大学物理学（下册）

本书依据《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》对各专业大学物理课程的要求和高等学校物理学与天文学教学指导委员会审定的《理工科类大学物理课程教学基本要求》（以下简称“基本要求”），结合编者多年的教学经验和教学实践编写而成。在编写过程中充分吸收了多种优秀教材的长处，同时兼顾了当前大学物理教育教学实际。本书具有以下主要特色：
1. 贯彻基本要求，力求简洁、经典。本书在基本要求的框架下对内容进行遴选和编排，对基本要求中做不同要求的内容进行了差异化处理。抓主要问题，有详有略，突出对物理学中的重要物理概念、物理定理定律的理解、应用，以及所蕴含的物理思想和方法。本书旨在激发学生的学习兴趣，在例题和习题的精选中注重科学性和规范性。
2. 以史为鉴，追求“真、善、美”。物理学的发展体现了人类探索自然、认识世界过程中呈现出的伟大魅力。在每一篇的开篇，我们在充分研读讨论的基础上编写了相关知识模块的发展简史，介绍了相关知识发展中的物理事件及相关物理学家的成长经历，期望引导学生树立科学的世界观，激发学生的求知热情、探索精神、创新欲望以及敢于向旧观念挑战的精神。
3. 大中衔接，顺承自然。在每一篇的开篇，紧随发展简史，我们简要梳理了高中阶段对物理学习的内容及要求，引导学生对高中所学知识进行回顾，帮助他们在大学物理学习过程中有意识地进行知识体系的比较和再认识。“温故知新”，使学生在大学物理学习过程中能对物理知识进行有效的知识架构，培养其自主学习能力。
4. 兼顾知识传授与能力培养。在人类追求真理、探索未知世界的过程中，物理学呈现了一系列科学的世界观和方法论。本书在编写过程中以物理知识为载体培养学生独立获取知识的能力，发现问题、分析问题和解决问题的能力；也充分考虑培养学生的探索精神和创新意识。
本书编写的初衷期望帮助学生通过大学物理课程的学习能有效地理解和掌握物理学中的基本理论以及思想和方法，并为我所用。充分发挥大学物理课程学习的基础性、必要性和重要性地位，提高自身的自主学习能力和创新能力，提升自身的科学素养。
本书分上下册，共六篇，二十五章。上册由郭龙、汤型正、罗中杰负责统稿，下册由陈琦丽、张光勇负责统稿。参与编写的人员还有：张自强、吴妍、郑安寿、马科、万珍珠、韩艳玲、杜秋娇、陈洪云、刘忠池、苑新喜等。
在编写过程中，我们得到了来自同行们的许多很好的意见和建议，并得到了中国地质大学（武汉）教务处、数理学院、大学物理教学部以及华中科技大学出版社的大力支持和帮助，在此一并表示真诚的感谢。
由于编者水平有限，错误和不妥之处在所难免，还请广大师生和同行批评指正，以便今后逐步完善和提高，在此致以诚挚的谢意。

本套书是按照《理工科类大学物理课程教学基本要求》编写的，注重基础，精选内容，广度和深度适中，篇幅恰当。全套书分上下册，内容包括力学、电磁学、振动与波动、光学、量子物理。本套书可作高等院校非物理类专业的大学物理教材。

陈琦丽，女，1971年12月出生， 硕士生导师，博士学位。中国地质大学数学与物理学院物理系副教授。2014年、2015年分别参加国家自然科学基金学部主任基金一项，国家自然科学基金面上项目一项，湖北省科研项目省基金重点项目，发表SCI论文十余篇。先后参加编写了大学物理教材、大学物理实验教材两本、教辅1本。

第三篇热学
第13章热力学基础(5)
13.1平衡态(5)
13.1.1热力学系统(5)
13.1.2平衡态与热动平衡(5)
13.1.3宏观量与微观量状态参量(6)
13.1.4热力学第零定律（热平衡定律）(6)
13.2理想气体的物态方程(7)
13.2.1物态方程(7)
13.2.2气体的实验定律(8)
13.2.3理想气体理想气体物态方程(9)
13.2.4混合理想气体的物态方程(10)
13.3热力学*定律(11)
13.3.1准静态过程(11)
13.3.2内能、热量和功热力学*定律(12)
13.3.3准静态过程的功(13)
13.3.4热量和热容(14)
13.3.5功和热量的联系与差异能量守恒原理(14)
13.4理想气体的内能和热容(15)
13.4.1焦耳实验理想气体的内能(15)
13.4.2理想气体的摩尔热容迈耶公式(16)
13.5典型准静态过程(18)
13.5.1等体、等压和等温过程(18)
13.5.2绝热过程(20)
13.6循环过程卡诺循环(22)
13.6.1循环过程准静态循环过程(22)
13.6.2热机及效率(23)
13.6.3致冷机及致冷系数(25)
13.6.4卡诺循环(26)
13.7热力学第二定律(28)
13.7.1热力学第二定律的两种表述(29)
13.7.2两种表述的等效性(29)
13.7.3不可逆过程和可逆过程(30)
13.7.4热力学第二定律的统计意义和熵(31)
思考题(34)
习题(35)
第14章气体动理论(38)
14.1气体分子热运动与统计规律(38)
14.1.1对物质微观结构的基本认识(38)
14.1.2分子热运动的统计规律(39)
14.2理想气体的压强和温度(41)
14.2.1理想气体的微观模型(41)
14.2.2理想气体的压强(41)
14.2.3理想气体的温度(44)
14.3能量按自由度均分(45)
14.3.1分子运动的自由度(45)
14.3.2能量按自由度均分定理(46)
14.3.3理想气体的内能和摩尔热容(47)
14.4麦克斯韦速率分布律(49)
14.4.1分布的概念和速率分布函数(49)
14.4.2麦克斯韦速率分布函数和分布曲线(51)
14.4.3三种统计速率(52)
14.4.4麦克斯韦速率分布律的实验验证(54)
14.4.5麦克斯韦速度分布律和速率分布律(55)
14.5玻尔兹曼分布(57)
14.5.1玻尔兹曼分布律(57)
14.5.2重力场中粒子按高度的分布(58)
14.6气体分子的平均自由程(60)
14.6.1平均碰撞频率(60)
14.6.2平均自由程(61)
思考题(61)
习题(62)
第四篇振动和波动
第15章简谐振动及其描述(70)
15.1简谐振动的运动学描述(70)
15.2简谐振动的旋转矢量表示法(73)
15.3简谐振动的动力学规律(75)
15.4简谐振动的能量(78)
15.5简谐振动的合成(80)
15.6阻尼振动受迫振动共振(85)
思考题(87)
习题(87)
第16章波动学基础(90)
16.1机械波的产生和传播(90)
16.2平面简谐波的波函数(93)
16.3波的能量(96)
16.4惠更斯原理(98)
16.5波的干涉及驻波(98)
16.6声波(103)
16.7多普勒效应(104)
思考题(105)
习题(106)
第五篇波 动 光 学
第17章光的干涉(114)
17.1光的相干性(114)
17.1.1光的电磁理论(114)
17.1.2普通光源发光特点(115)
17.1.3光的相干条件(116)
17.1.4相干光的获得(116)
17.2光的相干叠加和非相干叠加(117)
17.3光程和光程差(119)
17.4分波阵面干涉——杨氏双缝干涉(121)
17.4.1杨氏双缝干涉实验(121)
17.4.2洛埃镜实验(124)
17.5分振幅干涉等厚干涉(124)
17.5.1劈尖干涉(125)
17.5.2牛顿环干涉(127)
17.6分振幅干涉等倾干涉(129)
17.6.1等倾干涉(129)
17.6.2增透膜与增反膜(132)
17.7迈克尔逊干涉仪(133)
思考题(135)
习题(135)
第18章光的衍射(137)
18.1光的衍射现象惠更斯菲涅耳原理(137)
18.1.1光的衍射现象(137)
18.1.2惠更斯菲涅尔原理(138)
18.2单缝的夫琅禾费衍射(139)
18.2.1实验装置及衍射图样(139)
18.2.2菲涅耳半波带理论及明暗条件(139)
18.2.3条纹宽度(141)
18.2.4振幅矢量法(143)
18.3光学仪器的分辨本领(145)
18.4光栅衍射(147)
18.4.1光栅及其衍射图样(147)
18.4.2光栅方程缺级现象(148)
18.4.3光栅衍射光强分布公式(151)
18.4.4光栅光谱(152)
18.5X射线衍射(154)
思考题(155)
习题(156)
第19章光的偏振(158)
19.1光的偏振状态(158)
19.1.1光的偏振现象(158)
19.1.2光的偏振态(159)
19.2起偏与检偏马吕斯定律(161)
19.2.1偏振片起偏与检偏(161)
19.2.2马吕斯定律(162)
19.3布儒斯特定律及其应用(163)
19.3.1布儒斯特定律(163)
19.3.2布儒斯特定律的应用——玻璃堆(164)
19.4双折射现象(165)
19.4.1寻常光和非寻常光(165)
19.4.2单轴晶体中o光和e光的波面(167)
19.4.3惠更斯原理在双折射现象中的应用(168)
19.4.4波片(169)
19.5椭圆偏振光和圆偏振光(170)
19.5.1圆偏振光和椭圆偏振光的描述(170)
19.5.2椭圆偏振光和圆偏振光的获得(170)
19.6偏振光的干涉(171)
19.7人工双折射(173)
19.7.1应力双折射(173)
19.7.2电光效应(174)
19.8旋光现象(175)
19.8.1旋光现象(175)
19.8.2法拉第效应(176)
思考题(178)
习题(178)
第六篇近现代物理学基础
第20章早期量子论(185)
20.1黑体辐射和普朗克能量子假设(185)
20.1.1热辐射(185)
20.1.2黑体辐射(186)
20.1.3普朗克量子假设(188)
20.2光电效应爱因斯坦的光子理论(189)
20.2.1光电效应及其实验规律(189)
20.2.2爱因斯坦光子理论（包含光的波粒二象性）(191)
20.3康普顿散射(193)
20.3.1康普顿散射及其实验规律(193)
20.3.2康普顿散射的理论解释(195)
20.4氢原子光谱玻尔氢原子理论(196)
20.4.1氢原子光谱(196)
20.4.2α粒子散射实验(198)
20.4.3玻尔氢原子理论(199)
思考题(202)
习题(202)
第21章量子力学初步(204)
21.1德布罗意波微观粒子的波粒二象性(204)
21.1.1德布罗意波(204)
21.1.2德布罗意假设的实验验证微观粒子的波粒二象性(205)
21.2不确定关系(207)
21.3波函数及其统计解释(210)
21.4薛定谔方程(212)
21.5一维定态薛定谔方程的应用(214)
21.5.1一维无限深势阱中的粒子(214)
21.5.2一维势垒中的粒子(217)
21.6一维谐振子(218)
思考题(219)
习题(220)
第22章原子中的电子(221)
22.1氢原子的量子理论(221)
22.1.1氢原子的薛定谔方程(221)
22.1.2量子化条件和量子数(222)
22.1.3电子在核外空间的概率分布(224)
22.2电子自旋(225)
22.3原子的壳层结构(228)
思考题(230)
习题(230)
第23章固体中的电子(231)
23.1固体的能带结构(231)
23.2导体绝缘体半导体(234)
23.3半导体(235)
23.3.1半导体的导电机制(235)
23.3.2本征半导体和杂质半导体(236)
思考题(238)
计算题(239)第三篇热学
第13章热力学基础(5)
13.1平衡态(5)
13.1.1热力学系统(5)
13.1.2平衡态与热动平衡(5)
13.1.3宏观量与微观量状态参量(6)
13.1.4热力学第零定律（热平衡定律）(6)
13.2理想气体的物态方程(7)
13.2.1物态方程(7)
13.2.2气体的实验定律(8)
13.2.3理想气体理想气体物态方程(9)
13.2.4混合理想气体的物态方程(10)
13.3热力学*定律(11)
13.3.1准静态过程(11)
13.3.2内能、热量和功热力学*定律(12)
13.3.3准静态过程的功(13)
13.3.4热量和热容(14)
13.3.5功和热量的联系与差异能量守恒原理(14)
13.4理想气体的内能和热容(15)
13.4.1焦耳实验理想气体的内能(15)
13.4.2理想气体的摩尔热容迈耶公式(16)
13.5典型准静态过程(18)
13.5.1等体、等压和等温过程(18)
13.5.2绝热过程(20)
13.6循环过程卡诺循环(22)
13.6.1循环过程准静态循环过程(22)
13.6.2热机及效率(23)
13.6.3致冷机及致冷系数(25)
13.6.4卡诺循环(26)
13.7热力学第二定律(28)
13.7.1热力学第二定律的两种表述(29)
13.7.2两种表述的等效性(29)
13.7.3不可逆过程和可逆过程(30)
13.7.4热力学第二定律的统计意义和熵(31)
思考题(34)
习题(35)
第14章气体动理论(38)
14.1气体分子热运动与统计规律(38)
14.1.1对物质微观结构的基本认识(38)
14.1.2分子热运动的统计规律(39)
14.2理想气体的压强和温度(41)
14.2.1理想气体的微观模型(41)
14.2.2理想气体的压强(41)
14.2.3理想气体的温度(44)
14.3能量按自由度均分(45)
14.3.1分子运动的自由度(45)
14.3.2能量按自由度均分定理(46)
14.3.3理想气体的内能和摩尔热容(47)
14.4麦克斯韦速率分布律(49)
14.4.1分布的概念和速率分布函数(49)
14.4.2麦克斯韦速率分布函数和分布曲线(51)
14.4.3三种统计速率(52)
14.4.4麦克斯韦速率分布律的实验验证(54)
14.4.5麦克斯韦速度分布律和速率分布律(55)
14.5玻尔兹曼分布(57)
14.5.1玻尔兹曼分布律(57)
14.5.2重力场中粒子按高度的分布(58)
14.6气体分子的平均自由程(60)
14.6.1平均碰撞频率(60)
14.6.2平均自由程(61)
思考题(61)
习题(62)
第四篇振动和波动
第15章简谐振动及其描述(70)
15.1简谐振动的运动学描述(70)
15.2简谐振动的旋转矢量表示法(73)
15.3简谐振动的动力学规律(75)
15.4简谐振动的能量(78)
15.5简谐振动的合成(80)
15.6阻尼振动受迫振动共振(85)
思考题(87)
习题(87)
第16章波动学基础(90)
16.1机械波的产生和传播(90)
16.2平面简谐波的波函数(93)
16.3波的能量(96)
16.4惠更斯原理(98)
16.5波的干涉及驻波(98)
16.6声波(103)
16.7多普勒效应(104)
思考题(105)
习题(106)
第五篇波 动 光 学
第17章光的干涉(114)
17.1光的相干性(114)
17.1.1光的电磁理论(114)
17.1.2普通光源发光特点(115)
17.1.3光的相干条件(116)
17.1.4相干光的获得(116)
17.2光的相干叠加和非相干叠加(117)
17.3光程和光程差(119)
17.4分波阵面干涉——杨氏双缝干涉(121)
17.4.1杨氏双缝干涉实验(121)
17.4.2洛埃镜实验(124)
17.5分振幅干涉等厚干涉(124)
17.5.1劈尖干涉(125)
17.5.2牛顿环干涉(127)
17.6分振幅干涉等倾干涉(129)
17.6.1等倾干涉(129)
17.6.2增透膜与增反膜(132)
17.7迈克尔逊干涉仪(133)
思考题(135)
习题(135)
第18章光的衍射(137)
18.1光的衍射现象惠更斯菲涅耳原理(137)
18.1.1光的衍射现象(137)
18.1.2惠更斯菲涅尔原理(138)
18.2单缝的夫琅禾费衍射(139)
18.2.1实验装置及衍射图样(139)
18.2.2菲涅耳半波带理论及明暗条件(139)
18.2.3条纹宽度(141)
18.2.4振幅矢量法(143)
18.3光学仪器的分辨本领(145)
18.4光栅衍射(147)
18.4.1光栅及其衍射图样(147)
18.4.2光栅方程缺级现象(148)
18.4.3光栅衍射光强分布公式(151)
18.4.4光栅光谱(152)
18.5X射线衍射(154)
思考题(155)
习题(156)
第19章光的偏振(158)
19.1光的偏振状态(158)
19.1.1光的偏振现象(158)
19.1.2光的偏振态(159)
19.2起偏与检偏马吕斯定律(161)
19.2.1偏振片起偏与检偏(161)
19.2.2马吕斯定律(162)
19.3布儒斯特定律及其应用(163)
19.3.1布儒斯特定律(163)
19.3.2布儒斯特定律的应用——玻璃堆(164)
19.4双折射现象(165)
19.4.1寻常光和非寻常光(165)
19.4.2单轴晶体中o光和e光的波面(167)
19.4.3惠更斯原理在双折射现象中的应用(168)
19.4.4波片(169)
19.5椭圆偏振光和圆偏振光(170)
19.5.1圆偏振光和椭圆偏振光的描述(170)
19.5.2椭圆偏振光和圆偏振光的获得(170)
19.6偏振光的干涉(171)
19.7人工双折射(173)
19.7.1应力双折射(173)
19.7.2电光效应(174)
19.8旋光现象(175)
19.8.1旋光现象(175)
19.8.2法拉第效应(176)
思考题(178)
习题(178)
第六篇近现代物理学基础
第20章早期量子论(185)
20.1黑体辐射和普朗克能量子假设(185)
20.1.1热辐射(185)
20.1.2黑体辐射(186)
20.1.3普朗克量子假设(188)
20.2光电效应爱因斯坦的光子理论(189)
20.2.1光电效应及其实验规律(189)
20.2.2爱因斯坦光子理论（包含光的波粒二象性）(191)
20.3康普顿散射(193)
20.3.1康普顿散射及其实验规律(193)
20.3.2康普顿散射的理论解释(195)
20.4氢原子光谱玻尔氢原子理论(196)
20.4.1氢原子光谱(196)
20.4.2α粒子散射实验(198)
20.4.3玻尔氢原子理论(199)
思考题(202)
习题(202)
第21章量子力学初步(204)
21.1德布罗意波微观粒子的波粒二象性(204)
21.1.1德布罗意波(204)
21.1.2德布罗意假设的实验验证微观粒子的波粒二象性(205)
21.2不确定关系(207)
21.3波函数及其统计解释(210)
21.4薛定谔方程(212)
21.5一维定态薛定谔方程的应用(214)
21.5.1一维无限深势阱中的粒子(214)
21.5.2一维势垒中的粒子(217)
21.6一维谐振子(218)
思考题(219)
习题(220)
第22章原子中的电子(221)
22.1氢原子的量子理论(221)
22.1.1氢原子的薛定谔方程(221)
22.1.2量子化条件和量子数(222)
22.1.3电子在核外空间的概率分布(224)
22.2电子自旋(225)
22.3原子的壳层结构(228)
思考题(230)
习题(230)
第23章固体中的电子(231)
23.1固体的能带结构(231)
23.2导体绝缘体半导体(234)
23.3半导体(235)
23.3.1半导体的导电机制(235)
23.3.2本征半导体和杂质半导体(236)
思考题(238)
计算题(239)