本书为十二五普通高等教育本科国家级规划教材。本书根据世行贷款教学改革项目的成果和高等学校大学物理课程教学指导委员会最新编制的《理工科类大学物理课程教学基本要求》编写而成。全套书共两卷, 本书为第二卷, 主要内容有相对论基础、量子物理、激光、固体物理基础和原子核物理。本书的一大特色是, 在叙述基本概念和基本物理规律的同时，强调物理思想与研究方法的学习。此外为了满足学生自主学习，积极思考，敢于提问的要求，在叙述上力求接近学生、概念准确, 并以大量实例使内容更加生动、有趣。每章的物理学方法简述一节进一步介绍相关物理学的思想方法, 学生通过学习、归纳、总结和应用这些思想方法, 达到既掌握知识，又提高能力的教学目的。本书为高等院校理工科非物理专业大学物理基础课教材，也可作为高校物理教师、学生和相关技术人员的参考书。

本书遵循教指委相关指导文件和高等院校学生学习规律编写而成。践行四新理念，融入思政元素，注重理论与实践相结合。

前言PREFACE本书从第一次出版至今已经修订了数次，在修订过程中，我们不断融入教学改革过程中的成果。第4版中增加的物理学方法模块，比如模型法、类比法等体现了课程思政的融合，第5版中加入的问号和练习对于培养学生自主学习、主动思考的能力起到了积极的作用。为了适应社会经济发展的需要和人的全面发展需求，根据国家对教材建设的指导思想和《理工科类大学物理课程教学基本要求》，我们在保持前几版特点的基础上进行了本次修订，重点做了以下几个方面的工作：（1） 每一章增加了典型例题和习题，以增强学生对知识点的理解。另外在练习与思考中设置了思维拓展栏目，一方面延伸了课堂内容，另一方面引导学生应用所学的物理学知识解决实际问题，拓展学生的思维，激发学生的学习兴趣。（2） 增加了应用拓展模块，将物理学知识向当今的科学前沿延伸，同时也是课程思政的切入点。例如陀螺仪、天眼等内容，既反映学校的军工特色，又可以激发学生的爱国主义情怀。（3）在现有的基础上，继续强化近代物理知识，如引入电子的公有化运动等。（4）以二维码的形式加入重难点内容和典型例习题的讲解。感谢主编王建邦教授为我们留下的宝贵遗产！感谢各版次付出辛勤工作的同事们：第5版参加修订工作的有:赵瑞娟(第一～三章)、侯利洁(第四～六章)、王建邦(第七、八、二十四章)、闫仕农(第九、十章)、张永梅(第十一～十三章)、魏天杰(第十四、十五章)、刘兴来(第十六、十七章)、张旭峰(第十八、十九章)、黄启宇(第二十章)、杨艳(第二十一～二十三章)、胡俊丽(第二十五～二十七章)、崔文丽(第二十八～三十章)。第4版参加修订工作的有:张旭峰(第一、二、三、十八、十九章)、刘兴来(第四、五、六、三十章)、王建邦(第七、八、二十四章)、闫仕农(第九、十章)、杨军(第十一～十三、二十五~二十九章)、魏天杰(第十四～十七章)、黄启宇 (第二十～二十三章)。第3版参加修订工作的有:张旭峰(第一、二、三、十八、十九章)、刘兴来(第四、五、六、三十章)、王建邦(第七、八、二十四章)、闫仕农(第九、十章)、杨军(第十一～十三、二十五~二十九章)、魏天杰(第十四～十七章)、黄启宇 (第二十～二十三章)。第2版参加修订工作的有: 张旭峰（第一、二、三、十八、十九章）、刘兴来（第四、五、六、三十章）、王建邦（第七、八、十六、十七）、闫仕农（第九、十章）、杨军（第十一~十五、二十五~二十九章）、黄启宇（第二十～二十四章），王建邦编写各章物理学思想与方法简述。第1版参加编写工作的有:张旭峰(第一～三章)、刘兴来(第四～六章)、王建邦(第七、八、十六、十七章)、闫仕农(第九、十章)、杨军(第十一～十五章)、张旭峰(第十八、十九章)、王建邦 (第二十～二十四章)、杨军(第二十五～二十九章)、刘兴来(第三十章)。本次修订工作由中北大学大学物理课程组完成。参加本卷修订工作的有:眭晓红(第十六章)、刘兴来(第十七章)、崔文丽(第十八、十九章)、刘文元(第二十章)、 高燕琴(第二十一章)、颉琦(第二十二章)、张永梅(第二十三、二十六章)、齐晓霞(第二十四章)、单石敏(第二十五章)、胡俊丽(第二十七章)、武少雄(第二十八章)。编者

高等院校教师

目录CONTENTS前言第五部分相对论基础第十六章狭义相对论第一节伽利略相对性原理伽利略变换一、伽利略相对性原理二、伽利略变换三、经典力学的绝对时空观（伽利略-牛顿时空观）第二节狭义相对论的基本原理一、电磁学向伽利略-牛顿相对性原理提出的挑战二、狭义相对论基本原理的内容第三节洛伦兹变换一、洛伦兹变换的内容*二、洛伦兹坐标变换的推导三、相对论速度变换公式第四节狭义相对论的时空观一、同时的相对性二、时间延缓效应三、长度收缩效应第五节相对论质量、动量和能量一、相对论质量二、相对论动力学方程三、相对论动能四、相对论质量与能量的关系五、相对论动量与能量的关系六、应用拓展世界第一颗原子弹的诞生第六节物理学思想与方法简述一、时间的测量二、时间的本质三、经典时空观的困难四、狭义相对论中的时间练习与思考*第十七章广义相对论简介第一节惯性质量与引力质量第二节广义相对论的基本假设一、爱因斯坦升降机的理想实验二、直线加速参考系中的惯性力三、等效原理四、局域惯性系五、广义相对性原理第三节广义相对论的检验一、行星近日点的进动二、光线在引力场中的偏折三、雷达回波延迟四、应用拓展引力波第四节有引力场的空间与时间第五节物理学思想与方法简述一、牛顿引力理论二、爱因斯坦引力理论第六部分量 子 物 理第十八章光(辐射)的波粒二象性第一节热辐射普朗克的量子假设一、热辐射的基本概念二、基尔霍夫辐射定律三、绝对黑体四、绝对黑体的热辐射实验定律五、经典理论的困难和普朗克的能量子假设六、应用拓展红外技术的军事应用第二节光电效应一、光电效应的实验规律二、光电效应与光的波动学的剧烈冲突三、爱因斯坦光量子论及其对光电效应的解释*四、多光子光电效应*五、内光电效应第三节康普顿效应一、实验规律二、X射线实验结果的解释三、康普顿散射的历史回顾第四节光的波粒二象性一、爱因斯坦光量子关系式二、单光子双缝干涉实验分析三、光子的不确定性关系四、应用拓展量子保密通信第五节物理学思想与方法简述一、光的本性的历史争论二、对光的波粒二象性的认识练习与思考第十九章电子的波粒二象性第一节德布罗意假设*第二节德布罗意波的实验证明一、戴维孙-革末电子衍射实验二、应用拓展电子显微镜第三节不确定性关系一、电子的单缝衍射二、不确定性关系的讨论第四节波函数及其统计诠释一、德布罗意平面波波函数二、波函数的统计诠释三、统计诠释对波函数提出的要求四、应用拓展量子计算机第五节物理学思想与方法简述量子物理体系的建立练习与思考第二十章薛定谔方程第一节自由粒子的薛定谔方程一、方程的形式二、方程的讨论第二节力场中粒子的薛定谔方程一、方程的形式*二、算符与方程第三节定态薛定谔方程一、分离变量法二、定态的基本特征第四节一维无限深势阱中的粒子一、一维无限深势阱模型二、薛定谔方程及其解三、结果讨论解的物理意义*第五节势垒与隧道效应一、薛定谔方程二、方程解的讨论三、应用拓展隧道效应的应用第六节物理学思想与方法简述经验归纳与探索演绎练习与思考第二十一章氢原子中的电子第一节氢原子的玻尔模型一、提出玻尔模型的历史背景二、玻尔氢原子结构模型要点第二节用薛定谔方程解氢原子问题一、玻尔模型的缺陷二、氢原子中电子的薛定谔方程第三节量子数的物理解释一、主量子数和能量量子化二、角量子数和角动量量子化三、磁量子数和角动量空间量子化四、电子自旋和自旋磁量子数五、应用拓展自旋电子器件第四节氢原子的概率幅函数与概率密度函数一、低量子数的氢原子概率幅函数二、电子概率径向分布函数三、电子概率角度分布函数第五节物理学思想与方法简述半经典半量子方法练习与思考第七部分激光第二十二章激光原理第一节激光概述一、激光的诞生和展望二、激光器的分类第二节原子的能级、分布和跃迁一、原子在能级上的分布二、原子能级跃迁第三节光的吸收与辐射一、自发辐射二、受激吸收三、受激辐射第四节爱因斯坦辐射理论一、自发辐射系数A21二、受激吸收系数B12三、受激辐射系数B21四、爱因斯坦系数A21、B12和B21之间的关系第五节产生激光的基本物理条件一、两对基本矛盾二、解决矛盾的方法第六节激光器的工作原理一、工作物质粒子数反转的实现二、谐振腔的振荡阈值条件三、谐振腔的选频第七节氦氖激光器一、氦氖激光器的结构图二、氦氖激光器的工作原理第八节物理学思想与方法简述一、学科交叉与综合二、激光产生与发展的启示练习与思考第八部分固体物理基础第二十三章晶体结构与结合力第一节晶体结构及其描述一、晶体的性质*二、晶体结构的实验研究三、空间点阵第二节布拉维格子一、7种晶系二、14种布拉维胞(空间格子)第三节晶体的结合力一、影响晶体结合力的若干因素二、晶体中粒子的结合力三、应用拓展光子晶体第四节晶体的结合能一、定义二、经验原子对势第五节离子晶体的结合能一、离子晶体的点阵结构二、离子晶体结合能的表示三、离子晶体内势能的计算第六节物理学思想与方法简述一、价键理论的阶段性发展二、对称性方法练习与思考第二十四章晶格振动第一节晶体的热学性质一、晶体的摩尔热容二、固体的热传导三、热膨胀第二节一维晶格振动一、一维无限长弹簧振子链模型二、原子振动的运动学描述三、原子振动的动力学描述四、耦合振动方程的解第三节格波一、格波的物理意义二、q的取值范围三、玻恩-冯·卡门边界条件四、格波与原子振动第四节物理学思想与方法简述一、数学方法二、研究晶格振动的近似假设练习与思考第二十五章物质的电磁性质第一节电介质及其极化一、分子（原子）的电结构二、电介质极化的微观机理三、极化面电荷四、电极化强度*第二节电介质的特殊效应一、压电效应二、铁电体第三节磁介质及其磁化一、物质磁性的起源二、磁介质磁化的微观机理三、磁化面电流四、磁化强度矢量五、磁场强度矢量六、磁介质的磁化规律第四节磁性材料一、磁性材料的分类二、铁磁性材料的磁化规律三、铁磁性材料的磁化机理四、应用拓展潜艇的磁隐身第五节物理学思想与方法简述探索宏观性能的微观机理的方法练习与思考第二十六章能带论基础第一节固体能带的形成一、固体中的价电子行为二、电子能带的形成*第二节固体中电子的波函数一、近似处理方法二、晶体中电子的波函数布洛赫函数第三节固体的能带结构一、满带、导带和空带二、导体、绝缘体及半导体的能带三、应用拓展超导体的主要特性及应用*第四节固体能带论基础一、克朗尼格-朋奈模型二、求解周期场中定态薛定谔方程的基本思路三、数学处理与结果讨论第五节物理学思想与方法简述能带论的建立与研究方法练习与思考第二十七章半导体第一节本征半导体一、元素半导体二、化合物半导体第二节掺杂半导体一、施主型杂质与N型半导体二、受主型杂质与P型半导体第三节杂质能级的计算一、类氢模型二、类氢施主杂质能级的计算*三、晶体中电子有效质量的物理意义第四节PN结一、PN结的空间电荷区二、内建电场(自建电场)三、接触势垒四、PN结的整流效应五、应用拓展半导体器件第五节物理学思想与方法简述半导体结构、性能与应用研究练习与思考第九部分原子核物理第二十八章原子核第一节原子核的基本特征及其组成一、原子核的电荷和电荷数二、原子核的质量和质量数三、原子核的形状、大小与密度四、核力的基本性质第二节原子核的结合能一、质量亏损二、核结合能三、比结合能第三节原子核的衰变与放射性一、衰变二、衰变三、衰变第四节放射性衰变的一般规律一、指数衰变规律二、放射性衰变中的几个重要物理量第五节原子核反应一、实验二、原子核反应的一般表示式三、原子核反应的类型四、原子核反应遵守的守恒定律第六节重核的裂变及应用一、获取原子能的物理基础二、原子核裂变三、链式反应和反应堆第七节轻核聚变一、基本的聚变反应过程二、受控热核反应三、应用拓展和平利用核能第八节物理学思想与方法简述原子核的可分与不可分练习与思考参考文献