理論物理基礎(chǔ)教程

前言

20世紀(jì)中葉以后，隨著物理學(xué)的迅速發(fā)展，在普通高等學(xué)校本科教學(xué)中，綜合性的“理論物理”課程被分成四門(mén)：《理論力學(xué)》，《電動(dòng)力學(xué)》，《熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理》，《量子力學(xué)》．學(xué)生再也見(jiàn)不到作為一門(mén)統(tǒng)一學(xué)科的《理論物理》．“四大力學(xué)”之間的本質(zhì)聯(lián)系，不同“力學(xué)”的統(tǒng)一物理思想、處理問(wèn)題的統(tǒng)一方法，不能充分反映出來(lái)．為克服上述弊端，20世紀(jì)八十年代前后，國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了一些統(tǒng)一的大學(xué)“理論物理”教材，如美國(guó)E．G．Harris著《Introduction to modei。n theoretical physics》，北京大學(xué)彭恒武，徐錫中著《理論物理基礎(chǔ)》等．這些教材的共同特點(diǎn)是“充分注意到理論物理的統(tǒng)一性”(彭恒武)，使學(xué)生“對(duì)物理學(xué)的統(tǒng)一性獲得更深的理解”(E．G．Harris)．隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，理論物理已成為不僅是理科而且是許多工科專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課程．1985年理科教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)《理論物理》教材編審小組蘭州會(huì)議指出，為適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和理論物理教學(xué)改革的趨勢(shì)，迫切需要一本統(tǒng)一的理論物理教材，它應(yīng)克服分別開(kāi)設(shè)“四大力學(xué)”互不通氣的毛病，具有物理思想一貫，系統(tǒng)風(fēng)格一致的特點(diǎn)．根據(jù)這一精神，我們于1986年編寫(xiě)出版了《理論物理簡(jiǎn)明教程》．《簡(jiǎn)明教程》從1986年至1995年一直在華中師范大學(xué)物理系本科教學(xué)中使用，并被一些兄弟院校的物理專(zhuān)業(yè)本科及某些非物理專(zhuān)業(yè)，如“應(yīng)用力學(xué)”、“應(yīng)用數(shù)學(xué)和系統(tǒng)工程”、“電子工程”、“自動(dòng)控制”、“材料科學(xué)”等專(zhuān)業(yè)的研究生教學(xué)中多次采用．1996年經(jīng)國(guó)家教委批準(zhǔn)，在華中師范大學(xué)設(shè)立了“國(guó)家理科(物理學(xué))基礎(chǔ)科學(xué)研究和教學(xué)人才培養(yǎng)基地”．為適應(yīng)基地班的教學(xué)，我們對(duì)原《簡(jiǎn)明教程》進(jìn)行了重大修改，更名為《理論物理基礎(chǔ)教程》．在基地班的教學(xué)中連續(xù)試用五屆．根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)反復(fù)修訂，重印三次，成為現(xiàn)在這本書(shū)．我們的目標(biāo)不是為非物理專(zhuān)業(yè)提供一個(gè)水平較低、時(shí)數(shù)較少的四門(mén)“力學(xué)”的合訂本；而是為克服四大力學(xué)分別開(kāi)設(shè)的弊端，用統(tǒng)一的物理思想、統(tǒng)一的演繹方法；注意前后呼應(yīng)、相互滲透、綜合運(yùn)用；將理論物理在一個(gè)較高的水平上，作為一個(gè)整體，介紹給物理專(zhuān)業(yè)本科學(xué)生及某些需要理論物理知識(shí)較多的非物理專(zhuān)業(yè)研究生．

內(nèi)容概要

　　《理論物理基礎(chǔ)教程》的目的是按照物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式，從低速到高速、從宏觀到微觀、從單體到多體，對(duì)當(dāng)前人們所認(rèn)識(shí)到的理論物理的基本規(guī)律和基本方法作一個(gè)初步的系統(tǒng)介紹。《理論物理基礎(chǔ)教程》的第一篇是分析力學(xué)，第二、三、四篇是電動(dòng)力學(xué)，五、六篇是量子力學(xué)，第七篇至第十篇是平衡和非平衡統(tǒng)計(jì)物理及統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)，全書(shū)是一個(gè)完整的整體，各部分之間相互滲透、相互呼應(yīng)、相互引用，是一本完整的教材，在教師恰當(dāng)?shù)奶幚硐?，也可以選用其中一部分，書(shū)中一些打星號(hào)的內(nèi)容，在教學(xué)時(shí)數(shù)不夠的情況下可以略去，不致影響后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

書(shū)籍目錄

第一篇 低速宏觀物體的運(yùn)動(dòng)第一章 低速宏觀運(yùn)動(dòng)的基本原理§1.1.1 無(wú)約束質(zhì)點(diǎn)的拉格朗日方程§1.1.2 有約束情況下的拉格朗日方程§1.1.3 最小作用量原理§1.1.4 伽利略相對(duì)性原理 自由質(zhì)點(diǎn)的拉格朗日函數(shù)習(xí)題第二章 守恒律§1.2.1 動(dòng)量和能量§1.2.2 守恒律與對(duì)稱(chēng)性的關(guān)系§1.2.3 質(zhì)點(diǎn)組的動(dòng)量、能量與角動(dòng)量 質(zhì)心 習(xí)題第三章 有心力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)§1.3.1 二體問(wèn)題 約化質(zhì)量§1.3.2 有心力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的一般分析§1.3.3 平方反比引力 開(kāi)普勒問(wèn)題§1.3.4 碰撞與散射習(xí)題第四章 微振動(dòng)§1.4.1 無(wú)阻尼的微振動(dòng)§1.4.2 阻尼振動(dòng) 共振§1.4.3 多自由度的耦合振動(dòng)習(xí)題第五章 剛體的運(yùn)動(dòng)§1.5.1 剛體的角速度、角動(dòng)量與轉(zhuǎn)動(dòng)能量§1.5.2 剛體的運(yùn)動(dòng)方程 §1.5.3 非慣性系中的運(yùn)動(dòng)習(xí)題第六章 低速宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律的正則形式§1.6.1 哈密頓方程§1.6.2 守恒律 泊松括號(hào)§1.6.3 正則變換*§1.6.4 作為坐標(biāo)和時(shí)間函數(shù)的作用量 哈密頓雅可比方程習(xí)題第二篇 高速運(yùn)動(dòng)的規(guī)律第一章 狹義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和基本原理§2.1.1 邁克耳孫－莫雷實(shí)驗(yàn)§2.1.2 相對(duì)論的基本原理 習(xí)題第二章 相對(duì)論的時(shí)空理論§2.2.1 間隔 相對(duì)論的時(shí)空結(jié)構(gòu)§2.2.2相對(duì)論的時(shí)空坐標(biāo)變換公式§2.2.3相對(duì)論的速度變換公式§2.2.4 相對(duì)論的時(shí)空性質(zhì)*§2.2.5 相對(duì)論時(shí)空理論的若干應(yīng)用§2.2.6 四維協(xié)變量及方程的協(xié)變性習(xí)題第三章 高速粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律§2.3.1 相對(duì)論力學(xué)的基本方程§2.3.2 高速運(yùn)動(dòng)粒子的守恒定律§2.3.3 電磁場(chǎng)中的帶電粒子習(xí)題第四章 電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律§2.4.1電磁規(guī)律的三維表述§2.4.2 電磁場(chǎng)的邊值關(guān)系§2.4.3電磁場(chǎng)的守恒定律§2.4.4電磁規(guī)律的四維表述習(xí)題第三篇 電磁場(chǎng)第一章 靜電場(chǎng)§3.1.1 靜電勢(shì) 靜電問(wèn)題的唯一性定理§3.1.2 分離變量法§3.1.3 電象法§3.1.4 格林函數(shù)法§3.1.5 電多極矩法§3.1.6 靜電場(chǎng)的能量 電荷體系與外電場(chǎng)的相互作用習(xí)題第二章 靜磁場(chǎng)§3.2.1 矢勢(shì) 靜磁問(wèn)題的唯一性定理§3.2.2 磁標(biāo)勢(shì)§3.2.3 磁多極子§3.2.4 靜磁場(chǎng)的能量　電流分布與靜磁場(chǎng)的相互作用§3.2.5 超導(dǎo)體的電磁性質(zhì)習(xí)題第三章　電磁波的傳播§3.3.1 平面電磁波§3.3.2 電磁波在介質(zhì)分界面的反射與折射§3.3.3 電磁波在導(dǎo)體中的傳播§3.3.4 諧振腔§3.3.5 波導(dǎo)管習(xí)題第四篇 電荷體系與電磁場(chǎng)的相互作用第一章 宏觀電荷體系輻射的電磁場(chǎng)§4.1.1 電磁勢(shì)的場(chǎng)方程 推遲勢(shì)§4.1.2 電偶極輻射習(xí)題第二章　運(yùn)動(dòng)帶電粒子與電磁場(chǎng)的相互作用§4.2.1 運(yùn)動(dòng)帶電粒子的勢(shì)和輻射的電磁場(chǎng)§4.2.2 軔致輻射與同步輻射§4.2.3 切連科夫輻射§4.2.4 帶電粒子的電磁場(chǎng)對(duì)粒子本身的反作用§4.2.5 電磁波的散射、吸收和色散習(xí)題第五篇　微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律第一章　微觀粒子狀態(tài)的描述§5.1.1　光的粒子性§5.1.2粒子的波動(dòng)性　波函數(shù)習(xí)題第二章　力學(xué)量的算符§5.2.1 測(cè)量結(jié)果的期望值　用算符表示力學(xué)量§5.2.2 測(cè)量結(jié)果的概率分布　算符的本征值與本征函數(shù)§5.2.3 力學(xué)量的完全組　算符的對(duì)易關(guān)系§5.2.4 不確定關(guān)系習(xí)題第三章　運(yùn)動(dòng)方程和守恒律§5.3.1 薛定諤方程§5.3.2 力學(xué)量對(duì)時(shí)間導(dǎo)數(shù)的算符　量子泊松括號(hào)　正則量子化§5.3.3 對(duì)稱(chēng)性與守恒律習(xí)題第四章　量子力學(xué)的表述形式§5.4.1 希爾伯特空間§5.4.2 態(tài)矢量和算符§5.4.3 表象和表象變換§5.4.4 算符對(duì)易關(guān)系的確定§5.4.5 諧振子的占有數(shù)表象§5.4.6 角動(dòng)量的矩陣表示§5.4.7 薛定諤繪景和海森伯繪景§5.4.8 用密度矩陣表示量子態(tài)習(xí)題第五章　多粒子系統(tǒng)　全同性原理§5.5.1 全同性原理§5.5.2 電子自旋波函數(shù)對(duì)粒子交換的對(duì)稱(chēng)性習(xí)題第六章　量子干涉現(xiàn)象§5.6.1 路徑積分量子化*§5.6.2 雙縫衍射*§5.6.3 磁通量子習(xí)題第七章　高速微觀粒子的運(yùn)動(dòng)§5.7.1　建立高速微觀粒子運(yùn)動(dòng)方程遇到的困難§5.7.2　自由粒子的狄拉克方程*§5.7.3 電子的內(nèi)稟磁矩習(xí)題第六篇 微觀粒子在外場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)第一章 外場(chǎng)中的定態(tài)問(wèn)題§6.1.1 坐標(biāo)表象中定態(tài)方程的嚴(yán)格解§6.1.2 定態(tài)微擾方法§6.1.3 氦原子§6.1.4 變分法*§6.1.5 耦合振子系統(tǒng) 量子力學(xué)的正則變換習(xí)題第二章 量子躍遷§6.2.1 研究時(shí)間演化的微擾方法 相互作用繪景§6.2.2 周期性外場(chǎng)引起的躍遷§6.2.3 光的輻射和吸收§6.2.4 不穩(wěn)定系統(tǒng)的壽命和能級(jí)寬度 能量時(shí)間不確定關(guān)系習(xí)題第三章 彈性散射§6.3.1 散射問(wèn)題的一般討論§6.3.2 玻恩近似§6.3.3 分波法習(xí)題第七篇 宏觀系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)理論的基本原理第一章 統(tǒng)計(jì)理論基礎(chǔ)§7.1.1 宏觀系統(tǒng)及其分類(lèi)§7.1.2 系統(tǒng)狀態(tài)的宏觀描述 平衡態(tài) 狀態(tài)方程§7.1.3 系統(tǒng)狀態(tài)的微觀描述 統(tǒng)計(jì)規(guī)律性§7.1.4 宏觀量的統(tǒng)計(jì)性質(zhì) 系綜和系綜平均§7.1.5 密度函數(shù)和密度算符 經(jīng)典和量子劉維爾定理§7.1.6 微正則系綜和微正則分布習(xí)題第二章 統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)基礎(chǔ)§7.2.1 熱力學(xué)第一定律 功和熱量的微觀解釋§7.2.2 熱力學(xué)第二定律 熵§7.2.3 溫度 化學(xué)勢(shì)和壓強(qiáng) 熱力學(xué)基本方程§7.2.4 熵差的計(jì)算§7.2.5 熱力學(xué)勢(shì) 麥克斯韋關(guān)系及它們的簡(jiǎn)單應(yīng)用§7.2.6 氣體的節(jié)流和絕熱膨脹 磁冷卻§7.2.7 最大功原理 平衡的穩(wěn)定性條件§7.2.8 單元雙相系的平衡 相圖§7.2.9 一級(jí)相變和二級(jí)相變§7.2.10 熱力學(xué)第三定律習(xí)題第三章 統(tǒng)計(jì)系綜§7.3.1 正則系綜和正則分布§7.3.2 固體的順磁性模型和固體比熱的愛(ài)因斯坦模型§7.3.3 巨正則分布系綜和巨正則分布§7.3.4 理想氣體的三種分布§7.3.5 三種系綜的等價(jià) 其它系綜習(xí)題第八篇 理想氣體第一章 玻爾茲曼氣體§8.1.1 由配分函數(shù)求熱力學(xué)量§8.1.2 雙原子分子氣體的熱容量§8.1.3 由玻爾茲曼分布求速度分布和空間分布§8.1.4 能量均分定理§8.1.5 稀薄實(shí)際氣體的狀態(tài)方程習(xí)題第二章 玻色氣體和費(fèi)米氣體§8.2.1 黑體幅射 光子統(tǒng)計(jì)§8.2.2 晶格振動(dòng)比熱的德拜理論 聲子統(tǒng)計(jì)*§8.2.3 液態(tài)4He的性質(zhì)和朗道的超流理論§8.2.4 玻色-愛(ài)因斯坦凝聚§8.2.5 金屬中的自由電子氣習(xí)題第九篇 漲落和臨界現(xiàn)象的統(tǒng)計(jì)理論第一章 漲落理論§9.1.1 漲落的準(zhǔn)熱力學(xué)理論§9.1.2 布朗運(yùn)動(dòng)習(xí)題第二章 臨界現(xiàn)象§9.2.1 臨界指數(shù)和標(biāo)度律§9.2.2 二級(jí)相變的朗道－金茲堡理論*§9.2.3 臨界點(diǎn)鄰域的漲落和關(guān)聯(lián)習(xí)題第三章 臨界現(xiàn)象的統(tǒng)計(jì)理論§9.3.1 Ising模型§9.3.2 標(biāo)度理論*§9.3.3 重整化群方法簡(jiǎn)介習(xí)題第十篇 非平衡統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)第一章 稀薄氣體中的輸運(yùn)過(guò)程§10.1.1 玻爾茲曼方程§10.1.2 氣體粘滯系數(shù)和金屬電導(dǎo)率的計(jì)算*§10.1.3 玻爾茲曼積分微分方程*§10.1.4 H定理習(xí)題*第二章 BBGKY序列§10.2.1 約化概率密度 BBGKY序列§10.2.2 符拉索夫方程和玻爾茲曼方程的推導(dǎo)附錄附錄Ⅰ δ符號(hào)和δ函數(shù)附錄Ⅱ 矢量分析與張量計(jì)算初步附錄Ⅲ 概率的基礎(chǔ)知識(shí)附錄Ⅳ 拉普拉斯方程的通解附錄Ⅴ 一些積分公式附錄Ⅵ 電磁量的國(guó)際單位制與高斯單位制附錄Ⅶ 物理常量與單位換算

章節(jié)摘錄

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編輯推薦

《普通高等教育"十五"國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材:理論物理基礎(chǔ)教程》由高等教育出版社出版。

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