附加光程差 89 11.3.4 透镜不引起附加光程差 89 11.3 薄膜干涉 光学干涉测薄膜厚度 90 11.3.1 薄膜干涉 90 11.3.2 增透膜与高反射膜 91 11.3.3 劈尖干涉 牛顿环 93*11.3.4 光学干涉测薄膜厚度 96 11.4 光的衍射现象和惠更斯-菲涅耳原理 98 11.4.1 光的衍射现象 98 11.4.2 惠更斯-菲涅耳原理 98 11.5 夫琅禾费衍射 99 11.5.1 单缝夫琅禾
12、费衍射 99 11.5.2 圆孔夫琅禾费衍射 光学仪器的分辨率 102 11.6 光栅衍射 104 11.6.1 光栅衍射 光栅方程 104 11.6.2 光栅光谱 缺级现象 106 11.6.3 光的干涉与衍射 107 11.7 X 射线的衍射 107 11.7.1 电磁波谱 107 11.7.2 X 射线的产生 108 11.7.3 X 射线的衍射 110 11.8 光的偏振 112 11.8.1 光的横波性与偏振态 112 11.8.2 自然光 偏振光 113 11.8.3 圆偏振光和椭圆偏振光 113 11.9 起偏和检偏 马吕斯定律 114 11.9.1 起偏和检偏 114 11.9
13、.2 马吕斯定律 114 11.10 反射和折射时光的偏振 布儒斯特定律 115 11.11 双折射 117 11.11.1 寻常光和非常光 117 11.11.2 光轴、单轴晶体、双轴晶体、主平面 118 11.11.3 惠更斯原理解释晶体的双折射 118*11.12 几何光学 120 11.12.1 几何光学基本定律 120 11.12.2 光在平面上的反射和折射成像 122 11.12.3 光在球面上的反射和折射成像 123 11.12.4 薄透镜 126 本章提要 128 阅读材料 131 习题 135 第 12 章 相对论基础 140 12.1 力学相对性原理 伽利略变换 140 1
14、2.1.1 经典力学的相对性原理 140 12.1.2 经典力学的绝对时空观 141 12.1.3 伽利略变换 141 12.2 狭义相对论基本原理 洛伦兹变换 142 12.2.1 狭义相对论基本原理 142 12.2.2 洛伦兹变换 143 12.2.3 洛伦兹速度变换式 143 12.3 狭义相对论的时空观 145 12.3.1 同时性的相对性 145 12.3.2 时间膨胀 145 12.3.3 长度收缩 146 12.3.4 经典时空观与相对论时空观的比较 147*12.3.5 狭义相对论的相关实验 148 12.4 狭义相对论动力学基础 149 12.4.1 动量与速度的关系 14
15、9 12.4.2 质量与能量的关系 150 12.4.3 能量与动量的关系 151*12.5 广义相对论简介 153 12.5.1 光线在引力场中的弯曲 154 12.5.2 水星轨道近日点的进动 154 12.5.3 光谱线的引力红移 154 本章提要 155 X 阅读材料 156 习题 157 第 13 章 量子力学基础 160 13.1 黑体辐射 普朗克能量子假说 161 13.1.1 黑体辐射 斯特藩-玻耳兹曼定律 161 13.1.2 维恩位移定律 162 13.1.3 黑体辐射的瑞利-金斯公式 163 13.1.4 经典物理的困惑 164 13.1.5 普朗克能量子假说 普朗克公式
16、 164 13.2 光电效应 爱因斯坦的光子理论 167 13.2.1 光电效应 167 13.2.2 爱因斯坦的光子理论 光的波粒二象性 168 13.2.3 康普顿效应 170 13.3 实物粒子的波粒二象性 不确定关系 171 13.3.1 德布罗意假设及实验证明 171 13.3.2 德布罗意波的统计解释 174 13.3.3 不确定关系 174 13.4 波函数薛定谔方程 176 13.4.1 波函数 176 13.4.2 薛定谔方程 178 13.4.3 一维无限深势阱 181 13.4.4 势垒贯穿 185 13.5 量子力学的基本原理 187 13.5.1 状态和波函数 187 13.5.2 量子力学的运动状态满足薛定谔方程 188 13.5.3 定态薛定谔方程 188 13.5.4 算符、力学量的平均值 189 13.6 氢原子的量子力学处理方法 191 13.6.1 氢原子光谱的规律性 191 13.6.2 玻尔的氢原子理论 192 13.6.3 玻尔理论的缺陷 195 13.6.4 氢原子的量子力学理论 196 13.6.5 量子条件和量子数 197 X13.6.
