六大思想构建物理学·第3卷

内容概要

托马斯　A. 摩尔，1976年毕业于卡尔顿学院。由于成绩优异而获得了当年的丹佛斯奖学金，并在这笔奖学金的资助下，开始了在耶鲁大学的研究生学习，于1981年获得博士学位。毕业后，摩尔先后在卡尔顿学院和路德学院从事教学工作，并于1987年加入波莫纳学院。1991年，摩尔获得了波莫纳学院的威戈优异教学奖。1987年到1995年间，摩尔是美国大学基础物理课程项目（IUPP）指导委员会成员。本书的编纂即来源于他于1989年为该委员会所开设的一个示范课程。该委员会从所有成果中选择了四个项目来进一步发展和实验，摩尔的这个示范课程就是其中之一。

摩尔发表了很多有关引力波的天体物理源、引力波的探测、物理教学新方法等方面的论文，以及一本有关狭义相对论的书——《时空旅行指南》（麦格劳－希尔出版公司出版，1995年）。他还担任了《美国物理学杂志》的审稿人和副主编。他目前和他的妻子、两个上大学的女儿一起居住在加利福尼亚州的克莱蒙特镇。除教学之外，摩尔还从事相对论天体物理方面的研究和写作。他很喜欢阅读、徒步旅行、斯库巴潜水、在成人教会学校讲授希伯来圣经、跳舞和演奏传统的爱尔兰小提琴音乐等。

书籍目录

前言

《六大思想构建物理学》要目

作者简介

Q单元

T单元

Preface

Table of Contents for Six Ideas That Shaped Physics

About the Author

Unit Q

Unit T

关于Q单元的几点说明（中文）

学生学习指导（英文）

第Q1章

驻波10

本章概览10

Q1.1 单位介绍12

Q1.2 声波和应力波13

Q1.3 叠加原理14

Q1.4 反射15

Q1.5 驻波17

Q1.6 傅里叶定理21

Q1.7 共振22

两分钟测试25

习题25

习题答案28

第Q2章

光的波动性30

本章概览30

Q2.1 双缝干涉32

Q2.2 光的双缝干涉36

Q2.3 衍射39

Q2.4 光学分辨率44

两分钟测试46

习题47

习题答案50

第Q3章

光的粒子性52

本章概览52

Q3.1 光电效应54

Q3.2 理想化的光电实验54

Q3.3 波动模型的预期56

Q3.4 与实际情况的矛盾58

Q3.5 光的光子模型59

Q3.6 单个光子的探测63

两分钟测试64

习题65

习题答案66

第Q4章

物质的波动性68

本章概览68

Q4.1 亚原子粒子70

Q4.2 德布罗意假设71

Q4.3 电子束的制备72

Q4.4 戴维荪-革末实验74

Q4.5 电子的干涉76

Q4.6 物质波77

两分钟测试82

习题82

习题答案84

第Q5章

物质的量子性86

本章概览86

Q5.1 是粒子还是波？88

Q5.2 单量子干涉88

Q5.3 蕴含的意义91

Q5.4 探寻轨迹的无希望努力92

Q5.5 自旋实验93

Q5.6 复数97

两分钟测试100

习题102

习题答案104

第Q6章

波函数106

本章概览106

Q6.1 量子力学游戏108

Q6.2 规则109

Q6.3 波函数114

Q6.4 对双缝干涉实验的解释118

Q6.5 波函数的坍缩120

两分钟测试122

习题123

习题答案126

第Q7章

束缚系统128

本章概览128

Q7.1 束缚系统介绍130

Q7.2 能量本征函数131

Q7.3 盒子中的量子132

Q7.4 谐振子135

Q7.5 氢原子的玻尔模型137

两分钟测试140

习题141

习题答案143

第Q8章

光谱144

本章概览144

Q8.1 能级图146

Q8.2 光子的自发发射147

Q8.3 谱线147

Q8.4 吸收线150

Q8.5 自旋的物理152

Q8.6 泡利不相容原理157

两分钟测试159

习题160

习题答案163

第Q9章

了解原子166

本章概览166

Q9.1 径向和角向波168

Q9.2 元素周期表172

Q9.3 选择定则174

Q9.4 受激发射和激光177

两分钟测试179

习题180

习题答案181

第Q10章

薛定谔方程182

本章概览182

Q10.1 德布罗意关系的推广184

Q10.2 局域波长185

Q10.3 薛定谔方程的建立187

Q10.4 薛定谔方程的求解188

Q10.5 数值方法191

Q10.6 利用SchroSolver程序193

两分钟测试196

习题197

习题答案198

第Q11章

能量本征函数200

本章概览200

Q11.1 能量本征函数如何弯折202

Q11.2 为什么束缚态能量是量子化的204

Q11.3 隧穿207

Q11.4 草画能量本征函数210

Q11.5 共价键212

两分钟测试214

习题215

习题答案218

第Q12章

原子核介绍220

本章概览220

Q12.1 原子核结构介绍222

Q12.2 原子核的大小223

Q12.3 强相互作用225

Q12.4 结合能和质量226

Q12.5 有关原子核稳定的问题230

Q12.6 对放射性的历史回顾231

两分钟测试233

习题233

习题答案235

第Q13章

稳定的和不稳定的原子核236

本章概览236

Q13.1 弱相互作用238

Q13.2 为什么239

Q13.3 为什么对大原子核241

Q13.4 结合能中的经典项242

Q13.5 不对称项244

Q13.6 与实际的对比246

两分钟测试248

习题249

习题答案250

第Q14章

放射性252

本章概览252

Q14.1 β衰变254

Q14.2 α衰变257

Q14.3 γ衰变261

Q14.4 对指数和对数的评注261

Q14.5 衰变速率263

两分钟测试267

习题268

习题答案270

第Q15章

核技术272

本章概览272

Q15.1 辐射的穿透能力274

Q15.2 辐射的生物效应275

Q15.3 放射性物质的应用277

Q15.4 核能简介278

Q15.5 裂变280

Q15.6 聚变285

两分钟测试288

习题288

习题答案290

专业术语291

符号及其含义299

关于T单元的几点说明（中文）

学生学习指导（英文）

第T1章

温度308

本章概览308

T1.1 单位介绍310

T1.2 不可逆过程310

T1.3 热过程范例313

T1.4 温度和平衡314

T1.5 温度计315

T1.6 温度和热能320

两分钟测试321

习题322

习题答案325

第T2章

理想气体326

本章概览326

T2.1 理想气体的微观模型328

T2.2 温度和能量332

T2.3 分子速度和布朗运动334

T2.4 气体的热能336

T2.5 固体和液体338

T2.6 小结339

两分钟测试340

习题340

习题答案343

第T3章

气体状态过程344

本章概览344

T3.1 热和功的评述346

T3.2 压缩和膨胀时的功348

T3.3 气体状态350

T3.4 图和约束过程351

T3.5 功的计算352

T3.6 绝热过程356

两分钟测试359

习题360

习题答案363

第T4章

宏观态和微观态364

本章概览364

T4.1 宏观态与微观态的区分366

T4.2 固体的爱因斯坦模型367

T4.3 计数微观态369

T4.4 热接触的两个爱因斯坦固体372

T4.5 基本假设373

T4.6 利用StatMeth程序374

两分钟测试377

习题378

习题答案380

第T5章

热力学第二定律382

本章概览382

T5.1 当系统变大时会发生什么？384

T5.2 爱因斯坦固体的不可逆性385

T5.3 普遍的不可逆性390

T5.4 熵的定义391

T5.5 热力学第二定律393

T5.6 熵和无序394

两分钟测试396

习题397

习题答案399

第T6章

温度和熵400

本章概览400

T6.1 温度的定义402

T6.2 与以前定义的一致性404

T6.3 一个金融学类比406

T6.4 玻尔兹曼因子407

T6.5 一些简单应用411

两分钟测试414

习题414

习题答案417

第T7章

解开未解之谜418

本章概览418

T7.1 麦克斯韦-玻尔兹曼分布420

T7.2 计数速度态424

T7.3 一个量子体系的平均能量426

T7.4 对爱因斯坦固体的应用428

T7.5 气体分子中储存的能量431

两分钟测试434

习题435

习题答案439

第T8章

熵变化的计算440

本章概览440

T8.1 单原子气体的熵442

T8.2 熵对体积的依赖445

T8.3 熵变化的一个普遍表示446

T8.4 恒温过程448

T8.5 温度变化时的处理方法451

T8.6 非准静态过程453

两分钟测试456

习题456

习题答案458

第T9章

热机460

本章概览460

T9.1 理想热机是不可能的462

T9.2 实际热机463

T9.3 热机的效率465

T9.4 推论468

T9.5 制冷机470

T9.6 卡诺循环474

两分钟测试477

习题478

习题答案482

专业术语483

元素周期表487

符号及其含义488

作者简介

本书是对大学物理是课程重新设置的一个尝试，它突破了基础物理课程以“编年史”介绍的教学模式，采用了一个全新的教学理念来讲授物理学，即按照物理学发展过程中不可替代的六个重大物理思想来介绍物理学，突出了物理学的骨架，这种做法适应目前物理学科的发展，可以解决由于物理学学科的发展引起的知识量剧增和物理教育在选择教学内容时无从下手的困难。毫无疑问，这种突出物理学理论“骨架”的物理教学方法，无疑是以后物理课程教学改革的一个方向，用这种方法来处理物理学的教学内容，可以克服学生对入学后感到自己所学习的物理学都是过去二三百年的物理知识，没有新鲜感的问题。如本书介绍了各种各样的能量和守恒定律，虽然讲的都是牛顿力学为主的内容，但给人一种耳目一新的感觉，让人感到牛顿力学不单单是处理简单的运动问题，学生的视野一下子扩展到了多个领域，把传统的热学、化学等方面的问题拿到一块讲，做到了很好的融合。

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