大学物理学第四册--光学 近代物理

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出版者:清华大学出版社
作者:
出品人:
页数:361
译者:
出版时间:2000-01
价格:12.00
装帧:平装
isbn号码:9787302007906
丛书系列:
图书标签:
  • 物理
  • 大学物理学
  • 光学
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  • 电磁学基础
  • 量子力学入门
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具体描述

内容简介

本书是清华大学教材《大学物理学》的第四册,讲述了物理学基础理论的光学和

量子物理部分。书的前两章介绍振动与波的基本规律;接着简明而系统地讲述了光的

干涉,衍射和偏振的规律。在量子物理部分着重阐述了波粒二象性这一核心概念,并

在此基础上介绍了量子力学的基本方法和若干重要结论。除了基本内容外,还专题介

绍了全息、多光子吸收、核磁共振、扫描隧穿显微镜、正电子湮没技术等今日物理趣

闻与技术。也写了几位有关科学家的传略。本书可作为各类工科院校的大学物理学教

科书,也可供其他高校师生及中学物理教师或自学者参考。

《经典力学导论:理论与应用》 图书简介 本书旨在为物理学、工程学及相关学科的本科生提供一套全面且深入的经典力学基础知识体系。我们深知,力学是现代物理学的基石,对理解宇宙的运行规律至关重要。因此,本书的编写严格遵循科学的逻辑结构,从最基本的概念出发,逐步深入到复杂的理论模型和实际应用。 第一部分:牛顿力学的基础 本部分是全书的基石,着重于牛顿运动定律的严谨阐述及其在宏观、低速世界中的广泛应用。 第1章 质点运动学与动力学 我们从对运动的描述开始,详细探讨了位移、速度和加速度等基本矢量。随后,引入牛顿三大定律作为力学分析的核心工具。重点内容包括:力的概念(重力、弹力、摩擦力)、功和能的概念,特别是动能定理的推导与应用。我们通过一系列精选的例题,展示如何利用这些定律解决直线运动、抛体运动以及匀速圆周运动问题。一个额外的章节将专门讨论非惯性参考系下的假想力(如惯性力和科里奥利力)对运动分析的影响。 第2章 动量与碰撞 本章聚焦于系统动量和冲量。我们首先建立动量守恒定律,并证明其与牛顿第二定律的内在联系。随后的重点是碰撞理论,包括弹性碰撞和非弹性碰撞的分析,并引入恢复系数的概念。二维和三维碰撞的矢量处理方法将在本章得到详尽的阐述,为后续的角动量分析做铺垫。 第3章 刚体的定性与定量描述 刚体是物理学中处理宏观物体的理想化模型。本章首先介绍刚体的几何特性,如质心和转动惯量。转动惯量的计算将采用平行轴定理和转轴定理,并给出常见物体(如细杆、圆盘、球体)的转动惯量表格。动力学部分,我们将建立角动量守恒定律,并将其与牛顿定律在转动情况下的推广形式——转动定律 ($oldsymbol{ au} = frac{doldsymbol{L}}{dt}$) 联系起来。最后,我们将分析刚体绕固定轴的滚动和滑动问题。 第二部分:拉格朗日和哈密顿力学 为了超越牛顿力学的局限性,进入更抽象和更具普遍性的场论和量子力学的前沿,本部分详细介绍了分析力学的两大核心框架:拉格朗日力学和哈密顿力学。 第4章 变分原理与达朗贝尔原理 在深入介绍拉格朗日力学之前,我们必须理解其理论基础——变分原理。本章从对运动路径的“最少作用”的直观理解出发,推导出欧拉-拉格朗日方程。达朗贝尔原理作为虚拟功原理的另一种表述形式,将被用于推导约束力,并展示它如何简化复杂的多体系统分析。 第5章 拉格朗日力学 拉格朗日量 $L = T - V$ 的构建是本章的核心。我们将详细讨论如何选择恰当的广义坐标(如角度、弧长)来消除约束,从而简化运动方程。本章将解决多个经典问题,包括单摆、双摆(作为非线性系统入门)、以及在非保守力作用下的系统。对速度依赖的势能和广义力将被严格区分处理。 第6章 周期运动与守恒量 拉格朗日力学与守恒量的关系在物理学中具有根本意义。本章将引入诺特定理(Nother's Theorem)的初步概念,严格证明能量守恒与时间平移对称性、动量守恒与空间平移对称性、角动量守恒与空间转动对称性的内在联系。对于周期性系统,我们将分析相空间中的轨迹。 第7章 哈密顿力学 哈密顿力学是对拉格朗日力学的勒让德变换,它将二次微分方程转化为一组一阶微分方程组,这极大地便利了向量子力学的过渡。本章核心是哈密顿量 $H = sum p_i dot{q}_i - L$ 的定义和推导。我们将学习哈密顿正则方程,并应用它来分析保守系统。相空间的概念和相轨迹的几何意义是本章的重点内容。 第三部分:进阶主题与应用 本部分将经典力学的知识扩展到更复杂的物理场景,包括相对论效应的初步引入和振动理论的深入探讨。 第8章 经典振动理论 振动是自然界中最普遍的现象之一。本章从简谐振子开始,推导出受迫振动和阻尼振动的微分方程,并详细分析其暂态解和稳态解。重点在于共振现象的物理机制和应用,以及质量-弹簧系统的耦合振动分析(涉及特征值问题)。 第9章 轨道力学与万有引力 本章专门处理中心力问题。基于开普勒定律,我们将使用拉格朗日或哈密顿方法推导出二体问题的运动方程。通过引入有效势能,我们能精确地解出平面轨道,包括椭圆、抛物线和双曲线轨道。本章结尾将简要讨论引力场中的能量和角动量守恒。 第10章 狭义相对论基础 虽然本书主要关注经典力学,但经典力学的框架在接近光速时必须被修正。本章作为桥梁,介绍了狭义相对论的基本假设,包括洛伦兹变换和时空的概念。我们将推导相对论性的动量和能量公式,并讨论质量-能量等效性 ($E=mc^2$) 在粒子相互作用中的体现,为学生理解后续的近代物理打下基础。 本书特点: 严谨性与直观性并重: 每一个公式的推导都力求清晰可循,同时辅以大量的物理图像和直觉解释。 数学工具的融合: 强调使用向量代数、微积分、偏微分方程和变分法等数学工具来解决物理问题。 丰富的习题集: 每章后附有从基础概念验证到高级理论分析的综合性习题,部分习题答案提供详细解题步骤。 本书适合作为大学物理系本科生“理论力学”或“经典力学”课程的教材,也可供研究生和科研人员作为复习和参考之用。通过本课程的学习,读者将建立起一个坚实、灵活且深刻的经典力学知识框架。

作者简介

目录信息

目录
第一章 振动
§1.1 简谐振动的描述
§1.2 旋转矢量与振动的相
§1.3 简谐振动的动力学方程
§1.4 两个简谐振动实例
§1.5 简谐振动的能量
§1.6 阻尼振动
§1.7 受迫振动 共振
§1.8 同一直线上同频率的简谐振动的合成
§1.9 同一直线上不同频率的简谐振动的合成
§1.10 谐振分析
§1.11 相互垂直的简谐振动的合成
思考题
习题
第二章 波动
§2.1 机械波的形成
〔附] 物体的弹性
§2.2 波的周期性和波速
§2.3 简谐波的波函数
§2.4 波所传播的能量
§2.5 波动方程
§2.6 惠更斯原理
§2.7 波的干涉
§2.8 驻波
§2.9 多普勒效应
§2.10 声波
§2.11 复波
思考题
习题
第三章 光的干涉
§3.1 为什么两个灯泡发的光不能产生干涉现象
§3.2 杨氏双缝干涉实验
§3.3 其他分波阵面的干涉实验
§3.4 光源的大小对干涉条纹的影响
§3.5 光的非单色性对干涉条纹的影响
§3.6 光程
§3.7 薄膜干涉(一)――等厚条纹
§3.8 薄膜干涉(二)――等倾条纹
§3.9 迈克耳逊干涉仪
思考题
习题
科学家介绍 托马斯・扬和菲涅耳
第四章 光的衍射
§4.1 光的衍射图样和惠更斯-菲涅耳原理
§4.2 单缝的夫琅和费衍射
§4.3 光栅衍射
§4.4 光栅光谱
§4.5 光学仪器的分辨本领
§4.6 X射线的衍射
思考题
习题
今日物理趣闻 A.全息照相
今日物理趣闻 B 光学信息处理
第五章 光的偏振
§5.1 自然光和偏振光
§5.2 起偏和检偏
§5.3 反射和折射时光的偏振
§5.4 双折射现象
§5.5 椭圆偏振光和圆偏振光
§5.6 偏振光的干涉
§5.7 人工双折射
§5.8 旋光现象
思考题
习题
今日物理趣闻 C 液晶
第六章 量子物理基础
§6.1 光电效应
§6.2 光子与光的二象性
§6.3 康普顿散射
§6.4 粒子的波动性
§6.5 概率波
§6.6 不确定性关系
§6.7 薛定谔方程
§6.8 势阱中的粒子
§6.9 谐振子
§6.10 黑体辐射
§6.11 氢原子
§6.12 氢原子光谱
§6.13 电子的自旋 四个量子数
§6.14 原子的壳层结构
思考题
习题
科学家介绍 玻尔
科学家介绍 德布罗意
科学家介绍 薛定谔
物理学与现代技术I核磁共振
物理学与现代技术Ⅱ扫描隧穿显微镜
物理学与现代技术Ⅲ正电子湮没技术
今日物理趣闻 D 多光子吸收
第七章 激光
§7.1 粒子数按能级的统计分布 原子的激发
§7.2 自发辐射 受激辐射和受激吸收
§7.3 粒子数反转
§7.4 增益系数
§7.5 光学谐振腔
§7.6 激光器的纵模和横模
§7.7 激光的特性及其应用
§7.8 高斯光束通过薄透镜的变换
习题
今日物理趣闻 E 非线性光学
第八章 固体的能带结构
§8.1 固体的能带
§8.2 导体和绝缘体
§8.3 半导体的导电机构
§8.4 P-n结
§8.5 半导体的其它特性和应用
习题
物理学与现代技术 Ⅳ 光纤及其应用
习题答案
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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我花费了大量时间仔细研读了关于光速测量和相对论基础的章节,这本书的叙述风格在涉及近代物理概念时,突然变得非常严谨且略显保守,仿佛生怕跨越了某条“不应触碰的红线”。它详尽地解释了洛伦兹变换的几何意义,这部分内容写得相当出色,清晰地揭示了时间和空间的相互依赖性,远超我预期的详细程度。相比之下,光学部分的某些经典实验的描述,比如光的衍射实验,虽然在原理上无可挑剔,但在实验步骤的描述上却显得过于简略,对于没有接触过精密光学仪器的初学者来说,光靠文字想象出整个实验装置的布局,难度系数不低。总而言之,本书的价值偏向于近代物理的理论深度,光学部分则显得更像是一本知识点的快速回顾手册,整体来看,它的学术权重明显偏向后者,阅读体验上存在明显的“高低起伏”。

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这本《大学物理学第四册——光学 近代物理》的封面设计确实相当朴素,一股浓浓的学术气息扑面而来。我拿到书的时候,首先关注的是它内容的组织架构。从目录上看,它似乎打算在“光学”部分深入探讨光的波动性和粒子性之间的辩证关系,不知道具体会如何处理菲涅尔衍射和迈克尔逊干涉仪的细节,希望能够有足够多的、不同难度的例题来巩固理解。尤其对于近代物理部分,如果能把量子力学的基本假设讲得生动一些,而不是堆砌晦涩的数学公式,那将是极大的加分项。我期望它不仅仅是一本工具书,更能成为引导我们思考物理本质的向导。目前为止,我对它能否在保持严谨性的同时,还能兼顾到初学者对这些前沿概念的接受度抱持着一丝期待,毕竟,光学和近代物理的交叉点往往是物理学中最迷人的地方,希望作者没有辜负这份魅力。这本书的装帧质量看起来还算扎实,起码能经得住我频繁翻阅和在上面做大量批注的“折磨”。

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这本书的近代物理部分,尤其是关于原子结构和X射线谱的部分,处理得相当扎实,数据翔实,图表制作精良,这对于需要进行实验报告撰写的学生来说,无疑是极大的便利。作者在介绍玻尔模型时,没有过度美化其局限性,而是直截了当地指出了其半经典性质,这一点我非常欣赏,体现了科学的审慎态度。然而,光学部分的某些章节,例如薄膜干涉的等厚度和等倾度干涉的对比描述,语言上有些冗长和重复,感觉像是把两个不同的讲义拼凑在了一起,逻辑上的流畅性稍逊一筹。再者,书后的习题设计虽然覆盖面广,但难度梯度不够清晰,有些题目感觉难度过高,超出了普通期末考试的要求,而基础巩固类的题目又偏少,让人在自我检测时抓不住重点。希望能有配套的解析或答案辅助理解,否则遇到卡壳的地方只能望书兴叹。

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读完光学部分关于偏振和双折射的章节后,我得说,这本书的深度是毋庸置疑的,它没有停留在高中物理的表面,而是直接切入了更深层次的数学描述。但是,这种深度也带来了另一个问题:对应用案例的挖掘稍显不足。理论推导固然重要,但如何将这些高深的数学工具应用到实际的光学仪器设计中去,例如如何优化一个复杂透镜组的像差校正,书中几乎没有提及,这让这本书的实用价值打了个折扣。转到近代物理的开篇,对光电效应的讨论还算到位,但涉及到德布罗意波和不确定性原理时,感觉作者的笔锋变得有些犹豫不决,似乎在“保持严谨”和“通俗易懂”之间摇摆不定,导致最终呈现的效果略显平淡,缺乏那种“啊哈!”的顿悟感。总的来说,这是一本合格但缺乏灵气的教材,更像是一份详尽的知识点清单,而非一次引人入胜的物理探索之旅。

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翻开书页,首先映入眼帘的是对经典光学理论的梳理,内容衔接得比较流畅,但某些关键概念的引入略显突兀,仿佛作者假定读者已经对前三册的内容了如指掌,这种“心照不宣”的教学方式,对于我这种需要反复咀嚼才能消化的学习者来说,着实有些吃力。例如,当讲到斯托克斯参量时,相关的矢量代数背景知识铺垫得不够充分,我不得不停下来去翻阅高数参考书,这无疑打断了学习的连贯性。我特别希望在“近代物理”的章节里,关于黑体辐射的阐述能更侧重于历史背景和思想的转变过程,而非仅仅是普朗克公式的推导,毕竟,理解爱因斯坦当初是如何突破经典物理的思维定势,比单纯记住那个$ ext{E}= ext{h} u$来得更有价值。这本书的排版中规中矩,但字号偏小,长时间阅读下来对眼睛是个不小的考验,如果能增加一些插图来形象化那些抽象的光学现象,体验感会大幅提升。

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