《伯克利物理學教程(SI版)第3卷波動學(翻譯版)》是2019年12月機械工業出版社出版的圖書，作者是F.S.克勞福德。
基本介紹
- 中文名：伯克利物理學教程(SI版)第3卷波動學(翻譯版)
- 作者：F.S.克勞福德
- 出版時間：2019年12月
- 出版社：機械工業出版社
- ISBN：9787111515432
- 定價：98 元
- 開本：16 開
- 裝幀：平裝
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
本書是《伯克利物理學教程》第三卷，專門討論波動現象。全書強調不同波動現象之間的相似性和可類比性，並介紹了許多重要波動現象的實例。各章末附有習題和大量課外實驗，有助於讀者對有關概念的深入理解。
圖書目錄
中譯本再版前言
“伯克利物理學教程”序
“伯克利物理學教程”原序（一）
“伯克利物理學教程”原序（二）
出版說明
前言
致謝
教學說明
第1章簡單體系的自由振動2
11引言2
12一個自由度體系的自由振動3
術語3
回復力和慣性4
振動的行為4
ω2的物理意義4
阻尼振動4
例1：單擺4
例2：有質量的物體和彈簧——縱向
振動6
例3：有質量的物體和彈簧——橫向
振動7
玩具彈簧近似8
小振動近似8
例4：LC電路10
13線性和疊加原理11
線性齊次方程11
初始條件的疊加12
線性非齊次方程13
例5：球面擺13
14兩個自由度體系的自由振動14
一個模式的性質14
例6：簡單的球面擺15
例7：二維諧振子15
簡正坐標16
振動模式的系統求解法17
例8：兩個耦合的有質量物體的縱向
振動19
例9：兩個耦合的有質量物體的橫向
振動21
例10：兩個耦合的LC電路23
15拍24
調製25
準諧振動25
例11：兩個音叉產生的拍26
平方律探測器26
例12：兩個可見光源之間的拍28
例13：兩個弱耦合的等同振子的簡
正模式之間的拍28
特殊例子31
習題與課外實驗31
第2章多自由度體系的自由振動42
21引言42
駐波即簡正模式42
串珠弦的模式43
22連續弦的橫向模式44
縱振動與橫振動44
線偏振44
經典波動方程46
駐波47
波速48
邊界條件48
諧頻比48
波數49
色散關係50
實際鋼琴弦的色散關係50
非色散波與色散波50
23連續弦的一般運動和傅立葉
分析51
兩端固定的弦的運動51
兩端為零的函式的傅立葉級數51
z的周期函式的傅立葉分析52
求傅立葉係數53
傅立葉係數54
·ⅩⅩ·方波54
時間的周期函式的傅立葉分析55
鋼琴的和音56
其他邊界條件57
激發方式對音品的影響58
均勻弦模式形成完備函式系58
非均勻弦58
駐波的正弦形狀是均勻體系的
標誌59
非均勻弦的模式形成完備函式系59
本徵函式60
24具有N個自由度的不連續體系的
模式60
例1：串珠弦的橫振動61
運動方程61
簡正模式62
串珠弦的嚴格色散關係63
邊界條件63
連續或長波長極限64
實際鋼琴弦的色散關係65
例2：彈簧與有質量物體組成的
體系的縱振動66
集總參量和分布參量67
例3：玩具彈簧68
例4：LC網路68
a的意義69
色散關係的其他形式70
例5：耦合擺70
例6：電漿振盪72
特殊例子74
習題與課外實驗74
第3章受迫振盪85
31引言85
32有阻尼的、由外力驅動的一維
諧振子85
自由振盪的瞬態衰減86
諧驅動力作用下的穩態振盪87
吸收振幅和彈性振幅88
共振89
例1：硬紙板管的衰減時間90
彈性振幅的頻率依賴性91
其他“共振曲線”92
瞬態受迫振盪93
原先沒有擾動的振子93
情況1：驅動頻率等於自然振盪
頻率94
情況2：零阻尼和無休止的拍94
情況3：瞬態拍95
共振形狀的定性探討95
33兩個自由度體系的共振97
例2：雙耦合擺的受迫振盪98
每一種模式的行為都像一個被驅動
的振子99
每一部分的運動都看作各種驅動
模式的疊加99
多個耦合擺體系的受迫振盪100
34濾波器101
例3：用雙耦合擺作為機械
濾波器101
高頻截止102
低頻截止102
術語103
例4：機械帶通濾波器104
例5：機械低通濾波器104
例6：電學帶通濾波器105
例7：電學低通濾波器106
例8：用於直流電源的低通
濾波器106
35具有多個自由度的閉合體系的
受迫振盪107
忽略阻尼107
運動部分的相對相位108
例9：耦合擺108
連續近似109
克萊因戈爾登波動方程110
ω2＞ω20：正弦波110
ω2＜ω20：指數波110
用耦合擺作為高通濾波器111
指數波的術語112
·ⅩⅩⅠ·色散關係113
色散性介質或波抗性介質113
例10：電離層113
波透入波抗性區域114
共振116
束縛模式116
耦合擺體系受迫振盪的精確解117
色散性頻率範圍117
較低的波抗性範圍117
較高的波抗性範圍118
習題與課外實驗119
第4章行波129
41引言129
開放體系129
振幅關係129
相位關係130
42一維諧行波和相速度130
相速度130
行波和駐波有相同的色散關係嗎？132
耦合擺線性列陣的色散律132
正弦行波133
開放體系中的指數波133
指數式鋸齒波133
色散正弦波和非色散正弦波133
波抗性的指數波134
例1：串珠弦上的橫波134
例2：串珠弦上的縱波135
聲音的相速度——牛頓模型135
修正牛頓的錯誤137
例3：地球電離層中的電磁波及
超過c的相速度139
例4：傳輸線——低通濾波器140
這種低通傳輸線的相速度能
超過c嗎？141
直平行傳輸線組的相速度142
例5：平行板傳輸線142
43折射率和色散144
表41幾種常用材料的折射率145
折射率隨顏色的變化——色散145
折射和斯涅耳定律146
玻璃的色散146
表42玻璃折射率的色散147
為什麼折射率隨頻率而變化？147
例6：“玻璃分子”的簡單模型148
大於c的相速度150
指數波——波抗性頻率範圍150
例7：電離層的色散151
低頻截止頻率的定性解釋152
在色散頻率範圍內折射率的定性
討論154
術語：為什麼我們總是考慮E而
忽略B？155
44阻抗和能通量156
例8：連續弦上的橫向行駛156
特性阻抗157
傳送器輸出功率158
由行波輸送的能量159
例9：彈簧上縱波的輻射160
例10：聲波161
標準聲強162
術語：分貝162
套用：引起痛苦的聲強的方均根
計示壓強162
套用：引起痛苦的響聲振幅163
套用：勉強可聽到的聲音的振幅163
套用：典型高保真度揚聲器的聲頻
輸出163
套用：兩個接近於令人感到痛苦的
聲音的疊加163
例11：低通傳輸線上的行波164
例12：平行板傳輸線165
透明介質中的平面電磁波167
無界真空中的平面電磁波167
套用：求出太陽常數169
電磁輻射能流通量的測量170
可見光的標準強度——燭光171
表面亮度171
為什麼當月亮靠近時看起來並沒有
更亮一些？172
照度——英尺燭光173
表43表面亮度174
套用：40 W燈泡和月亮的比較174
套用：人造衛星月鏡174
習題與課外實驗174
第5章反射185
·ⅩⅩⅡ·51引言185
52理想的終止185
例1：連續弦185
阻抗匹配186
分布負載186
例2：平行板傳輸線186
單位面積的電阻187
自由空間布188
長直且平行的波188
自由空間中平面波的終止189
理想終止的其他方法190
53反射和透射190
連續弦190
失配的負載阻抗怎樣引起反射190
反射係數191
回復力和位移有符號相反的反射192
色散介質界面上的反射193
色散介質界面上的透射193
邊界條件和連續性193
振幅透射係數193
情況1：理想阻抗匹配194
情況2：無限大的曳力194
情況3：零曳力194
正弦波的一般形式195
例3：聲波的反射196
封閉端196
開放端196
開管的有效長度197
例4：傳輸線中的反射197
例5：短路端——零阻抗198
例6：開路端——無限大阻抗198
平行板傳輸線198
場的反射係數198
例7：在ε有間斷的傳輸線中的
反射199
例8：可見光的反射199
54兩個透明介質之間的阻抗
匹配199
不反射層200
小反射近似201
不反射層的解201
例9：光阻抗匹配202
漸變截面202
例10：指數喇叭203
例11：漸變折射率203
55在薄膜內的反射203
干涉條紋203
例12：為什麼第一干涉條紋是白的
（課外實驗）？204
最漂亮的干涉條紋204
干涉條紋強度的表達式204
一加一等於四?205
例13： 顯微鏡承物片中的法布里
珀羅干涉條紋205
習題與課外實驗206
第6章調製、脈衝和波包220
61引言220
62群速度220
調製負載信號220
兩個簡諧振動疊加給出調幅的
振盪221
兩個正弦行波疊加給出調幅的
行波222
調製速度222
群速度223
例1：調幅無線電波224
旁帶225
頻寬225
“音樂”以群速度行進226
例2：真空中的電磁輻射226
例3：其他非色散波226
例4：電離層中的電磁波227
例5：水上表面波227
表61深水波228
套用228
63脈衝229
轉動矢量圖229
構造一個脈衝230
脈衝期間231
頻寬時間間隔乘積231
敲打鋼琴232
有限期間內的簡諧振動232
例6：電視頻寬233
例7：可見光廣播233
“方”形頻譜所產生的脈衝ψ(t)
的精確解233
傅立葉積分237
·ⅩⅩⅢ·傅立葉頻譜237
行進波包238
長度與波數頻寬的乘積239
波包隨時間的擴散239
水中的波包240
64脈衝的傅立葉分析240
有限期間的脈衝240
從傅立葉求和到傅立葉積分242
傅立葉積分243
套用：方形頻譜244
套用：在時間上的方形脈衝245
用鋼琴對拍手進行傅立葉分析245
時間的δ函式247
套用：阻尼諧振子——自然線寬247
自由衰變與受迫振盪的比較248
洛倫茲譜線形狀——對共振曲線的
聯繫249
自然頻率和頻率寬度的測量249
65行進波包的傅立葉分析251
在均勻色散介質中的行波251
非色散波(特殊情況)251
非色散波和經典波動方程252
保持形狀的波滿足經典波動方程252
習題與課外實驗253
第7章二維和三維的波271
71引言271
72簡諧平面波和傳播矢量271
傳播矢量272
為什麼沒有波長矢量？272
等相面272
相速度273
三維色散關係273
情況1：真空中的電磁波273
情況2：色散介質中的電磁波273
情況3：電離層中的電磁波273
駐波273
行波和駐波的混合274
三維波動方程和經典波動方程274
情況1：真空中的電磁波274
情況2：均勻色散介質中的
電磁波275
情況3：電離層中的電磁波275
例1：矩形波導中的電磁波275
低頻截止頻率276
波導截止頻率的物理來源276
交叉行波277
相速度、群速度和c277
例2：光從玻璃入射到空氣的
反射和透射279
全內反射的臨界角280
斯涅耳定律280
全內反射280
光的勢壘穿透281
73水波282
直波282
理想水的性質283
水駐波284
容器壁上的邊界條件285
水平運動和垂直運動之間的關係285
底部邊界條件285
深水波285
淺水波286
重力水波的色散關係286
表面張力波288
行進水波288
74電磁波288
真空中的麥克斯韋方程288
真空中電磁波的經典波動方程288
真空中的電磁平面波289
電磁平面波是橫波289
Ex和By的耦合290
線偏振和橢圓偏振290
簡諧行波291
簡諧駐波291
平面波中的能流通量292
坡印亭矢量293
行波中的能量密度和能流通量293
駐波中的能量密度和能流通量293
·ⅩⅩⅣ·平面行波中的線性動量流通量——
輻射壓力294
平面行波中的角動量296
均勻介質中的電磁波297
75點電荷的輻射297
有源項的麥克斯韋方程297
高斯定理和E的通量守恆298
電荷運動298
輻射場301
推廣到任意的（非相對論性）點
電荷301
避免“重疊”302
一旦E知道了，B也就知道了302
點電荷輻射的能量302
在所有方向發射的總瞬時功率303
輻射功率的著名公式304
輻射和“近區”場304
立體角的定義304
輻射到一個微分立體角dΩ中的
功率305
電偶極輻射305
原子發射光的自然線寬度305
為什麼天空是藍色的？307
藍天定律308
散射積分截面308
經典湯姆孫散射截面309
習題與課外實驗309
第8章偏振321
81引言321
82偏振態的描寫322
橫波的偏振322
有效點電荷323
線偏振323
線偏振駐波324
線偏振行波324
圓偏振324
圓偏振駐波325
圓偏振行波325
圓偏振行波手征的規定326
橫偏振態的性質326
一般橫偏振——橢圓偏振327
複數記法328
複數波函式和複數振幅328
正交歸一波函式328
用複數表示的對時間求平均的能流
通量329
偏振光的其他完備表示329
圓偏振表示330
83偏振橫波的產生331
通過選擇發射產生偏振331
通過選擇吸收產生偏振332
導線束332
偏振片333
理想偏振鏡——馬呂斯定律335
單一散射引起的偏振335
通過多次散射消除偏振性337
通過鏡面反射引起的偏振——
布儒斯特角337
鏡面反射光的相位關係338
鏡面反射光的強度關係339
用於雷射器的布儒斯特窗339
虹的偏振340
84雙折射340
塞璐玢340
延遲板的慢軸和快軸341
相對相位延遲341
四分之一波片342
延遲板的性質342
表81某些單軸晶體及其
折射率344
旋光性344
巴斯德的第一個偉大發現345
金屬反射345
85頻寬度、相干時間及偏振346
發射偏振輻射的經典原子346
偏振態的持續時間347
相干時間348
非偏振輻射的定義348
偏振的測量348
測量時間349
四個常數的測量349
圓起偏振鏡351
四分之一波片和半波片351
非偏振光352
·ⅩⅩⅤ·部分偏振353
習題與課外實驗353
第9章干涉和衍射366
91引言366
92兩個相干點源之間的干涉367
相干源367
相長和相消干涉367
干涉圖樣368
近場和遠場368
近和遠之間的“邊界”369
用一個會聚透鏡來得到遠場干涉
圖樣369
遠場干涉圖樣370
主極大370
由路程差產生的相對相位372
“平均”行波372
光子通量373
雙縫干涉圖樣373
同相振動源373
異相振動源374
近θ=0°處的干涉圖樣374
能量守恆375
一加一等於四376
一加一等於零376
93兩個獨立源之間的干涉377
獨立源和相干時間377
“不相干”和干涉377
布朗和特威斯實驗378
94一個“點”光源能有多大?380
經典點源380
簡單的擴展源380
相干條件381
95一個“束”行波的角寬度382
波束的角寬度是受衍射限制的382
一個波束是一干涉極大383
束的角寬度384
套用：雷射束與手電筒光束的
對照385
96衍射和惠更斯原理385
干涉和衍射之間的區別385
一個不透明的屏是怎樣工作的386
亮的和黑的不透明屏386
不透明屏上一個洞的影響387
惠更斯原理388
用惠更斯作圖法對單縫衍射圖樣的
計算388
單縫衍射圖樣391
受衍射限制的束的角寬度392
人眼的角分辨393
瑞利判據394
術語：夫琅禾費衍射和菲涅耳
衍射394
相干源橫向空間依賴關係的傅立葉
分析394
傅立葉分析的重要結果396
兩個寬縫的衍射圖樣396
多個全同的平行寬縫的衍射圖樣397
多縫干涉圖樣397
主極大、中心極大、白光源398
主極大的角寬度398
透射型衍射光柵400
不透明障礙物所致的衍射400
陰影能擴展到下游多遠？401
97幾何光學402
鏡式反射402
來自—規則線陣的非鏡式反射403
點漂在一個鏡子內的像——虛源和
實源403
折射—斯涅耳定律—費馬原理403
橢球面鏡405
凹拋物面鏡406
凹球面鏡406
球面像差406
近法線入射在薄玻璃稜鏡上的光線
的偏轉407
稜鏡的色散407
用薄透鏡使旁軸光線聚焦407
有一個焦點的必要條件408
·ⅩⅩⅥ·透鏡製造者的公式408
焦平面408
點物的實點像408
薄透鏡公式409
橫向放大率409
會聚透鏡410
虛像410
發散透鏡410
以屈光度為單位的透鏡曲率410
簡易放大鏡411
針孔放大鏡412
你是否把物體看顛倒了？412
瞳孔練習412
望遠鏡412
顯微鏡413
厚的球面透鏡或圓柱面透鏡413
在單個球面上的偏轉413
列文虎克顯微鏡414
蘇格蘭岩反向反射器415
習題與課外實驗415
補充論題438
1弱耦合全同諧振子的“微觀
例子438
氨分子438
中性K介子439
2德布羅意波的色散關係440
箱中的電子440
駐波的形狀像小提琴弦的形狀440
駐波頻率不同於小提琴弦的頻率441
不均勻介質441
3粒子穿透到空間上的一個
“經典禁戒”區域442
與耦合擺的類比443
4德布羅意波的相速度和群速度444
5德布羅意波的波動方程445
6一個一維“原子”的電磁輻射446
為什麼輻射頻率等於拍頻446
7時間相干和光學拍446
8天空為什麼是亮的?447
9物質介質中的電磁波450
麥克斯韋方程450
線性各向同性介質451
靜場的χ、χm、ε和μ的定義452
與時間有關的場的電極化率和
磁化率452
線性各向同性介質的簡單模型453
在麥克斯韋方程中使用復量454
複數的電極化率455
複數介電常數456
線性各向同性介質的簡單模型的
複數介電常數456
線性各向同性介質的麥克斯韋
方程457
中性均勻線性各向同性介質的
麥克斯韋方程457
波動方程458
復折射率459
平面波解459
沿z方向傳播的平面波459
平面波中E和B的關係459
復折射率的數值示例460
平面波的反射和透射460
z=0處的邊界條件461
例子：導體色散關係的簡單模型462
“純電阻”頻率區域462
情況1：“疏電阻介質”463
情況2：“密電阻介質”464
純彈性頻率區域465
情況1：色散頻率區域466
情況2：波抗性頻率區域466
導體性質綜述467
套用：固體銀467
套用：石墨468
附錄470
1泰勒級數470
2常用級數470
sinx和cosx470
指數eax470
sinhx和coshx470
含有指數的一些關係470
tanx471
二項式級數（1+x）n471
3簡諧函式的疊加471
4矢量恆等式473
補充閱讀475
重要常數478
常用恆等式480
SI詞頭481
電磁波譜482
索引483
