近代物理学课程主要讲述现代物理学的两大根基——相对论和量子力学的基础内容。本书依据物理学是“见物讲理,依理造物”的科学的学科真谛,依自然现象和物理学基本原理为出发点来展开内容和讨论。本书准确把握并宣扬了物理学的内涵和外延,着重对基本概念的准确论述和讲解,物理图像和知识体系构建及解析计算能力、数值计算和分析能力的培养,以及定理、定律及公式的实质及适用条件的分析,并努力调动和激发同学们探索未知的兴趣和欲望,培养并提高同学们批判性思维的能力和创新性研究的能力。
在相对论部分,本书首先介绍了狭义相对论的基本原理、时空测量的相对性,以及特殊的时空变换的具体表述形式;并介绍了狭义相对论下的四维动量、力的重新定义及其变换形式,以及能动量守恒及其应用等动力学内容;还介绍了广义相对论和宇宙学的初步内容。
在量子力学部分,本书首先介绍了物质结构概观与光量子概念及其建立过程,对微观粒子的基本性质,包括其物质波描述、物理量间的不确定关系,以及自旋概念予以具体介绍和分析,并简要介绍了描述微观粒子性质的基本方法;本书还较具体介绍了原子的性质和结构及研究方法、分子光谱和分子结构的基本特征和研究方法概要,并介绍了亚原子物理的核心要义和整体框架。
本书适合作为物理学类专业本科生的教材,也可供其他专业师生作为参考书。
刘玉鑫
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刘玉鑫,北京大学博雅特聘教授,博士生导师,国家自然基金委杰出青年科学基金获得者,国家“万人计划”教学名师,享受“国务院政府特殊津贴”中青年专家。主要从事原子核理论、强相互作用系统相变、致密天体的结构和性质、物理学中的群论方法、计算物理等方面的研究。曾获教育部高等学校优秀骨干教师称号、国家自然科学奖三等奖、教育部高校青年教师奖、北京市教育教学成果(高等教育)一等奖、国家 级教学成果奖二等奖、北京市高等学校教学名师奖。现任教育部高等学校教学指导委员会物理学类专业教学指导委员会副主任委员、中国物理学会理事会理事、中国物理学会物理教学委员会秘书长、北京大学物理学院教学委员会主任,曾任北京大学物理学院副院长、教育部物理学类专业教学指导委员会秘书长。
孟策
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孟策 北京大学物理学院副教授。1996年7月毕业于吉林大学物理学院,获得学士学位。2000年9月就读于北京大学物理学院,并于2007年7月获得博士学位,此后继续留在北京大学物理学院从事博士后研究工作,于2009年7月入职北京大学物理学院普通物理教学中心任教。主要的研究方向为重夸克偶素的产生和衰变过程及强子谱学。先后讲授“力学”“电磁学”“近现代物理导论I”“理论物理基础I”等课程,目前担任北京大学物理学院“电磁学”和“近现代物理导论两门课程的负责人。
第一章 狭义相对论运动学
1.1 狭义相对论的基本原理
1.2 时空测量的相对性
1.3 洛伦兹变换
1.4 狭义相对论时空和四矢量
习题
第二章 狭义相对论动力学
2.1 四动量和狭义相对论质点力学
2.2 相对论性能动量守恒及其应用
习题
第三章 广义相对论与宇宙学初步
3.1 广义相对论的一些基本概念和初步结论
3.2 时空度规与时空弯曲
3.3 水星近日点进动
3.4 宇宙学原理和弗里德曼方程
3.5 宇宙学模型
3.6 宇宙演化的热历史简介
习题
第四章 物质结构概论与光量子的概念
4.1 物质结构概论与微观粒子概观
4.2 光量子概念的建立
4.3 关于光具有粒子性的机制的旧量子理论
习题
第五章 微观粒子的基本性质
5.1 微观粒子具有波粒二象性
5.2 描述微观粒子性质的物理量具有不确定性与物理量的平均值
5.3 微观粒子具有自旋自由度
习题
第六章 描述微观粒子性质的基本方法
6.1 量子态由波函数描述
6.2 描述微观粒子性质的物理量由算符表达
6.3 量子态和物理量随时间的演化
6.4 量子态性质的测量
6.5 一些定态问题举例
6.6 自旋态的描述
6.7 微扰计算方法
习题
第七章 原子的性质与结构
7.1 氢原子和类氢离子的性质与结构
7.2 多电子原子的性质与结构研究方法初步
7.3 原子的精细结构与元素周期表
7.4 原子状态的改变
7.5 外场中的原子
7.6 冷原子陷俘与玻色-爱因斯坦凝聚
习题
第八章分子光谱与分子结构初步
8.1 分子能级和分子光谱
8.2 分子结构研究方法概述
8.3 分子键与共价键理论初步
习题
第九章亚原子物理初步
9.1 原子核的组分、运动模式及一些特征量
9.2 核力简介
9.3 原子核的衰变
9.4 原子核结构模型
9.5 核反应及其研究方法
9.6 粒子家族及其基本性质
9.7 基本相互作用的性质与规律
9.8 现代核物理的整体框架
习题
附录A 常见物理常量数据表
附录B 卢瑟福散射公式的导出
附录C 量子力学中物理量算符的基本性质及其证明8
附录D 角动量算符的对易式的证明
附录E 任意两物理量之间的不确定关系的证明
附录F 两角动量耦合的总角动量取值的 M 制式证明
附录G 天然元素和少数人工合成元素形成的原子的电子组态、原子基态和电离能一览表
附录H 电磁场的多极展开形式简述与电磁跃迁概率的表述形式
附录I 多电子系统的 g 因子
附录J 关于拉莫尔进动和量子陀螺的理论描述
附录K 天然存在的和部分人工合成的元素的同位素丰度和半衰期
附录L 原子核的 α 衰变的半衰期的计算
附录M IBM1 的三种动力学对称性极限的计算与代表性原子核实例
附录N 李普曼-施温格方程与细致平衡原理
部分习题参考答案
主要参考书目
索引