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目 录 1

第1章 狭义相对论 1

1.1 牛顿相对性原理和伽利略变换 2

1.1.1 牛顿相对性原理 2

1.1.2 伽利略变换 3

1.1.3 伽利略变换体现了牛顿力学的时空观 5

科学家介绍 爱因斯坦 7

1.2.1 爱因斯坦假设 9

1.2 爱因斯坦假设与洛伦兹变换 9

1.2.2 洛伦兹坐标变换 10

1.2.3 洛伦兹速度变换 15

科学史话 迈克耳逊—莫雷实验 18

1.3 狭义相对论时空观 22

1.3.1 同时性的相对性 22

1.3.2 时间的相对性（钟慢效应） 25

1.3.3 长度的相对性（尺缩效应） 29

1.3.4 两种时空观的比较 34

1.4.1 相对论质量 动量 质点动力学基本方程 35

1.4 狭义相对论动力学基础 35

1.4.2 相对论动能 静能 总能量 38

1.4.3 相对论质量和能量的关系 40

1.4.4 相对论能量和动量的关系 42

＊1.5 广义相对论简介 43

1.5.1 广义相对论的两条基本原理 44

1.5.2 广义相对论的实验验证 45

习题 48

第2章 光的波动性 50

2.1.1 光的相干性 光程 光程差 51

2.1 光的干涉 51

2.1.2 杨氏双缝 洛埃镜 56

2.1.3 薄膜干涉 62

2.1.4 干涉现象的应用 干涉仪 72

2.2 光的衍射 76

2.2.1 光的衍射现象 惠更斯—菲涅尔原理 77

2.2.2 单缝的夫琅和费衍射 79

2.2.3 光栅衍射 87

2.2.4 圆孔的衍射 光学仪器的分辨本领 94

2.2.5 X射线的衍射 97

2.3.1 光的偏振状态 99

2.3 光的偏振 99

2.3.2 起偏和检偏 马吕斯定律 101

2.3.3 反射光和折射光的偏振 布儒斯特定律 104

2.3.4 光的双折射 107

＊2.3.5 偏振光的干涉 113

＊2.3.6 人为双折射 117

＊2.3.7 旋光现象 119

习题 121

3.1.1 热辐射 130

第3章 光的量子性 130

3.1 热辐射 普朗克量子假设 130

3.1.2 黑体 132

3.1.3 黑体辐射规律 132

3.1.4 普朗克量子假设 133

3.2 光电效应 135

3.2.1 光电效应 135

3.2.2 光电效应的实验规律 135

3.2.4 光子假说 爱因斯坦方程 138

3.2.3 经典电磁理论的困难 138

3.3 康普顿效应 139

3.3.1 康普顿效应的实验规律 140

3.3.2 康普顿效应的理论解释 140

3.3.3 光的波粒二象性 143

习题 144

第4章 量子力学基础 145

4.1 实物粒子的波粒二象性 145

4.1.1 德布罗意物质波假设 145

科学家介绍 德布罗意 147

4.1.2 德布罗意波的实验验证 148

4.1.3 德布罗意波的统计解释 152

4.2 不确定关系 152

4.3 波函数 薛定谔方程 156

4.3.1 波函数 156

4.3.2 薛定谔方程 158

科学家介绍 薛定谔 162

4.4.1 一维无限深方势阱 163

4.4 薛定谔方程的应用 163

＊4.4.2 隧道效应 165

前沿科学 扫描隧穿显微镜 167

＊4.4.3 谐振子 168

4.5 氢原子 170

4.5.1 氢原子光谱的实验规律 170

4.5.2 玻尔的氢原子理论 172

科学家介绍 玻尔 178

4.5.3 氢原子的量子力学处理方法 180

＊4.5.4 多电子原子中电子分布 186

前沿科学 核磁共振 188

习题 192

第5章 激光 194

科学史话 梅曼研制成功世界上第一台激光器 194

科学史话 中国第一台激光器的诞生 196

5.1 激光产生的基本原理 198

5.1.1 粒子数按能级的统计分布 198

5.1.2 自发辐射 受激辐射 受激吸收 199

5.1.3 爱因斯坦系数及其相互关系 201

5.1.4 粒子数反转分布与光放大 203

5.1.5 光学谐振腔 207

5.2 激光的特性及应用 215

5.2.1 高斯光束 215

5.2.2 激光光束的特性 220

5.2.3 激光的应用 222

科学家介绍 王大珩——中国的光学之父 227

5.3.1 激光器的分类 229

5.3 激光器 229

5.3.2 常用的几种激光器 231

5.3.3 其它激光器 245

5.3.4 激光技术展望 248

前沿科学 光子学 250

习题 252

第6章 全息照相 254

6.1 全息照相的过程与特点 254

6.1.1 全息照相与普通照相的区别 254

6.1.2 全息照相的记录与再现 256

6.1.3 全息照相的特点 258

6.2 全息照相的基本原理 259

6.2.1 波前 259

6.2.2 波前的全息记录 260

6.2.3 物光波前的再现 262

6.3 全息照相中的实验技术 263

6.3.1 光源 263

6.3.2 记录介质 264

6.3.3 辅助元件 265

6.4 全息图的类型 267

6.5 全息技术的应用 270

6.5.1 全息光学元件 270

6.5.2 全息干涉 272

6.5.3 全息技术的其它应用 273

习题 274

第7章 光学纤维 276

7.1 光的全反射原理 277

7.2 光纤的结构与传光原理 278

7.2.1 阶跃折射率型光纤 279

7.2.2 梯度折射率型光纤 282

7.2.3 自聚焦光纤 284

7.3 光纤的特性 286

7.3.1 光纤的特性参量 286

7.3.2 光纤的传输持性 289

7.4 特殊光纤 293

7.4.1 低色散单模光纤 293

7.4.2 单模保偏光纤 295

7.4.3 特定波段光纤 296

7.4.4 塑料光纤 297

7.5 光纤的耦合与光纤无源器件 298

7.5.1 光纤的耦合与连接 298

7.5.2 光纤无源器件 301

7.6 光纤的制造与应用 306

7.6.1 光纤的制造 306

7.6.2 光纤的应用 308

习题 319

部分习题答案 320

参考文献 325