近代物理

近代物理引言
1 相對論
1.1 狹義相對論以前的力學和時空觀c
1.2 電磁場理論建立後呈現的新局面
1.3 愛因斯坦的假設與洛倫茲變換
1.4 相對論的時空觀
1.5 相對論多普勒效應
1.6 相對論速度變換公式
1.7 狹義相對論中的質量、能量和動量
1.8 廣義相對論簡介
習題
2 前期量子論
2.1 黑體輻射和普朗克的量子假設
2.2 光電效應和愛因斯坦的光子理論
2.3 康普頓效應
2.4 玻爾的氫原子理論
習題
3 量子力學基礎
3.1 微觀粒子的波動性
3.2 波粒二象性分析
3.3 不確定關系
3.4 波函數和概率幅
3.5 態疊加原理
3.6 薛定諤方程
3.7 薛定諤方程應用舉例
3.8 薛定諤方程的若干定性討論
3.9 量子力學中的力學量
習題
4 原子和分子
4.1 概述
4.2 氫原子的量子力學結果
4.3 電子自旋和泡利原理
4.4 元素周期律和原子的電子殼層結構
4.5 多電子原子的能級結構和光譜
4.6 激光原理
4.7 分子的能級和分子光譜
4.8 分子鍵聯
習題
5 凝聚態
5.1 概述
5.2 能帶論及導體、絕緣體和半導體的區別
5.3 金屬電導的量子理論
5.4 宏觀量子現象
5.5 凝聚態物理的新進展
習題
6 原子核
6.1 概述
6.2 原子核的組成和基本性質
6.3 核力
6.4 核結構模型
6.5 核的放射性衰變
6.6 核反應
6.7 核裂變和核聚變
習題
7 粒子
7.1 概述
7.2 相互作用與粒子分類
7.3 粒子的基本性質
7.4 夸克模型
習題
8 宇宙
8.1 概述
8.2 宇宙膨脹與大爆炸
8.3 宇宙結局與暗物質
習題
附錄a 關于波的兩個反比關系
附錄b 基本物理常量
附錄c 元素周期表
部分習題答案

概況與適用對象 這套大學物理通用教程分四冊出版，即《力學》、《熱學》、《電磁學》和《光學‧近代物理》，共計約130萬字，原本是為化學系、生命科學系、力學系、數學系、地學系和計算機科學系等非物理專業的系科，所開設的物理學課程而編寫的，其內容和分量大體上與一學年課程140學時數相匹配，這套教程具有較大的通用性，電適用于工科、農醫科和師範院校同類課程，編寫此書是希望非物理類專業的學生熟悉物理學、應用物理學，並對物理學原理是如何形成的有個較深入的理解，從而使他們意識到，物理學的學習在幫助他們提出和解決他們各自領域中的問題時所具有的價值，為此，首先讓我們大略地認識一下物理學。

物理學概述 物理學成為一門自然科學，這起始于伽利略牛頓時代，經350多年的光輝歷程發展到今天，物理學已經足一門宏大的有眾多分支的基礎科學。這些分支是，經典力學、熱學、熱力學與經典統計力學、經典電磁學與經典電動力學、光學、狹義相對論與相對論力學、廣義相對論與萬有引力的基本理論、量子力學、量子電動力學、量子統計力學。其中的每個分支均有自己的理論結構、概念體系和獨特的數理方法。將這些理論應用于研究不同層次的物質結構，又形成了原子物理學、原子核物理學、粒子物理學、凝聚態物理學和等離子體物理學，等等，

從而，我們可以概括地說，物理學研究物質存在的各種主要的基本形式，它們的性質、運動和轉化，以及內部結構；從而認識這些結構的組元及其相互作用、運動和轉化的基本規律。與自然科學的其他門類相比較，物理學既是一門實驗科學，一門定骨科學，又是一門崇尚理性、注重抽象思維和邏輯推理的科學，一門富有想象力的科學，正是具有了這些綜合晶質，物理學在諸多自然科學門類中成為一門偉大的處于先導地位的科學。

在物理學基礎性研究的過程中所形成和發展起來的基本概念、基本理論、基本實驗方法和精密測試技術，越來越廣泛地應用于其他學科，從而產生了一系列交叉學科，諸如化學物理、生物物理、大氣物理、海洋物理、地球物理和天體物理，以及電子信息科學，等等。總之，物理學以及與其他學科的互動，極大地豐富了人類對物質世界的認識，極大地推動了科學技術的創新和革命，極大地促進了社會物質生產的繁榮昌盛和人類文叫的進步。

編寫方針 一本教材，在內容選取、知識結構和闡述方式上與作者的學識——科學觀、知識觀和教學思想，是密切相關的，我們在編寫這套以非物理專業的學生為對象的大學物理通用教程時，著重地明確了以下幾個認識，擬作編寫方針。

1．確定了以基本概念和規律、典型現象和應用為教程的主體內容；對主體內容的闡述應當是系統的，以合乎認識邏輯或科學邏輯的理論結構鋪陳主體內容，知識結構，如同人體的筋骨和脈絡，是知識更好地被接受、被傳承和被應用的保證，是知識生命力之本源，是知識再創新之基礎，知識的力量不儀取決于其本身價值的大小，更取決于它是否被傳播，以及被傳播的深度和廣度。而決定知識被傳播的深度和廣度的首要因素，乃是知識的結構和表述。

2．然而，本課程學時總數畢竟也僅有物理專業普通物理課程的40%。故降低教學愛求是必然的出路。我們認為，降低要求應當主要體現在習題訓練上，即習題的數量和難度要降低，對解題的熟練程度和技巧性要求要降低。降低教學要求也體現在簡化或省略某些定理證明，理論推導和數學處理上。

3．鶯點選擇物理專業後繼理論課程和近代物理課程中某些篇章于這套通用教程中，以使非物理專業的學生在將來應用物理學于本專業領域時，具有更強的理論背景，也使他們對物理學有更為全面和深刻的認識，《力學》中的哈密頓原理；《熱學》中的經典統計和量子統計原理；《電磁學》中的電磁場理淪應用于超導介質；《光學‧近代物理》中的變換光學原理、相對論和量子力學，均系這一選擇的結果。

4．積極吸收現代物理學進展和學科發展前沿成果于這套通用教程中，以使它更具活力和現代氣息。這在每冊書中均有不少節段給予反映，在此恕不一一列舉，留待每冊書之作者前言中明細。值得提出的是，本教程對那些新進展新成果的介紹或論述是認真的，是充分尊重初學者的可接受性而恰當地引入和展開的。

應當寫一套新的外系用的物理學教材，這在我們教研室已閑散地議論多年，終于在室主任舒幼牛和王稼軍的積極策劃和熱心推動下。得以啟動並實現。北大出版社編輯周月梅和瞿定，多次嗣我們研訓編寫方針和諸多事宜，使這套教材得以新面貌而適時面世。北大出版社曾于1989年前後。出版了一套非物理專業用普通物理學教材共四冊，系我教研室包科達、胡望雨、勵子偉和吳偉文等編著，它們在近十年的教學過程中發揮了很好的作用，現今這套通用教程，在編撰過程中作者充分重視並汲取前套教材的成功經驗和學識。本套教材的總冠名，經多次議論最終贊賞陳秉乾教授的提議——大學物理通用教程。

一本教材，宛如一個人。初次見面，觀其外表和容貌；接觸多了，知其作風和性格；深入打交道，方能度其氣質和品格，我們衷心期望使用這套教程的廣大師生給予評論和批判。願這套通用教程，迎著新世紀的曙光，伴你同行于科技創新的大道卜，助年輕的朋友茁壯成長。

鐘錫華 陳熙謀
2000年8月8日于北京大學物理系