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《大学物理学（下册）（第二版）》可作为高等学校工科、理科、师范等各非物理学专业，以及成人教育相关专业的大学物理课程的教材，也可供自学者学习使用。
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| 內容簡介： |
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《大学物理学（下册）（第二版）》总结了**版的编写经验，听取了使用过《大学物理学（下册）（第二版）》师生的意见和建议，并考虑当前工科学校的教学实际的基础上修订而成。《大学物理学（下册）（第二版）》简明扼要，注重加强基础理论的同时，突出训练和培养学生科学思维创新能力，拓展学生的学术襟怀和眼光。《大学物理学（下册）（第二版）》分上、下两册，内容分五篇。**篇力学；第二篇电磁学；第三篇波动光学；第四篇热学；第五篇相对论与量子力学基础。
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| 目錄：
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目录
第三篇波动光学
第9章光的干涉3
9.1光的电磁理论光的相干性3
9.1.1光的电磁理论3
9.1.2普通光源发光的微观机制4
9.1.3光波的叠加及相干性5
9.1.4光程与光程差8
9.1.5干涉相长与干涉相消10
9.2分波阵面法干涉空间相干性11
9.2.1杨氏双缝干涉11
9.2.2双缝型的其他干涉实验15
9.2.3空间相干性16
9.3分振幅法干涉薄膜干涉17
9.3.1薄膜干涉概述18
9.3.2薄膜的等厚干涉19
9.3.3薄膜的等倾干涉24
9.4迈克耳孙干涉仪时间相干性28
9.4.1迈克耳孙干涉仪28
9.4.2时间相干性30
9.5多光束的干涉31
思考题32
习题9 33
阅读材料35
第10章光的衍射37
10.1光的衍射现象惠更斯G菲涅耳原理37
10.1.1光的衍射现象37
10.1.2衍射的分类38
10.1.3惠更斯G菲涅耳原理38
10.2单缝夫琅禾费衍射39
10.2.1单缝夫琅禾费衍射的实验装置39
10.2.2菲涅耳半波带法40
10.2.3单缝夫琅禾费衍射的条纹特点42
10.3圆孔衍射光学仪器的分辨本领45
10.3.1圆孔衍射45
10.3.2光学仪器的分辨本领46
10.4光栅衍射48
10.4.1光栅48
10.4.2光栅衍射48
10.4.3光栅光谱51
10.5X射线衍射54
思考题56
习题10 57
阅读材料58
第11章光的偏振61
11.1光的横波性自然光和偏振光61
11.1.1横波的偏振性61
11.1.2偏振光与自然光61
11.2起偏与检偏马吕斯定律64
11.2.1偏振片65
11.2.2起偏与检偏65
11.2.3马吕斯定律66
11.3反射和折射时光的偏振布儒斯特定律68
11.3.1由反射获得偏振光68
11.3.2由折射获得偏振光69
11.4双折射寻常光和非常光70
11.4.1晶体的双折射现象寻常光o光和非常光e光70
11.4.2双折射晶体光轴和主平面70
11.4.3光在单轴晶体中的传播晶体的双折射作图法72
11.4.4双折射现象的应用偏振棱镜74
11.4.5人工双折射旋光现象75
11.5椭圆偏振光和圆偏振光偏振光的干涉77
11.5.1波片77
11.5.2椭圆偏振光和圆偏振光78
11.5.3偏振光的干涉79
思考题80
习题11 81
阅读材料82
第四篇热学
第12章气体动理论87
12.1热力学系统与状态87
12.1.1热力学系统87
12.1.2平衡态87
12.1.3状态参量88
12.1.4理想气体物态方程90
12.2理想气体压强与温度91
12.2.1分子运动理论的基本观点91
12.2.2统计规律的基本概念92
12.2.3理想气体的压强公式94
12.2.4温度的微观解释96
12.3麦克斯韦气体分子速率分布律97
12.3.1测定气体分子速率分布的实验97
12.3.2气体分子麦克斯韦速率分布定律98
12.3.3三种速率100
12.4玻尔兹曼分布102
12.4.1玻尔兹曼分布102
12.4.2重力场中微粒按高度的分布律103
12.4.3等温气压公式103
12.5能量均分定理理想气体的热力学能104
12.5.1自由度104
12.5.2能量按自由度均分定理105
12.5.3理想气体的热力学能106
12.6气体分子平均碰撞频率和平均自由程107
思考题109
习题12 110
阅读材料110
第13章热力学基础112
13.1热力学**定律112
13.1.1热力学过程112
13.1.2热力学能功和热量112
13.1.3热力学**定律114
13.2理想气体的等值过程？绝热过程多方过程115
13.2.1理想气体等容过程115
13.2.2理想气体等压过程116
13.2.3等温过程117
13.2.4绝热过程118
13.2.5绝热自由膨胀过程121
13.2.6多方过程122
13.3循环过程卡诺循环122
13.3.1循环过程122
13.3.2热机及热机效率122
13.3.3制冷机及制冷系数123
13.3.4卡诺循环123
13.4热力学第二定律126
13.4.1可逆过程与不可逆过程126
13.4.2卡诺定理128
13.4.3熵和熵增加原理129
13.4.4热力学第二定律的统计意义132
思考题135
习题13 136
阅读材料137
第五篇相对论与量子力学基础
第14章狭义相对论基础141
14.1伽利略相对性原理141
14.1.1伽利略相对性原理142
14.1.2牛顿的**时空观143
14.2伽利略变换与牛顿力学的困难143
14.2.1伽利略变换143
14.2.2牛顿力学的困难145
14.3狭义相对论的基本假设与洛伦兹变换式150
14.3.1狭义相对论的基本假设150
14.3.2洛伦兹变换151
14.3.3相对论速度变换公式153
14.4狭义相对论的时空观155
14.4.1同时性的相对性和因果律的**性155
14.4.2沿运动方向长度收缩和垂直运动方向长度不变159
14.4.3时间延缓和运动时钟变慢161
14.5狭义相对论动力学基础164
14.5.1相对论动量和相对论质量164
14.5.2相对论动能166
14.5.3相对论能量167
14.5.4能量和动量的关系169
思考题171
习题14 171
阅读材料172
第15章量子力学基础174
15.1黑体辐射普朗克量子假设174
15.1.1热辐射与黑体辐射174
15.1.2黑体辐射的实验定律175
15.1.3普朗克能量子假设176
15.2光电效应爱因斯坦光子理论179
15.2.1光电效应179
15.2.2爱因斯坦光量子论180
15.2.3光的波粒二象性181
15.3康普顿效应182
15.4氢原子光谱玻尔理论185
15.4.1氢原子光谱185
15.4.2玻尔的氢原子理论186
15.5德布罗意假设电子衍射实验189
15.5.1德布罗意假设189
15.5.2电子衍射实验实物粒子的波动性191
15.6海森伯不确定关系192
15.6.1单缝电子衍射与不确定量估算式192
15.6.2海森伯不确定关系及应用193
15.7波函数及其统计解释195
15.7.1自由粒子的波函数196
15.7.2波函数的统计解释196
15.7.3波函数的条件198
15.8薛定谔方程及其应用199
15.8.1一维定态薛定谔方程199
15.8.2一维无限深方势阱201
15.8.3隧穿效应203
15.8.4线性谐振子204
15.9氢原子的量子理论简介205
15.9.1氢原子的薛定谔方程205
15.9.2四个量子数206
15.9.3氢原子核外电子的概率分布207
15.10激光原理及其应用208
15.10.1激光产生的基本原理209
15.10.2激光的特性211
15.10.3激光器212
思考题213
习题15 213
阅读材料214
参考答案218
主要参考书221
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第三篇波动光学
人们研究光已有三千多年的历史，其中17世纪和18世纪是光学研究的一个重要发展时期，科学家们不仅从实验上对光进行研究，而且对光学知识进行系统化和理论化整理。在牛顿提出“微粒说”被许多科学家接受时，惠更斯（C.Huygens）提出了光的“波动说”，即认为光是一种弹性机械波。也能说明一些光学现象。但由于当时未得到足够的实验数据的支持和牛顿的权威性，并没有被物理学界所广泛接受。直到19世纪初，托马斯 杨Thomas-Young、菲涅耳A.J.Fresnel等人利用光的波动学说和干涉原理，通过设计的实验装置得到了干涉和衍射图样；马吕斯（E.L.Malus）等人研究光的偏振现象，确认了光具有横波性；1850年，傅科（J.B.L.Foucsult）测出了光在水中的传播速度比空气中小之后。光的波动说才被人们广泛接受。再就是19世纪60年代麦克斯韦创立的电磁理论预言了电磁波的存在，并指出光就是一种电磁波；赫兹H.R.Hertz在进行一系列实验后，于1887年发现了电磁波并用实验验证了电磁波具有和光波类似的反射、折射、偏振等性质。而且用电磁理论计算出了电磁波在真空中的传播速度与当时已测得的光在真空中的传播速度完全相等。从此，光是电磁波的观点取代了光是机械弹性波的观点。而到19世纪末和20世纪初，通过对黑体辐射、光电效应和康普顿效应的研究，人们对光的本性的认识又向前推进了一步，即光不但具有波动的特性，还明显地表现出粒子性，使人们进一步认识到，光是一种具有波粒二象性的物质。
研究光现象、光的本性和光与物质的相互作用等规律的学科称为光学，光学通常分为几何光学、波动光学和量子光学三部分。几何光学是以光沿着直线传播为基础，研究光的传播及其成像规律，以及光学仪器的理论；波动光学研究光的电磁性质和传播规律，特别是光的干涉、衍射和偏振的规律；量子光学则以近代量子理论为基础，研究光与物质相互作用的规律。20世纪50年代，随着激光和光信息技术的出现，光学又取得了新的进展，并且派生了许多分支，如光纤技术、全息技术、非线性光学等近代光学。
干涉和衍射是一切波动所特有的现象，也是用以判断某种物质运动是否具有波动性的证据。本篇将介绍波动光学，主要讨论光的干涉、衍射和偏振等波动特征及其应用。
第9章光的干涉
本章在介绍光的相干性的基础上着重讨论光的分波面干涉和分振幅干涉，并对光的空间相干性和时间相干性进行简单分析。
9.1光的电磁理论光的相干性
9.1.1光的电磁理论
光是一种电磁波。通常意义上的光是指可见光（visiblelight），即能引起人的视觉的电磁波。它的频率在3.9×1014~7.7×1014Hz之间，相应地在真空中的波长在760nm~390nm之间。不同频率的可见光给人以不同的颜色感觉，频率从大到小给出从紫到红的各种颜色。在当今，泛指的光的频率为1012~1016Hz，其范围从微波、远红外光、近红外光、可见光、紫外光、远紫外光直至X射线和γ射线（除特别说明外，所说的光一般指可见光）。
1.光速和折射率
根据麦克斯韦的电磁理论，光在真空中的传播速度为
这是一个常数，式中ε0为真空中的介电常数；μ0为真空中的磁导率。光在在介质中的传播速度为
式中，εr为介质的相对介电常数；μr为介质的相对磁导率。我们定义真空中的光速和与介质中的光速之比为介质的**折射率，于是依式（9.1.1）和（9.1.2），有
由于光波穿过不同介质时，频率是不变的，所以对于同一频率ν的单色光由一种介质进入到另一种介质时，光速和波长都会发生改变。频率为ν的单色光在真空和介质中的波长分别为λ和λn，则有
注意：复色光在介质中传播时，介质对不同波长的成分表现出不同的折射率，这种现象称为光的色散。
2.光矢量和光强
电磁波是横波，其电场强度E、磁场强度H都和传播方向（波速u或c）垂直，如图9.1.1所示。由于光波中参与物质相互作用感光作用、生理作用的是电场强度E矢量，所以我们说光波中的振动矢量通常指的是E矢量，称为光矢量lightvector。
图9.1.1光的横波性
对于光波来说，空间各点光矢量的大小、方向随时间和空间作周期性变化。沿x正向传播的平面光波的方程为
波动的传播总是伴随着能量的传递，这个过程一般用平均能流密度在一个振动周期内的平均值来描述。按电磁波的理论，光的强度I是电磁波的平均能流密度S对时间平均，它正比于光矢量振幅的平方，有
在讨论光的干涉和衍射问题中只注重光的相对强弱，为简化计算，常略去系数εμ，直接用E2（E2m）代表光的强度。
9.1.2普通光源发光的微观机制
1.光源和光谱
一个用作发射光的物体称为光源。如果光源发出的光的频率（颜色）是单一的，则叫单色光源。通常普通光源发出的光的频率都不是单一的，如果让光源发出的光束通过三棱镜或光谱仪，就能将光束中不同频率的光以不同的角度射到屏上或拍摄在底片上，这样得到的光强按频率（或波长）的分布叫光的频谱，简称光谱。
2.原子的发光模型与普通光源发光的微观机制
从微观上看，普通光源的发光都属于分子和原子发光，其发光机制是处于激发态的原子（或分子）的自发辐射。按照近代物理理论，一个孤立的原子，它的能量只允许处在一系列的分立的能级E1，E2，E3， ，En上。当原子处在某个能级上时，其内部电子并不发射电磁波。通常原子处于**的能级E1（基态，是稳定态）。如果原子受到外界的激发，即光源中的原子吸收能量而跃迁到能量较高的激发态，而处于激发态的原子极不稳定（电子在激发态存在的时间平均只有10-11~10-8s），它会自发地回到较低的激发态或基态，并将一份能量为ΔE（两能级之差）的能量以光的形式（光波）向外发射出来，如图9.1.2所示。原子发光完全是随机进行的，在激发态存在的10-8s中何时发光难以预知，但平均来说在约10-8s中完成。可见原子发射的光波是一个在时间上很短、在空间中也是有限长的光波，在波动光学中把原子发射的这种有限长的光波称为原子光波列，光波的频率根据玻尔提出的频率公式计算
图9.1.2自发辐射
图9.1.3光波波列
综上所述，普通光源发光过程就具有以下特点：
1间歇性。原子发光是间歇的，每次发光的持续时间极短，发出有特定的振动方向、频率和相位的有限长的一个短短的波列。但由于可见光的频率很高，在发光的持续时间内仍完成了很多次振动，因此一个理想的点光源一闪发出的波列的长度为L=cΔt（如图9.1.3所示，Δt为发光时间，c为光速），若认为Δt=10-8s，L=cΔt≈3m。由于分子、原子的热运动影响，实际光源发光的波列长度远小于3m。例如低温下，元素K86r气体放电放出的橙红色光，其波列长度约为77cm。其他普通光源发光的波列长度还要短得多。
2随机性。一个光源中有很多很多的原子，每个原子各自独立地、间歇地、随机地发出一个一个波列，它们彼此间没有任何的关联。这样不同原子同一时刻或同一原子不同时刻所发光波列的频率一般不同（单色光源除外）、振动方向也一般不同、相位上更是无固定关系，偏振态和传播方向均彼此无关。因此两个独立的普通光源或者同一光源不同部位发出的光波都不满足波的相干条件（coherentcondition），也就不是相干光源。
9.1.3光波的叠加及相干性
1.光波的叠加原理
实验证明，对于真空中传播的光或在介质中传播的不太强的光，当几列光波相遇时，其合成光波的光矢量E等于各分光波光矢量E1，E2， 的矢量和，即
这一规律称为光波叠加原理。但应指出，对于在介质中传播的强光（如激光，同步辐射）或不太强的光通过某些特殊介质（如变色玻璃等），一般并不满足上述叠加原理。不过，在本章所涉及的范围内，光波叠加原理仍然是一个基本原理。下面以光矢量为E1和E2的两列光波的叠加为例来计算合成光波的强度，即求出合光强与分光强的关系。显然，合光矢量为:E=E1+E2。按电磁波强度公式，光强为:I=S=E2。由于
所以得出
其中，I12=2E1 E2称为干涉项（interferenceterm）。
由上可见，在光波叠加原理中遵从相加规则的是光矢量而非光强，合光强一般并不等于分光强之和。然而，两个独立光源或从同一光源的不同部分发出的光会合时，其合光强总等于分光强之和，即干涉项I12=0，有
这种情形称为光的非相干叠加。
2.光的相干叠加
按照波的叠加原理，如果两列振动方向相同，振动频率相同，相位差恒定的简谐波叠加时会产生干涉现象。实验证明光波也有类似情形，当两列振动方向相同、频率相同、相位差恒定的简谐光波重叠时也要发生光的干涉现象。于是在两相干光源发出的光波在重叠区内，某些空间点上合光强大于分光强之和（I120），在另一些空间点上合光强小于分光强之和（I120）。因而合光强在空间形成明暗相间的稳定的周期性分布，并在放入的光屏上呈现出干涉条纹。光波的这种叠加称为光的相干叠加。
振动方向相同或有平行的振动分量、频率相同、相位差恒定是产生光干涉的三个必要条件，称为相干条件，而满足相干条件的两束光称为相干光，能产生相干光的光源叫相干光源。下面将说明相干光的三个相干条件是缺一不可的。
首先，若两光波光矢量E1与E2完全垂直，则I12=2E1 E2，即两光波为非相干叠加，不发生干涉；一般当E1与E2成某角度时，可将它们作正交分解，显然只有平行分量间才可能发生干涉；E1与E2平行，干涉效果更好。
其次，若设两光矢量平行（即光振动的方向相同），但有不同的频率，相位差也不恒定，这时可将两简谐光波用标量形式的波动式表示为
图9.1.4光波的叠加
式中，ω1，ω2，φ1，φ2，λ1，λ2为两光波的角频率、初相位和波长，r1，r2则代表观测点距两光源的距离（图9.1.4）。
由于两简谐光波的频率不同，所以其合成光波不可能
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