李元成，中国石油大学（华东）教授，博士生导师，大学物理精品课程负责人。 钟寿仙，中国石油大学（北京）教授，物理研究所所长，著有《大学物理解题方法》等著作多部。 张静，长江大学副教授，博士，从事大学物理教学工作，具有丰富的教学经验。

前言
第三篇 波动和光学 1
第9章 振动 2
引言 2
9.1 简谐振动 3
9.1.1 简谐振动的特征和运动方程 3
9.1.2 描述简谐振动的物理量 5
9.1.3 简谐振动的旋转矢量表示法 9
9.1.4 简谐振动的能量 11
9.2 简谐振动的合成 13
9.2.1 同方向简谐振动的合成 13
9.2.2 两个相互垂直的简谐振动的合成 18
9.3 简谐振动的分解 21
9.4 阻尼振动 受迫振动 共振 电磁振荡
22
9.4.1 阻尼振动 22
9.4.2 受迫振动 24
9.4.3 共振 25
9.4.4 电磁振荡 27
9.5 非线性振动 混沌 28
9.5.1 非线性振动 28
9.5.2 混沌 31
本章提 要 32
思考题9 32
基础训练习题9 33
综合能力和知识拓展与应用训练题 35
阅读材料—振动采油技术简介 36
第10章 波动 38
引言 38
10.1 机械波的产生和传播 39
10.1.1 机械波的形成 39
10.1.2 描述波动的物理量 40
10.2 平面简谐波 42
10.2.1 平面简谐波的波函数 42
10.2.2 波函数的物理意义 44
10.2.3 波动微分方程 47
10.3 波的能量 47
10.3.1 波动能量的传播 47
10.3.2 能流和能流密度 49
10.4 声波 超声波 次声波 50
10.4.1 声波 50
*10.4.2 超声波和次声波 52
10.5 电磁波 53
10.5.1 电磁波的产生和传播 53
10.5.2 电磁波的性质 54
10.5.3 电磁波的能量 56
10.5.4 电磁波谱 57
10.6 波的叠加原理 波的干涉 59
10.6.1 波的叠加原理 59
10.6.2 波的干涉 59
10.6.3 驻波 62
10.7 波的衍射 反射 折射 67
10.7.1 惠更斯原理 67
10.7.2 波的衍射 68
10.7.3 波的反射和折射 68
10.8 多普勒效应 70
10.9 冲击波 72
本章提要 73
思考题10 74
基础训练习题10 74
综合能力和知识拓展与应用训练题 78
阅读材料—声波在油田中的主要应用 79
第11章 波动光学 82
引言 82
11.1 光的相干性 光程 85
11.1.1 光源 85
11.1.2 光的单色性 86
11.1.3 光的相干性及相干光的获得 86
11.1.4 光程 光程差 88
11.1.5 薄透镜不产生附加光程差 90
11.1.6 明暗干涉条纹产生的条件 90
11.2 杨氏双缝干涉实验 菲涅耳双面镜 劳埃
德镜 90
11.2.1 杨氏双缝干涉实验 90
11.2.2 菲涅耳双面镜 93
11.2.3 劳埃德镜 93
11.3 薄膜干涉 95
11.3.1 薄膜干涉的基本原理 95
11.3.2 等倾干涉 96
11.3.3 增反膜与增透膜 97
11.3.4 等厚干涉 99
11.3.5 迈克耳孙干涉仪 104
11.4 单缝衍射和圆孔衍射 106
11.4.1 惠更斯-菲涅耳原理 106
11.4.2 单缝的夫琅禾费衍射 108
11.4.3 圆孔的夫琅禾费衍射 112
11.4.4 光学仪器的分辨率 113
11.5 光栅衍射 115
11.5.1 光栅 116
11.5.2 光栅衍射实验 116
11.5.3 X射线衍射 122
11.6 光的偏振 124
11.6.1 光的偏振态 124
11.6.2 偏振片 马吕斯定律 126
11.6.3 布儒斯特定律 129
11.7 光的双折射现象 130
11.7.1 双折射现象 130
11.7.2 偏振棱镜 131
11.8 偏振光的干涉 人工双折射现象 旋光
现象 132
11.8.1 椭圆偏振光和圆偏振光的获得 132
11.8.2 偏振光的干涉 134
11.8.3 人工双折射现象 135
11.8.4 旋光现象 137
本章提要 138
思考题11 139
基础训练习题11 140
综合能力和知识拓展与应用训练题 146
阅读材料—光纤光栅传感器在石油行业中的
应用 148
第四篇 热学 149
第12章 气体动理论 150
引言 150
12.1 基本概念 152
12.1.1 物质的微观结构模型 152
12.1.2 理想气体的微观结构模型 152
12.1.3 宏观量和微观量 153
12.1.4 统计规律和统计平均值 153
12.1.5 状态参量 154
12.1.6 平衡态 准静态过程 154
12.1.7 统计假设 155
12.1.8 理想气体状态方程 155
12.2 理想气体的压强和温度的微观解释 157
12.2.1 理想气体的压强公式及其统计
意义 157
12.2.2 理想气体的温度公式及其微观
意义 159
12.2.3 理想气体分子的方均根速率 159
12.3 能量按自由度均分定理 理想气体的内
能 161
12.3.1 自由度 161
12.3.2 能量按自由度均分定理 162
12.3.3 理想气体的内能 163
12.4 麦克斯韦分布律 165
12.4.1 速率分布函数 165
12.4.2 麦克斯韦速率分布律 165
12.4.3 三种统计速率 167
12.4.4 麦克斯韦速度分布律 169
12.5 玻尔兹曼分布律 170
12.5.1 玻尔兹曼分布律的内容 170
12.5.2 重力场中大气密度与压强按高度的
分布 171
12.6 气体分子的平均碰撞频率和 平均自
由程 172
*12.7 气体输运现象 174
12.7.1 黏滞现象 175
12.7.2 热传导现象 176
12.7.3 扩散现象 177
*12.8 真实气体 范德瓦尔斯方程 178
本章提要 182
思考题12 183
基础训练习题12 184
综合能力和知识拓展与应用训练题 187
阅读材料—工程应用中应用较广的状态
方程 187
第13章 热力学基础 189
引言 189
13.1 热力学第一定律 190
13.1.1 内能 190
13.1.2 功 190
13.1.3 热量 191
13.1.4 热力学第一定律的内容 192
13.2 热力学第一定律的应用 193
13.2.1 等体过程 193
13.2.2 等压过程 194
13.2.3 理想气体的摩尔定容热容和摩尔定
压热容 195
13.2.4 等温过程 198
13.2.5 绝热过程 199
*13.2.6 多方过程 201
13.3 循环过程 卡诺循环 204
13.3.1 循环过程 204
13.3.2 卡诺循环 205
13.4 热力学第二定律 210
13.4.1 自发过程的方向性 210
13.4.2 热力学第二定律的内容 211
13.4.3 可逆过程和不可逆过程 212
*13.4.4 卡诺定理 213
13.4.5 热力学第二定律的统计意义 214
13.5 熵 熵增加原理 216
13.5.1 熵 216
13.5.2 熵增加原理 217
*13.5.3 克劳修斯熵及其计算 218
本章提要 220
思考题13 221
基础训练习题13 221
综合能力和知识拓展与应用训练题 224
阅读材料—化工热力学简介 225
第五篇 近代物理 227
第14章 狭义相对论 228
引言 228
14.1 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换 229
14.1.1 狭义相对论的基本原理 229
14.1.2 洛伦兹变换 231
14.1.3 相对论速度变换 234
14.2 狭义相对论的时空观 236
14.2.1 同时的相对性 237
14.2.2 时间膨胀效应 238
14.2.3 长度收缩效应 240
14.3 狭义相对论动力学 242
14.3.1 相对论质量与动量 242
14.3.2 相对论动力学基本方程 244
14.3.3 相对论能量 245
本章提要 249
思考题14 250
基础训练习题14 251
综合能力和知识拓展与应用训练题 253
阅读材料—相对论离我们远吗 255
第15章 量子物理 257
引言 257
15.1 黑体辐射 普朗克量子假说 259
15.1.1 热辐射 259
15.1.2 黑体 黑体辐射 260
15.1.3 普朗克量子假说 263
15.2 光电效应 爱因斯坦光子理论 264
15.2.1 光电效应的实验规律 264
15.2.2 爱因斯坦的光子理论 265
15.3 康普顿效应 光的波粒二象性 267
15.3.1 康普顿效应的实验规律 267
15.3.2 康普顿效应的量子解释 268
15.3.3 光的波粒二象性 270
15.4 氢原子光谱 玻尔的氢原子理论 271
15.4.1 氢原子光谱 271
15.4.2 经典物理遇到的困难 272
15.4.3 玻尔的氢原子理论 273
15.4.4 氢原子轨道半径和能量的计算 273
15.4.5 氢原子光谱的能级公式 275
15.4.6 玻尔氢原子理论的缺陷 275
15.5 德布罗意波 不确定关系 277
15.5.1 德布罗意波 277
15.5.2 德布罗意波的实验验证 278
15.5.3 不确定关系 279
15.6 波函数及其统计解释 282
15.6.1 波函数的概念 282
15.6.2 波函数的统计解释 283
15.7 薛定谔方程 285
15.7.1 一维自由粒子的运动方程 285
15.7.2 一维粒子的薛定谔方程 286
15.7.3 三维情况下的薛定谔方程 287
15.8 定态薛定谔方程的简单应用 288
15.8.1 一维无限深势阱 288
15.8.2 一维势垒 隧道效应 290
15.9 氢原子 291
15.9.1 能量量子化 292
15.9.2 角动量量子化 292
15.9.3 角动量的空间量子化 292
15.9.4 电子的波函数 293
15.10 电子的自旋 原子的壳层结构 294
15.10.1 施特恩-格拉赫实验 294
15.10.2 电子的自旋 295
15.10.3 四个量子数 297
15.10.4 原子的壳层结构 297
本章提要 299
思考题15 300
基础训练习题15 301
综合能力和知识拓展与应用训练题 303
阅读材料（一）—量子纠缠 304
阅读材料（二）—量子化学 306
第16章 激光和固体物理简介 309
引 言 309
16.1 激光简介 310
16.1.1 受激吸收 受激辐射 自发辐射 310
16.1.2 产生激光的条件 314
16.1.3 激光器 317
16.1.4 激光的特性和应用 321
16.2 固体物理简介 323
16.2.1 晶体 晶体结构 324
16.2.2 能带 327
16.2.3 导体 半导体和绝缘体的能带
结构 330
16.2.4 本征半导体与杂质半导体 331
16.2.5 半导体器件原理 334
16.2.6 半导体技术的应用前景 338
本章提要 341
思考题16 342
基础训练习题16 342
综合能力和知识拓展与应用训练题 343
阅读材料—激光在石油地质方面的应用 344
第17章 原子核物理和粒子物理简介 347
引言 347
17.1 原子核的基本性质 348
17.1.1 原子核的组成 348
17.1.2 原子核的大小 349
17.1.3 原子核的自旋与磁矩 350
17.2 核力和核模型 351
17.2.1 核力的性质 351
17.2.2 原子核模型 352
17.3 原子核的衰变 353
17.3.1 天然放射性现象 353
17.3.2 原子核的衰变规律 354
17.3.3 放射性衰变规律的应用 356
17.4 射线对人体的影响及其防护 357
17.4.1 射线的生物效应 357
17.4.2 辐射剂量 357
17.4.3 辐射的防护 358
17.4.4 放射性同位素的应用 359
17.5 原子核的结合能 裂变和聚变 360
17.5.1 原子核的质量亏损 360
17.5.2 原子核的结合能 361
17.5.3 核反应过程中的守恒定律 362
17.5.4 重核裂变及其应用 363
17.5.5 轻核的聚变及其应用 366
17.6 粒子物理简介 367
17.6.1 粒子的发现 367
17.6.2 粒子的分类 368
17.6.3 守恒定律 369
17.6.4 强子结构的夸克模型 370
本章提要 372
思考题17 373
基础训练习题17 373
阅读材料—核电技术简介 374
专题选讲：几何光学 378
附录
附录A 常用基本物理量 396
附录B 国际单位制 396
附录C 希 腊 字 母 398
附录D 物理量及其单位的名称和符号 398
参考文献 402