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第1章　广义相对论和宇宙学1

1.1　广义相对论的基本原理1

1.1.1　等效原理1

1.1.2　广义相对性原理3

1.2　广义相对论的重要推论3

1.2.1　光线偏折3

1.2.2　时空弯曲4

1.3.1　爱因斯坦引力场方程5

1.3　引力场方程及其史瓦西解5

1.3.2　史瓦西场中的时空性质7

1.4　广义相对论的实验检验10

1.4.1　光谱线的引力频移10

1.4.2　光线的引力偏折12

1.4.3　雷达回波的引力延迟14

1.4.4　行星近日点的相对论进动17

1.5　史瓦西黑洞18

1.6　大爆炸宇宙学简介21

1.6.1　当今宇宙学的概貌和恒星的演化22

1.6.2　宇宙学原理和哈勃定律26

1.6.3　物质为主时期的宇宙29

1.6.4　辐射为主时期的宇宙——宇宙早期的历史34

第2章 空间物理学与航天工程40

2.1　空间物理学概述40

2.1.1　空间物理学的特点40

2.1.2　空间物理学的研究对象和分支学科41

2.1.3　空间物理学的研究方法42

2.1.4　空间物理学研究的意义43

2.2.1　大气的分层结构45

2.2　地球的中高层大气45

2.2.2　静态大气47

2.2.3　太阳电磁辐射与大气的相互作用47

2.2.4　电离层的形成及其对电波传播的影响49

2.2.5　极光51

2.3　地外空间53

2.3.1　地球磁场53

2.3.2　带电粒子在磁场中的运动56

2.3.3　太阳的粒子辐射61

2.3.4　磁层63

2.4　太空和太空资源68

2.4.1　太空68

2.4.2　太空资源68

2.5　太空航天器工程系统69

2.5.1　航天运载系统70

2.5.2　航天器任务系统70

2.6　航天运载器71

2.6.1　航天运载器的组成71

2.6.2　航天器的宇宙能量73

2.6.3　航天运载器的级数75

2.6.4　航天运载器的发展概况78

2.7　航天器81

2.7.1　航天器的分类81

2.7.2　航天器的组成82

2.7.3　航天器的轨道85

2.7.4　航天器的发展概况90

2.8　中国的航天事业94

3.1.1　粒子在中心场中的运动98

3.1　氢原子的量子力学描述98

第3章　原子　分子结构98

3.1.2　氢原子结构100

3.1.3　氢原子光谱103

3.1.4　里德伯态104

3.2　碱金属原子105

3.3　磁矩、角动量空间量子化及自旋107

3.3.1　轨道角动量与轨道磁矩108

3.3.2　角动量的空间量子化109

3.3.3　自旋和自旋磁矩110

3.3.4　角动量的合成111

3.4　自旋轨道耦合与精细结构113

3.5　氦原子116

3.5.1　全同粒子与波函数的对称性116

3.5.2　泡利不相容原理118

3.5.3　氦原子的能级结构118

3.5.4　角动量耦合与原子态122

3.6　多电子原子结构123

3.7.1　连续谱：轫致辐射126

3.7　X射线126

3.7.2　特征谱：内壳层电子的跃迁128

3.8　原子在外电磁场中的行为129

3.8.1　原子在磁场中的行为130

3.8.2　原子在电场中的行为132

3.9　分子结构的一般性质134

3.10　电子运动与价健的形成136

3.10.1　NaCl分子：离子键的形成136

3.10.2　H？离子：共价键的形成137

3.11　双原子分子的振动与转动139

3.12　分子光谱140

3.12.1　纯转动光谱140

3.12.2　振动-转动光谱141

3.12.3　电子光谱143

3.12.4　分子的离解144

3.12.5　荧光和磷光144

4.1　核结构模型146

4.1.1　原子核稳定性的实验规律146

第4章　原子核和粒子146

4.1.2　液滴模型和质量的半经验公式150

4.1.3　壳层模型和超重核152

4.1.4　集体模型155

4.2　原子核的放射性衰变157

4.2.1　放射性衰变的基本规律157

4.2.2　α衰变160

4.2.3　β衰变162

4.2.4　γ衰变和诱发γ辐射167

4.3　原子核反应168

4.3.1　反应能和阈能168

4.3.2　反应截面170

4.3.3　核反应的过程和机制171

4.4　粒子的分类和结构172

4.4.1　粒子的分类174

4.4.2　粒子和反粒子176

4.4.3　粒子和场180

4.4.4　强子结构——夸克模型181

4.5.1　四种相互作用183

4.5　粒子的相互作用183

4.5.2　场和媒介子184

4.5.3　电-弱相互作用的统一186

4.6　物理规律的对称性和宇称守恒187

4.6.1　对称性和守恒定律187

4.6.2　空间反演不变性和宇称守恒188

4.6.3　弱作用宇称不守恒问题193

4.6.4　PC联合变换和CPT定理195

4.6.5　弱作用和生物手性196

4.7　启示和困惑197

第5章 固体物理和新材料198

5.1　金属的自由电子理论198

5.1.1　特鲁德的自由电子理论198

5.1.2　量子自由电子理论201

5.1.3　态密度203

5.1.4　电子在允许状态上的分布205

5.1.5　电导率208

5.1.6　电子气的热容209

5.2.1　晶体中电子的能量211

5.2　固体的能带211

5.2.2　晶体中电子的波函数——布洛赫函数214

5.2.3　能带的性质，布里渊区215

5.2.4　能带中的状态密度217

5.2.5　有效质量218

5.2.6　导体、绝缘体和半导体219

5.3　半导体微结构221

5.3.1　半导体与PN结221

5.3.2　半导体微结构：量子阱与超晶格228

5.3.3　共振隧道晶体管230

5.4　超导234

5.4.1　超导体的主要特性235

5.4.2　超导的微观理论238

5.4.3　约瑟夫森效应240

5.4.4　高温超导的研究243

5.5　新型热电材料与温差发电245

5.5.1　塞贝克效应245

5.5.2　温差发电249

5.6.1　光子晶体和光子带隙251

5.6　光子晶体251

5.6.2　雅布里诺维奇的早期工作254

5.6.3　其他光子晶体254

第6章　纳米技术256

6.1　纳米技术概述256

6.1.1　基本概念256

6.1.2　纳米技术发展简史257

6.2　纳米粒子的性质258

6.2.1　纳米粒子效应258

6.2.2　纳米粒子的物理和化学性质259

6.3　纳米技术领域262

6.3.1　纳米粉体制备技术262

6.3.2　碳纳米管265

6.3.3　纳米检测和加工的核心技术——扫描探针显微镜271

6.4　纳米技术在日常生活中的应用271

6.4.1　纳米纺织品271

6.4.2　纳米食品加工272

6.4.3　纳米涂料273

6.4.5　纳米体育器材275

6.4.4　纳米化妆品275

6.5　纳米陶瓷与金属及其应用276

6.5.1　纳米陶瓷276

6.5.2　纳米金属278

6.6　纳米技术在催化、能源、环保领域中的应用280

6.6.1　纳米催化剂280

6.6.2　纳米电源材料280

6.6.3　纳米环保材料281

6.7.1　聚合物基纳米光学材料283

6.7　纳米光学材料及其应用283

6.7.2　智能塑料自组装光学材料284

6.7.3　菌紫质285

6.8　纳米技术在电子技术中的应用286

6.8.1　纳米电磁材料286

6.8.2　纳米器件290

6.8.3　芯片上的实验室293

6.8.4　纳米计算机294

6.9.1　纳米微机械295

6.9　纳米微机械技术295

6.8.6　纳米家电295

6.8.5　纳米传感器295

6.9.2　纳米技术对制造业的影响297

6.10　纳米技术在分子生物与医学领域中的应用300

6.10.1　纳米生物技术300

6.10.2　纳米技术在医学中的应用301

6.11　纳米技术在军事领域中的应用303

第7章　新能源308

7.1　核裂变能308

7.1.1　核裂变理论309

7.1.2　裂变截面和激活能314

7.1.3　裂变产物315

7.2　链式反应及反应堆核电站316

7.2.1　核裂变的链式反应317

7.2.2　链式反应的控制——反应堆319

7.2.3　热中子反应堆320

7.2.4　快中子增殖堆321

7.2.5　低温核供热堆322

7.3.1　巨大的能源323

7.3　聚变能323

7.3.2　基本的聚变反应过程324

7.3.3　实现受控热核反应的基本条件325

7.3.4　磁约束原理和装置327

7.3.5　惯性约束328

7.3.6　核聚变研究的进展和聚变反应堆330

7.4　原子弹和氢弹332

7.4.1　原子弹332

7.4.2　氢弹334

7.5.1　太阳能的来源和太阳辐射335

7.5　太阳能335

7.5.2　太阳能的热利用338

7.5.3　太阳能的光电转换——太阳能电池342

7.5.4　太阳能的光化学转换——光合作用344

7.6　氢能和其他能源345

7.6.1　氢能345

7.6.2　其他能源346

8.1.1　爱因斯坦的辐射理论350

8.1　激光原理简介350

第8章 激光和光信息处理350

8.1.2　光谱线的线宽352

8.1.3　激光的基本原理355

8.1.4　He-Ne激光器简介362

8.2　半导体激光器363

8.2.1　半导体激光器原理363

8.2.2　异质结激光二极管366

8.2.3　量子阱激光器367

8.3.1　什么是全息术369

8.3　全息术369

8.3.2　全息照相的原理370

8.3.3　全息图的类型及应用373

8.4　空间滤波和光信息处理375

8.4.1　二维矩形光栅实验376

8.4.2　相衬法377

8.4.3　θ调制378

8.4.4　光信息处理的4f系统378

8.5.1　强光与介质的相互作用379

8.5　非线性光学简介379

8.5.2　二阶非线性效应380

8.5.3　三阶非线性效应对折射率的影响384

8.5.4　光学相位共轭385

8.5.5　光学双稳态389

8.6　光通信与光存储392

8.6.1　光通信392

8.6.2　激光存储技术396

9.1.1　热辐射的基本概念401

9.1　热辐射的基本规律401

第9章　红外辐射与遥感401

9.1.2　热辐射的基本规律404

9.1.3　实际物体的热辐射405

9.2　红外辐射及红外辐射源407

9.2.1　红外光谱的波段划分407

9.2.2　红外辐射的发射机理408

9.2.3　红外辐射源408

9.3　红外辐射的传输411

9.3.2　红外辐射在大气中的传输412

9.3.1　红外辐射在传输媒质中衰减的规律412

9.3.3　红外辐射在固态媒质中的传输416

9.4　红外辐射的探测及应用418

9.4.1　红外辐射的探测418

9.4.2　红外测温422

9.4.3　红外无损检测424

9.4.4　环境监测425

9.4.5　热成像仪的应用425

9.5　红外遥感技术427

9.4.6　红外技术在军事上的应用427

9.5.1　遥感的物理基础428

9.5.2　遥感仪器431

9.5.3　遥感信息的处理与判读437

第10章 近代物理分析技术440

10.1　共振散射和穆斯堡尔效应440

10.1.1　γ射线的共振吸收440

10.1.2　穆斯堡尔效应——无反冲共振散射442

10.1.3　穆斯堡尔效应的应用444

10.2.1　引言450

10.2　扫描探针显微术450

10.2.2　扫描隧道显微镜451

10.2.3　扫描探针显微术457

10.2.4　近场扫描光学显微镜461

10.2.5　单原子操纵和控制463

10.3　核磁共振及其应用464

10.3.1　核自旋与核磁矩465

10.3.2　核磁矩与恒定外磁场的相互作用能467

10.3.3　核磁共振468

10.3.4　饱和与弛豫470

10.3.5　核磁共振技术的应用471

10.4　单个原子和分子的探测和识别476

10.4.1　用共振电离谱学探测气体中的单个原子和分子477

10.4.2　利用激光激发分子荧光的方法来检测液体中的单个分子481

10.5　光学相干断层扫描成像新技术OCT483

10.5.1　OCT的基本原理483

10.5.2　超外差法测量原理484

10.5.3　实验装置486

10.5.4　应用486

主要参考书目488