現(xiàn)代物理導論

前言

一、本書的寫作背景和目的眾所周知，物理學是一切工程技術(shù)的共同基礎，其核心內(nèi)容包含在“四大力學”——理論力學、電動力學、熱力學、統(tǒng)計物理以及量子力學之中。一般我們把理論力學、經(jīng)典電動力學、熱力學和統(tǒng)計物理稱為經(jīng)典物理，而把相對論、量子力學、量子電動力學以及量子統(tǒng)計物理稱為現(xiàn)代物理。支配自然界的理論是現(xiàn)代物理，而經(jīng)典物理只不過是現(xiàn)代物理在低速和宏觀情形下的極限?，F(xiàn)代物理是現(xiàn)代高技術(shù)進步的主要源泉。編寫一本《現(xiàn)代物理導論》教材，肯定會有很多人質(zhì)疑這項工作的必要性。這種質(zhì)疑是可以理解的，因為其涉及的主要內(nèi)容已有眾多的高水平獨立教材供人們選擇。那么我們進行這項工作的必要性是什么呢？我們知道，“四大力學”反映了物理學的主要基礎，是國內(nèi)外物理類專業(yè)本科生必修的專業(yè)基礎課，對于訓練未來的科學家和工程師來說，它們是不可或缺的重要內(nèi)容。然而，對許多非物理類專業(yè)的工科學生來說，即使他們知道掌握這些內(nèi)容是成為合格工程師的必備素質(zhì)，但由于教學時數(shù)的限制，不可能有時間來進行系統(tǒng)的學習。事實上，有的專業(yè)甚至在教學計劃中根本沒有設置這類課程，更有些專業(yè)想開設現(xiàn)代物理導論課程，又苦于缺少合適的教材，只好作罷。這是很多技術(shù)類工科院校共同的煩惱和無奈。如何在較短的時間內(nèi)（比如60學時）對現(xiàn)代物理的基本內(nèi)容作提綱挈領的介紹，使學生在一個學期內(nèi)了解和掌握其重要內(nèi)容，正是編寫本教材的目的。二、本書涉及的主要內(nèi)容“四大力學”所涵蓋的內(nèi)容繁多，其理論體系完整而深奧，基于這些內(nèi)容編寫一本《現(xiàn)代物理導論》教材，最大的困難是如何合理地篩選和組織內(nèi)容。在保持內(nèi)容體系基本完整的前提下縮小篇幅，在不太多地涉及數(shù)學技巧和顧及其邏輯的嚴格縝密性的前提下把問題說清楚、道明白，是一件非常困難的事情。

內(nèi)容概要

《現(xiàn)代物理導論》對現(xiàn)代物理的基本內(nèi)容作了提綱挈領的介紹，分為六章，主要涉及理論力學、狹義相對論、量子物理導、統(tǒng)計物理導論（包括量子統(tǒng)計）四大塊內(nèi)容。
理論力學部分涉及有心力和二體問題、非慣性系下質(zhì)點的運動方程和力學定理、剛體力學、拉格朗日力學和哈密頓力學。狹義相對論部分涉及洛倫茲變換與相對論時空觀、相對論力學與質(zhì)能關(guān)系、相對論電動力學。量子物理導論部分涉及電磁輻射量子論、微觀粒子的波粒二象性、波函數(shù)與薛定諤方程、勢壘穿透、力學量的表示與測量、氫原子的能級和光譜、電子自旋角動量和磁偶極矩、核磁共振、原子結(jié)構(gòu)與元素周期表的構(gòu)建、激光器與激光原理、晶相固體的能帶理論和半導體物理基礎。統(tǒng)計物理導論部分涉及氣體分子運動論、Maxwell速度分布律、Boltznann能量分布律、Fermi.1 9irac分布和：Bose-Einstein分布。
《現(xiàn)代物理導論》可供非物理類相關(guān)專業(yè)的學生作為教材使用，也可供非物理專業(yè)的工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第一章 質(zhì)點和質(zhì)點組力學1.1 質(zhì)點的運動學1.2 質(zhì)點的動力學1.3 質(zhì)點組的動力學1.4 二體問題與有心運動1.5 非慣性系下質(zhì)點的動力學方程附非慣性系下的力學定理練習題第二章 剛體力學2.1 剛體的運動學2.2 剛體的動力學2.3 剛體的定軸轉(zhuǎn)動2.4 剛體的定點轉(zhuǎn)動2.5 剛體的一般運動和平面平行運動練習題第三章 分析力學3.1 靜力學、虛功原理3.2 動力學、達朗貝爾原理、Iagrange方程3.3 哈密頓函數(shù)與正則方程3.4 正則變換練習題第四章狹義相對論4.1 什么是狹義相對論?4.2 慣性系和力學相對性原理4.3 慣性系下時空坐標的伽利略變換4.4 經(jīng)典時空觀(牛頓的絕對時空觀)4.5 電磁理論與經(jīng)典時空觀的矛盾4.6 狹義相對論的基本假設洛倫茲變換4.7 相對論的時空觀4.8 相對論速度合成定律4.9 相對論力學4.10 相對論電動力學練習題第五章 量子物理導論5.1 用經(jīng)典理論無法解釋的黑體輻射現(xiàn)象5.2 波動的粒子性和實物粒子的波動性5.3 薛定諤方程5.4 粒子在無限深勢阱中的運動5.5 小能量的粒子對高勢壘的穿透問題5.6 量子力學中的力學量5.7 氫原子能級和光譜5.8 電子的自旋5.9 核磁共振5.10 原子結(jié)構(gòu)5.11 激光器和激光5.12 固體的導電性練習題第六章統(tǒng)計物理導論6.1 熱現(xiàn)象和熱力學基本定律6.2 氣體分子運動論6.3 分子速度的Maxwell分布6.4 分子按能量￡的Boltzmann分布6.5 能量均分定律和氣體的熱容量6.6 Fermi-Dirac分布6.7 Bose-Einstein分布6.8 Bose-Einstein分布和Fermi-Dirac分布向連續(xù)態(tài)的過渡、物理量的統(tǒng)計平均值的計算6.9 Fermi-Dirac統(tǒng)計和Bose.Einstein統(tǒng)計的一些應用練習題參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：諾貝爾獎獲得者、物理學家楊振寧先生曾經(jīng)說過：“20世紀初，物理學領域產(chǎn)生了三次概念性的革命，深深地改變了人們對客觀物質(zhì)世界的看法?！边@三次概念性的革命分別是：狹義相對論（A.Einstein，1905年）、廣義相對論（A.Einstein，1916年）和量子力學（1925年）?，F(xiàn)代物理主要探索兩個奇異世界的物理規(guī)律：一個是物體速度接近光速運動的高速世界，另一個是空間尺度比原子還小的微觀世界。之所以說這兩個世界奇異，是因為它們處于人們平常所能感知的世界之外，尺寸小得看不見、摸不著；速度高得人們難以體驗?，F(xiàn)在我們知道，高速世界的運動規(guī)律被相對論所揭示，而微觀世界的運動規(guī)律則由量子力學所反映。相對論給我們揭示了關(guān)于“時空本質(zhì)”的嶄新觀念。它認為，時間和空間本身并不獨立于物體的運動之外，而是與物體的運動密切相關(guān)的，實際上它們就是物體運動的特性。另一方面，時間和空間相互之間也不是相互獨立的，而是相互糾纏在一起的。正因為如此，才有運動的時鐘走得慢，運動物體的長度要變短的新奇結(jié)論。量子力學給我們帶來了對客觀世界的更深層次的認識。它告訴我們：微觀物理量的取值不是連續(xù)的，而是量子化的；微觀粒子具有波粒二象性。量子力學還能解釋化學元素在元素周期表中的排列順序的原因、微電子器件的工作原理，以及為什么金屬導電而玻璃和橡膠不導電的物理本質(zhì)原因，等等。20世紀前，經(jīng)典力學（包括牛頓力學、拉格朗日力學、哈密頓力學）、宏觀電磁場理論、熱力學及經(jīng)典統(tǒng)計力學已構(gòu)成了一個相當完善的理論體系。從19世紀中葉到20世紀初期，隨著科學技術(shù)的發(fā)展和科學研究手段的改進，科學家的認識水平和觀測手段大大提升，人們在對物質(zhì)性質(zhì)的研究中發(fā)現(xiàn)了一系列新的、令人迷惑的物理現(xiàn)象。這些現(xiàn)象用經(jīng)典物理理論難以解釋。主要表現(xiàn)在：（1）與光輻射有關(guān)的實驗現(xiàn)象如黑體輻射能量隨頻率變化的實驗曲線、光電效應、原子的線狀光譜、光被電子的Compton散射等；（2）與電子運動有關(guān)的實驗理象如原子的穩(wěn)定性問題，繞原子核高速運動的電子為什么不輻射損失能量掉到原子核上去，導致原子的坍塌？（3）與熱現(xiàn)象有關(guān)的實驗事實，如金屬中的電子為什么對金屬的比熱貢獻為零？固體的比熱為什么在溫度趨于絕對零度時為零？1900年，普朗克提出能量量子化的概念，解釋了黑體輻射能量隨頻率變化的實驗曲線，使人們認識到光與物質(zhì)相互作用時是量子化的。

編輯推薦

《現(xiàn)代物理導論》是由國防科技大學出版社出版的。

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