Concepts of Modern Physics 6th Edition - Arthur Beiser

Chuyên khảo Concepts of modern physics 6th edition phân tích chuyên sâu các khía cạnh quan trọng trong lĩnh vực công nghệ thông tin

Trường đại học

McGraw-Hill Higher Education

Chuyên ngành

Physics

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Textbook

2003

559
0
0

Phí lưu trữ

135 Point

Mục lục chi tiết

1. CHAPTER 1: Relativity

1.1. Special Relativity

1.2. Time Dilation

1.3. Doppler Effect

1.4. Length Contraction

1.5. Twin Paradox

1.6. Electricity and Magnetism

1.7. Relativistic Momentum

1.8. Mass and Energy

1.9. Energy and Momentum

1.10. General Relativity

2. CHAPTER 2: Particle Properties of Waves

2.1. Electromagnetic Waves

2.2. Blackbody Radiation

2.3. Photoelectric Effect

2.4. What Is Light?

2.5. X-Rays

2.6. X-Ray Diffraction

2.7. Compton Effect

2.8. Pair Production

2.9. Photons and Gravity

3. CHAPTER 3: Wave Properties of Particles

3.1. De Broglie Waves

3.2. Waves of What?

3.3. Describing a Wave

3.4. Phase and Group Velocities

3.5. Particle Diffraction

3.6. Particle in a Box

3.7. Uncertainty Principle I

3.8. Uncertainty Principle II

3.9. Applying the Uncertainty Principle

4. CHAPTER 4: Atomic Structure

4.1. The Nuclear Atom

4.2. Electron Orbits

4.3. Atomic Spectra

4.4. The Bohr Atom

4.5. Energy Levels and Spectra

4.6. Correspondence Principle

4.7. Nuclear Motion

4.8. Atomic Excitation

4.9. The Laser

5. CHAPTER 5: Quantum Mechanics

5.1. Quantum Mechanics

5.2. The Wave Equation

5.3. Schrödinger’s Equation: Time-Dependent Form

5.4. Linearity and Superposition

5.5. Expectation Values

5.6. Operators

5.7. Schrödinger’s Equation: Steady-State Form

5.8. Particle in a Box

5.9. Finite Potential Well

5.10. Tunnel Effect

5.11. Harmonic Oscillator

6. CHAPTER 6: Quantum Theory of the Hydrogen Atom

6.1. Schrödinger’s Equation for the Hydrogen Atom

6.2. Separation of Variables

6.3. Quantum Numbers

6.4. Principal Quantum Number

6.5. Orbital Quantum Number

6.6. Magnetic Quantum Number

6.7. Electron Probability Density

6.8. Radiative Transitions

6.9. Selection Rules

6.10. Zeeman Effect

7. CHAPTER 7: Many-Electron Atoms

7.1. Electron Spin

7.2. Exclusion Principle

7.3. Symmetric and Antisymmetric Wave Functions

7.4. Periodic Table

7.5. Atomic Structures

7.6. Explaining the Periodic Table

7.7. Spin-Orbit Coupling

7.8. Total Angular Momentum

7.9. X-Ray Spectra

8. CHAPTER 8: Molecules

8.1. The Molecular Bond

8.2. Electron Sharing

8.3. The H2 Molecular Ion

8.4. The Hydrogen Molecule

8.5. Complex Molecules

8.6. Rotational Energy Levels

8.7. Vibrational Energy Levels

8.8. Electronic Spectra of Molecules

9. CHAPTER 9: Statistical Mechanics

9.1. Statistical Distributions

9.2. Maxwell-Boltzmann Statistics

9.3. Molecular Energies in an Ideal Gas

9.4. Quantum Statistics

9.5. Rayleigh-Jeans Formula

9.6. Planck Radiation Law

9.7. Einstein’s Approach

9.8. Specific Heats of Solids

9.9. Free Electrons in a Metal

9.10. Electron-Energy Distribution

9.11. Dying Stars

10. CHAPTER 10: The Solid State

10.1. Crystalline and Amorphous Solids

10.2. Ionic Crystals

10.3. Covalent Crystals

10.4. Van der Waals Bond

10.5. Metallic Bond

10.6. Band Theory of Solids

10.7. Semiconductor Devices

10.8. Energy Bands: Alternative Analysis

10.9. Superconductivity

10.10. Bound Electron Pairs

11. CHAPTER 11: Nuclear Structure

11.1. Nuclear Composition

11.2. Some Nuclear Properties

11.3. Stable Nuclei

11.4. Binding Energy

11.5. Liquid-Drop Model

11.6. Shell Model

11.7. Meson Theory of Nuclear Forces

12. CHAPTER 12: Nuclear Transformations

12.1. Radioactive Decay

12.2. Half-Life

12.3. Radioactive Series

12.4. Alpha Decay

12.5. Beta Decay

12.6. Gamma Decay

12.7. Cross Section

12.8. Nuclear Reactions

12.9. Nuclear Fission

12.10. Nuclear Reactors

12.11. Nuclear Fusion in Stars

12.12. Fusion Reactors

13. CHAPTER 13: Elementary Particles

13.1. Interactions and Particles

13.2. Leptons

13.3. Hadrons

13.4. Elementary Particle Quantum Numbers

13.5. Quarks

13.6. Field Bosons

13.7. The Standard Model and Beyond

13.8. History of the Universe

13.9. The Future

APPENDIX I: The Lorentz Transformation

APPENDIX II: Spacetime

APPENDIX: Rutherford Scattering

APPENDIX: The Tunnel Effect

APPENDIX: Atomic Spectra

APPENDIX: Atomic Masses

Answers to Odd-Numbered Exercises

For Further Study

Credits

Index

Tóm tắt

I. Tổng Quan Concepts of Modern Physics 6th Edition SEO

Concepts of Modern Physics 6th Edition, được giới thiệu lần đầu bởi Arthur Beiser, đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong việc tiếp cận và hiểu các nguyên lý cơ bản của vật lý hiện đại. Cuốn sách này không chỉ đơn thuần là một cuốn Modern Physics Textbook mà còn là một hành trình khám phá những khái niệm đột phá đã định hình nền tảng khoa học thế kỷ 20. Từ Relativity đến Quantum Physics, từ cấu trúc nguyên tử đến vật lý hạt nhân, mỗi chương sách đều được trình bày một cách rõ ràng, dễ hiểu, giúp người đọc nắm bắt được bản chất của các hiện tượng vật lý phức tạp. Tác phẩm này kết nối không gian và thời gian, vật chất và năng lượng, điện và từ trường, các liên kết rất quan trọng để hiểu vũ trụ vật lý của chúng ta. Raymond A. Serway, Clement J. MosesCurt A. Moyer đã đóng góp vào sự phát triển và hoàn thiện của cuốn sách này, biến nó trở thành một nguồn tài liệu tham khảo vô giá cho sinh viên, nhà nghiên cứu và bất kỳ ai muốn tìm hiểu về thế giới Modern Physics. Cuốn sách này dành cho một khóa học vật lý hiện đại một học kỳ cho sinh viên đã có các khóa học vật lý và giải tích cơ bản. Các ý tưởng về thuyết tương đối và lượng tử được xem xét đầu tiên để cung cấp khuôn khổ cho việc hiểu vật lý của nguyên tử và hạt nhân. Sau đó, lý thuyết về nguyên tử được phát triển với sự nhấn mạnh về các khái niệm cơ học lượng tử. Tiếp theo là một cuộc thảo luận về các tính chất của tập hợp các nguyên tử, bao gồm cả cái nhìn về cơ học thống kê. Cuối cùng, hạt nhân nguyên tử và các hạt cơ bản được kiểm tra. Cuốn sách nhấn mạnh vào các ý tưởng hơn là các phương pháp thực nghiệm và ứng dụng thực tế, bởi vì học sinh mới bắt đầu được phục vụ tốt hơn bởi một khuôn khổ khái niệm hơn là một khối lượng chi tiết. Vì lý do tương tự, trình tự các chủ đề tuân theo một trật tự hợp lý hơn là trật tự lịch sử nghiêm ngặt. Những ưu điểm của cách tiếp cận này đã dẫn đến việc sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới năm phiên bản trước của Concepts of Modern Physics, bao gồm cả bản dịch sang một số ngôn ngữ khác, kể từ khi phiên bản đầu tiên xuất hiện gần bốn mươi năm trước.

1.1. Khám Phá Nền Tảng của Concepts Physics Hiện Đại

Cuốn sách này không chỉ giới thiệu các khái niệm cơ bản mà còn đi sâu vào lịch sử phát triển của Modern Physics, từ những khám phá đầu tiên của Max Planck về lượng tử năng lượng đến lý thuyết tương đối của Albert Einstein. Người đọc sẽ có cơ hội tìm hiểu về những thí nghiệm và lý thuyết đã làm thay đổi cách chúng ta nhìn nhận thế giới vật chất, từ Blackbody Radiation đến Photoelectric Effect. Một điểm đáng chú ý là có những khía cạnh của vật lý thiên văn minh họa độc đáo các yếu tố quan trọng của vật lý hiện đại. Nhiều sinh viên có thể gặp khó khăn trong việc sử dụng kiến thức của họ. Để giúp họ, mỗi chương đều có một lựa chọn các ví dụ đã được giải. Các giải pháp này bao gồm các giải pháp trong Sách hướng dẫn giải, có hơn 350 giải pháp cho các bài toán bao gồm tất cả các cấp độ khó. Hiểu được những giải pháp này sẽ giúp các bài tập số chẵn chưa được giải quyết trở nên dễ dàng hơn.

1.2. Modern Physics Solutions Hướng Dẫn Giải Bài Tập Chi Tiết

Để giúp người học nắm vững kiến thức, sách cung cấp Modern Physics Solutions Manual, bao gồm các bài giải chi tiết cho các bài tập, giúp người đọc tự kiểm tra và củng cố kiến thức. Việc có sẵn Modern Physics Solutions giúp sinh viên không chỉ giải quyết bài tập mà còn hiểu sâu sắc hơn về cách áp dụng lý thuyết vào thực tiễn. Các bài tập được nhóm lại tương ứng với các phần của văn bản với câu trả lời cho các bài tập số lẻ được đưa ra ở cuối sách.

II. Vượt Qua Thách Thức khi Học Concepts of Modern Physics

Học Modern Physics không phải lúc nào cũng dễ dàng. Các khái niệm trừu tượng như Quantum Entanglement hay Spacetime có thể gây khó khăn cho người mới bắt đầu. Việc thiếu kiến thức nền tảng vững chắc về University Physics và giải tích cũng có thể là một rào cản lớn. Tuy nhiên, với phương pháp học tập đúng đắn và sự kiên trì, mọi khó khăn đều có thể vượt qua. Cuốn sách này chứa đựng nhiều chất liệu hơn có thể dễ dàng được bao phủ trong một học kỳ. Giống như văn bản, các bài tập ở tất cả các cấp độ, từ khá dễ (để thực hành và trấn an) đến những bài tập cần tư duy thực sự (để có niềm vui khám phá). Ngoài ra, một Sách hướng dẫn giải pháp cho Sinh viên đã được Craig Watkins chuẩn bị, bao gồm các giải pháp cho các bài tập số lẻ. Một trong những thách thức lớn nhất đối với những người học vật lý hiện đại là việc hiểu những khái niệm phức tạp và trừu tượng. Vật lý hiện đại liên quan đến các lĩnh vực như cơ học lượng tử và thuyết tương đối, đi ngược lại trực giác hàng ngày của chúng ta. Do đó, việc tiếp thu và áp dụng những khái niệm này đòi hỏi sự nỗ lực và tư duy logic cao. Một khó khăn khác là toán học. Vật lý hiện đại thường sử dụng toán học cao cấp để mô tả các hiện tượng phức tạp. Sinh viên cần có kiến thức vững chắc về giải tích, đại số tuyến tính và các lĩnh vực toán học khác để hiểu được các phương trình và mô hình được sử dụng. Ngoài ra, các thí nghiệm có thể gặp khó khăn. Vật lý hiện đại thường liên quan đến các thí nghiệm phức tạp và tinh vi. Sinh viên cần có kỹ năng thực nghiệm tốt để thực hiện các thí nghiệm này và phân tích dữ liệu một cách chính xác.

2.1. Modern Physics Problems và Cách Tiếp Cận Hiệu Quả

Cuốn sách cung cấp nhiều Modern Physics ProblemsModern Physics Examples giúp người đọc rèn luyện kỹ năng giải quyết vấn đề. Việc phân tích các ví dụ minh họa giúp người học hiểu rõ hơn về cách áp dụng lý thuyết vào thực tiễn. Cố gắng thực hiện càng nhiều càng tốt các bài tập liên quan đến các khái niệm được học trong sách, chú ý đến chi tiết và cách áp dụng công thức. Nếu gặp khó khăn, tham khảo các giải pháp và hướng dẫn chi tiết có trong sách để hiểu rõ hơn.

2.2. Tìm Kiếm Modern Physics PDF và Tài Liệu Bổ Trợ

Ngoài cuốn sách chính, người học có thể tìm kiếm Modern Physics PDF và các tài liệu bổ trợ khác trên mạng để mở rộng kiến thức. Tuy nhiên, cần chọn lọc các nguồn tài liệu uy tín để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy. Có rất nhiều tài liệu Modern Physics PDF và các tài liệu bổ trợ khác trên mạng có thể giúp người học mở rộng kiến thức của mình. Tuy nhiên, người học cần chọn lọc các nguồn tài liệu uy tín để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy.

2.3. Xây Dựng Modern Physics Syllabus Học Tập Chi Tiết

Việc có một Modern Physics Syllabus học tập chi tiết giúp người học có kế hoạch rõ ràng và phân bổ thời gian hợp lý cho từng chủ đề. Nên xác định mục tiêu học tập cụ thể và chia nhỏ các chủ đề lớn thành các phần nhỏ hơn để dễ dàng tiếp thu hơn.

III. Phương Pháp Hiểu Sâu Quantum Physics và Relativity SEO

Để hiểu sâu sắc về Quantum PhysicsRelativity, người học cần nắm vững các nguyên lý cơ bản và cách áp dụng chúng vào các bài toán cụ thể. Việc học tập không nên chỉ dừng lại ở việc ghi nhớ công thức mà cần phải hiểu rõ ý nghĩa vật lý của chúng. Các ý tưởng lượng tử và tương đối tính được xem xét đầu tiên để cung cấp một khuôn khổ cho sự hiểu biết về vật lý của nguyên tử và hạt nhân. Quan trọng là phải hiểu rằng không có một lý thuyết duy nhất nào có thể mô tả hoàn toàn tất cả các hiện tượng vật lý, vì vậy hãy mở lòng với những quan điểm khác nhau. Quantum PhysicsRelativity là hai lĩnh vực phức tạp nhưng đầy thú vị trong vật lý hiện đại. Để thực sự nắm vững các khái niệm trong hai lĩnh vực này, người học cần một phương pháp tiếp cận có hệ thống và hiệu quả. Việc xây dựng một nền tảng vững chắc, áp dụng toán học vào các bài toán cụ thể, sử dụng các mô hình trực quan và tham gia thảo luận nhóm là những bước quan trọng giúp người học hiểu sâu sắc và toàn diện về Quantum PhysicsRelativity.

3.1. Nắm Vững Các Nguyên Lý Cơ Bản của Quantum Theory

Để hiểu Quantum Theory, cần nắm vững các khái niệm như Wave-Particle Duality, The Schrödinger EquationHeisenberg Uncertainty Principle. Việc hiểu rõ các khái niệm này giúp người học hình dung được thế giới lượng tử kỳ lạ và khác biệt so với thế giới cổ điển. Cần chú ý đến sự khác biệt giữa cơ học cổ điển và cơ học lượng tử, và chấp nhận rằng thế giới lượng tử có thể không tuân theo trực giác thông thường. Cần xây dựng nền tảng vững chắc về toán học, bao gồm giải tích, đại số tuyến tính và phương trình vi phân, để hiểu được các công thức và mô hình toán học được sử dụng trong lý thuyết lượng tử.

3.2. Khám Phá Special Relativity và General Relativity

Để hiểu Special RelativityGeneral Relativity, cần nắm vững các khái niệm như Time Dilation, Length ContractionSpacetime. Việc hiểu rõ các khái niệm này giúp người học hình dung được không gian và thời gian bị biến dạng như thế nào khi vận tốc tiến gần đến vận tốc ánh sáng và trong trường hấp dẫn mạnh. Cần tìm hiểu kỹ về các thí nghiệm chứng minh thuyết tương đối, chẳng hạn như thí nghiệm Michelson-Morley và thí nghiệm đo độ lệch của ánh sáng trong trường hấp dẫn của Mặt Trời.

3.3. Áp Dụng Kiến Thức vào Modern Physics Course Thực Tế

Tham gia Modern Physics Course giúp người học có cơ hội trao đổi kiến thức, thảo luận các vấn đề và được hướng dẫn bởi các giảng viên có kinh nghiệm. Việc tham gia các hoạt động thực hành và thí nghiệm giúp người học củng cố kiến thức và rèn luyện kỹ năng. Tham gia các hội thảo và buổi nói chuyện về vật lý hiện đại để cập nhật những khám phá và tiến bộ mới nhất trong lĩnh vực này.

IV. Ứng Dụng Concepts of Modern Physics Trong Thực Tế

Concepts of Modern Physics không chỉ là lý thuyết suông mà còn có nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống và công nghệ. Từ Nuclear Physics đến Solid State Physics, từ công nghệ laser đến điện tử bán dẫn, vật lý hiện đại đóng vai trò then chốt trong nhiều lĩnh vực. Một trong những ứng dụng nổi bật của vật lý hiện đại là trong lĩnh vực điện tử. Các thiết bị điện tử hiện đại như điện thoại thông minh, máy tính và máy tính bảng đều dựa trên các nguyên lý của vật lý bán dẫn, một lĩnh vực quan trọng của vật lý hiện đại. Vật lý hiện đại còn có ứng dụng trong lĩnh vực y học. Các kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh như chụp X-quang, chụp cắt lớp vi tính (CT scan) và chụp cộng hưởng từ (MRI) đều dựa trên các nguyên lý của vật lý hạt nhân và vật lý lượng tử. Ngoài ra, vật lý hiện đại còn được sử dụng trong lĩnh vực năng lượng. Các nhà máy điện hạt nhân sử dụng năng lượng hạt nhân để sản xuất điện. Năng lượng hạt nhân là một nguồn năng lượng sạch và hiệu quả, có thể giúp giảm sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng hóa thạch.

4.1. Particle Physics và Các Ứng Dụng Trong Y Học

Particle Physics không chỉ giúp chúng ta hiểu về cấu trúc cơ bản của vật chất mà còn có nhiều ứng dụng trong y học, chẳng hạn như trong việc điều trị ung thư bằng xạ trị và trong việc chẩn đoán bệnh bằng kỹ thuật PET (Positron Emission Tomography).

4.2. Solid State Physics và Sự Phát Triển của Công Nghệ Bán Dẫn

Solid State Physics là nền tảng cho sự phát triển của công nghệ bán dẫn, từ đó tạo ra các thiết bị điện tử nhỏ gọn, mạnh mẽ và tiết kiệm năng lượng. Các thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, từ điện thoại thông minh đến máy tính và các thiết bị gia dụng.

4.3. Laser Physics và Ứng Dụng Trong Thông Tin Liên Lạc

Laser Physics không chỉ giúp chúng ta tạo ra các nguồn ánh sáng mạnh và chính xác mà còn có nhiều ứng dụng trong thông tin liên lạc, chẳng hạn như trong cáp quang và trong các thiết bị đọc đĩa CD/DVD. Một khám phá đáng chú ý là vào năm 1917, Einstein đã giới thiệu ý tưởng về phát xạ bức xạ kích thích, một ý tưởng đã mang lại kết quả bốn mươi năm sau đó trong việc phát minh ra laser.

V. Modern Physics Download Tài Nguyên Học Tập Online

Ngày nay, việc tìm kiếm Modern Physics Download không còn là điều khó khăn. Các nguồn tài liệu online cung cấp nhiều lựa chọn, từ sách điện tử, bài giảng video đến các bài tập thực hành. Tuy nhiên, cần cẩn trọng lựa chọn nguồn tài liệu uy tín để đảm bảo chất lượng và tính chính xác. Vật lý hiện đại tiếp tục là một lĩnh vực nghiên cứu tích cực. Để hỗ trợ việc học tập và nghiên cứu, có rất nhiều tài nguyên trực tuyến có sẵn. Tuy nhiên, điều quan trọng là phải lựa chọn những nguồn đáng tin cậy và có uy tín để đảm bảo rằng bạn đang học từ thông tin chính xác và cập nhật. Có rất nhiều lựa chọn để bạn tải xuống sách điện tử, bài giảng video và các bài tập thực hành. Tuy nhiên, trước khi tải xuống bất kỳ tài liệu nào, hãy đảm bảo kiểm tra nguồn gốc và tính xác thực của nó. Hãy tìm kiếm các trang web và tổ chức uy tín để đảm bảo rằng bạn đang học từ các nguồn tài liệu chất lượng cao.

5.1. Tìm Kiếm Modern Physics PDF Chất Lượng Cao

Nhiều trường đại học và tổ chức khoa học cung cấp Modern Physics PDF miễn phí hoặc với chi phí thấp. Hãy tìm kiếm trên các trang web của các trường đại học danh tiếng hoặc các thư viện trực tuyến để tìm kiếm tài liệu phù hợp.

5.2. Tận Dụng Modern Physics Course Online

Các khóa học Modern Physics Course online cung cấp cơ hội học tập linh hoạt và tương tác với các giảng viên và học viên khác. Hãy tìm kiếm các khóa học trên các nền tảng học tập trực tuyến như Coursera, edX hoặc Udacity.

5.3. Tham Gia Cộng Đồng Physics Solutions Manual Online

Các diễn đàn và nhóm trực tuyến về vật lý là nơi tuyệt vời để trao đổi kiến thức, đặt câu hỏi và tìm kiếm Physics Solutions Manual. Hãy tham gia các cộng đồng này để học hỏi từ những người khác và chia sẻ kiến thức của bạn.

VI. Hướng Đến Tương Lai của Modern Physics và Nghiên Cứu

Modern Physics vẫn đang tiếp tục phát triển và khám phá những bí ẩn của vũ trụ. Các nghiên cứu về Cosmology, AstrophysicsQuantum Field Theory hứa hẹn sẽ mang lại những khám phá đột phá trong tương lai. Ngày nay, không gian vật lý và vũ trụ học là những lĩnh vực quan trọng cần nắm bắt. Ngày nay, có vô số câu hỏi thú vị vẫn chưa có lời giải đáp, từ bản chất của vật chất tối đến nguồn gốc của vũ trụ.

6.1. Cosmology và Các Câu Hỏi Về Nguồn Gốc Vũ Trụ

Các nhà vũ trụ học đang cố gắng tìm hiểu về nguồn gốc, sự tiến hóa và cấu trúc của vũ trụ. Các câu hỏi lớn như bản chất của vật chất tối, năng lượng tối và sự giãn nở của vũ trụ vẫn còn là những thách thức lớn.

6.2. Astrophysics và Nghiên Cứu về Các Thiên Thể

Các nhà vật lý thiên văn đang nghiên cứu về các thiên thể như sao, hành tinh, thiên hà và lỗ đen. Các nghiên cứu này giúp chúng ta hiểu rõ hơn về quá trình hình thành và tiến hóa của các thiên thể, cũng như về các hiện tượng vật lý xảy ra trong vũ trụ.

6.3. Quantum Field Theory và Thống Nhất Các Lực Tự Nhiên

Quantum Field Theory là một nỗ lực để thống nhất các lực tự nhiên (lực hấp dẫn, lực điện từ, lực hạt nhân mạnh và lực hạt nhân yếu) thành một lý thuyết duy nhất. Thành công của lý thuyết này sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về bản chất của vũ trụ và các quy luật vật lý chi phối nó.

28/09/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

bei48482_FM 1/11/02 2:54 PM Page i Concepts of Modern Physics Sixth Edition Arthur Beiser Boston Burr Ridge, IL Dubuque, IA Madison, WI New York San Francisco St. Louis Bangkok Bogotá Caracas Kuala Lumpur Lisbon London Madrid Mexico City Milan Montreal New Delhi Santiago Seoul Singapore Sydney Taipei Toronto bei48482_fm.qxd 4/8/03 20:42 Page ii RKAUL-7 Rkaul-07:Desktop Folder:bei: McGraw-Hill Higher Education A Division of The McGraw-Hill Companies CONCEPTS OF MODERN PHYSICS, SIXTH EDITION Published by McGraw-Hill, a business unit of The McGraw-Hill Companies, Inc., 1221 Avenue of the Americas, New York, NY 10020. Copyright © 2003, 1995, 1987, 1981, 1973, 1967, 1963 by The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

No part of this publication may be reproduced or distributed in any form or by any means, or stored in a database or retrieval system, without the prior written consent of The McGraw-Hill Companies, Inc., including, but not limited to, in any network or other electronic storage or transmission, or broadcast for distance learning. Some ancillaries, including electronic and print components, may not be available to customers outside the United States. This book is printed on acid-free paper. International 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 VNH/VNH 0 9 8 7 6 5 4 3 2 Domestic 2 3 4 5 6 7 8 9 0 VNH/VNH 0 9 8 7 6 5 4 3 ISBN 0–07–244848–2 ISBN 0–07–115096–X (ISE) Publisher: Kent A.

Peterson Sponsoring editor: Daryl Bruflodt Developmental editor: Mary E. Haas Marketing manager: Debra B. Hash Senior project manager: Joyce M. Berendes Senior production supervisor: Laura Fuller Coordinator of freelance design: Rick D.

Noel Interior design: Kathleen Theis Cover design: Joshua Van Drake Cover image: Courtesy of Brookhaven National Laboratory, Soleniodal Tracker At RHIC (STAR) Experiment. Image: First Gold Beam-Beam Collision Events at Relativistic Heavy Ion Collider. Senior photo research coordinator: Lori Hancock Photo research: Chris Hammond/Photo Find LLC Senior supplement producer: Tammy Juran Compositor: TECHBOOKS Typeface: 10/12 Berkley Old Style Printer: Von Hoffmann Press, Inc. The credits section for this book begins on page 529 and is considered an extension of the copyright page.

Library of Congress Cataloging-in-Publication Data Beiser, Arthur. Concepts of modern physics.B45 2003 2001044743 CIP INTERNATIONAL EDITION ISBN 0–07–115096–X Copyright © 2003. Exclusive rights by The McGraw-Hill Companies, Inc., for manufacture and export. This book cannot be re-exported from the country to which it is sold by McGraw-Hill.

The International Edition is not available in North America.com bei48482_FM 2/4/02 12:12 PM Page iii Contents Preface xii CHAPTER 1 Relativity 1 1.1Special Relativity 2 All motion is relative; the speed of light in free space is the same for all observers 1.2 Time Dilation 5 A moving clock ticks more slowly than a clock at rest 1.3 Doppler Effect 10 Why the universe is believed to be expanding 1.4 Length Contraction 15 Faster means shorter 1.5 Twin Paradox 17 A longer life, but it will not seem longer 1.6 Electricity and Magnetism 19 Relativity is the bridge 1.7 Relativistic Momentum 22 Redefining an important quantity 1.8 Mass and Energy 26 Where E0  mc comes from 2 1.9 Energy and Momentum 30 How they fit together in relativity 1.10 General Relativity 33 Gravity is a warping of spacetime APPENDIX I: The Lorentz Transformation 37 APPENDIX II: Spacetime 46 iii bei48482_FM 1/11/02 2:54 PM Page iv iv Contents CHAPTER 2 Particle Properties of Waves 52 2.1 Electromagnetic Waves 53 Coupled electric and magnetic oscillations that move with the speed of light and exhibit typical wave behavior 2.2 Blackbody Radiation 57 Only the quantum theory of light can explain its origin 2.3 Photoelectric Effect 62 The energies of electrons liberated by light depend on the frequency of the light 2.4 What Is Light? 67 Both wave and particle 2.5 X-Rays 68 They consist of high-energy photons 2.6 X-Ray Diffraction 72 How x-ray wavelengths can be determined 2.7 Compton Effect 75 Further confirmation of the photon model 2.8 Pair Production 79 Energy into matter 2.9 Photons and Gravity 85 Although they lack rest mass, photons behave as though they have gravitational mass CHAPTER 3 Wave Properties of Particles 92 3.1 De Broglie Waves 93 A moving body behaves in certain ways as though it has a wave nature 3.2 Waves of What? 95 Waves of probability 3.3 Describing a Wave 96 A general formula for waves 3.4 Phase and Group Velocities 99 A group of waves need not have the same velocity as the waves themselves 3.5 Particle Diffraction 104 An experiment that confirms the existence of de Broglie waves bei48482_FM 1/11/02 2:54 PM Page v Contents v 3.6 Particle in a Box 106 Why the energy of a trapped particle is quantized 3.7 Uncertainty Principle I 108 We cannot know the future because we cannot know the present 3.8 Uncertainty Principle II 113 A particle approach gives the same result 3.9 Applying the Uncertainty Principle 114 A useful tool, not just a negative statement CHAPTER 4 Atomic Structure 119 4.1The Nuclear Atom 120 An atom is largely empty space 4.2 Electron Orbits 124 The planetary model of the atom and why it fails 4.3 Atomic Spectra 127 Each element has a characteristic line spectrum 4.4 The Bohr Atom 130 Electron waves in the atom 4.5 Energy Levels and Spectra 133 A photon is emitted when an electron jumps from one energy level to a lower level 4.6 Correspondence Principle 138 The greater the quantum number, the closer quantum physics approaches classical physics 4.7 Nuclear Motion 140 The nuclear mass affects the wavelengths of spectral lines 4.8 Atomic Excitation 142 How atoms absorb and emit energy 4.9 The Laser 145 How to produce light waves all in step APPENDIX: Rutherford Scattering 152 CHAPTER 5 Quantum Mechanics 160 5.1 Quantum Mechanics 161 Classical mechanics is an approximation of quantum mechanics bei48482_FM 1/11/02 2:54 PM Page vi vi Contents 5.2 The Wave Equation 163 It can have a variety of solutions, including complex ones 5.3 Schrödinger’s Equation: Time-Dependent Form 166 A basic physical principle that cannot be derived from anything else 5.4 Linearity and Superposition 169 Wave functions add, not probabilities 5.5 Expectation Values 170 How to extract information from a wave function 5.6 Operators 172 Another way to find expectation values 5.7 Schrödinger’s Equation: Steady-State Form 174 Eigenvalues and eigenfunctions 5.8 Particle in a Box 177 How boundary conditions and normalization determine wave functions 5.9 Finite Potential Well 183 The wave function penetrates the walls, which lowers the energy levels 5.10 Tunnel Effect 184 A particle without the energy to pass over a potential barrier may still tunnel through it 5.11 Harmonic Oscillator 187 Its energy levels are evenly spaced APPENDIX: The Tunnel Effect 193 CHAPTER 6 Quantum Theory of the Hydrogen Atom 200 6.1 Schrödinger’s Equation for the Hydrogen Atom 201 Symmetry suggests spherical polar coordinates 6.2 Separation of Variables 203 A differential equation for each variable 6.3 Quantum Numbers 205 Three dimensions, three quantum numbers 6.4 Principal Quantum Number 207 Quantization of energy 6.5 Orbital Quantum Number 208 Quantization of angular-momentum magnitude 6.6 Magnetic Quantum Number 210 Quantization of angular-momentum direction bei48482_FM 1/11/02 2:54 PM Page vii Contents vii 6.7 Electron Probability Density 212 No definite orbits 6.8 Radiative Transitions 218 What happens when an electron goes from one state to another 6.9 Selection Rules 220 Some transitions are more likely to occur than others 6.10 Zeeman Effect 223 How atoms interact with a magnetic field CHAPTER 7 Many-Electron Atoms 228 7.1Electron Spin 229 Round and round it goes forever 7.2 Exclusion Principle 231 A different set of quantum numbers for each electron in an atom 7.3 Symmetric and Antisymmetric Wave Functions 233 Fermions and bosons 7.4 Periodic Table 235 Organizing the elements 7.5 Atomic Structures 238 Shells and subshells of electrons 7.6 Explaining the Periodic Table 240 How an atom’s electron structure determines its chemical behavior 7.7 Spin-Orbit Coupling 247 Angular momenta linked magnetically 7.8 Total Angular Momentum 249 Both magnitude and direction are quantized 7.9 X-Ray Spectra 254 They arise from transitions to inner shells APPENDIX: Atomic Spectra 259 CHAPTER 8 Molecules 266 8.1 The Molecular Bond 267 Electric forces hold atoms together to form molecules bei48482_FM 1/11/02 2:54 PM Page viii viii Contents 8.2 Electron Sharing 269 The mechanism of the covalent bond 8.3 The H2 Molecular Ion 270 Bonding requires a symmetric wave function 8.4 The Hydrogen Molecule 274 The spins of the electrons must be antiparallel 8.5 Complex Molecules 276 Their geometry depends on the wave functions of the outer electrons of their atoms 8.6 Rotational Energy Levels 282 Molecular rotational spectra are in the microwave region 8.7 Vibrational Energy Levels 285 A molecule may have many different modes of vibration 8.8 Electronic Spectra of Molecules 291 How fluorescence and phsophorescence occur CHAPTER 9 Statistical Mechanics 296 9.1 Statistical Distributions 297 Three different kinds 9.2 Maxwell-Boltzmann Statistics 298 Classical particles such as gas molecules obey them 9.3 Molecular Energies in an Ideal Gas 300 3 They vary about an average of 2 kT 9.4 Quantum Statistics 305 Bosons and fermions have different distribution functions 9.5 Rayleigh-Jeans Formula 311 The classical approach to blackbody radiation 9.6 Planck Radiation Law 313 How a photon gas behaves 9.7 Einstein’s Approach 318 Introducing stimulated emission 9.8 Specific Heats of Solids 320 Classical physics fails again 9.9 Free Electrons in a Metal 323 No more than one electron per quantum state bei48482_FM 1/11/02 2:54 PM Page ix Contents ix 9.10 Electron-Energy Distribution 325 Why the electrons in a metal do not contribute to its specific heat except at very high and very low temperatures 9.11 Dying Stars 327 What happens when a star runs out of fuel CHAPTER 10 The Solid State 335 10.1 Crystalline and Amorphous Solids 336 Long-range and short-range order 10.2 Ionic Crystals 338 The attraction of opposites can produce a stable union 10.3 Covalent Crystals 342 Shared electrons lead to the strongest bonds 10.4 Van der Waals Bond 345 Weak but everywhere 10.5 Metallic Bond 348 A gas of free electrons is responsible for the characteristic properties of a metal 10.6 Band Theory of Solids 354 The energy band structure of a solid determines whether it is a conductor, an insulator, or a semiconductor 10.7 Semiconductor Devices 361 The properties of the p-n junction are responsible for the microelectronics industry 10.8 Energy Bands: Alternative Analysis 369 How the periodicity of a crystal lattice leads to allowed and forbidden bands 10.9 Superconductivity 376 No resistance at all, but only at very low temperatures (so far) 10.10 Bound Electron Pairs 381 The key to superconductivity CHAPTER 11 Nuclear Structure 387 11.1 Nuclear Composition 388 Atomic nuclei of the same element have the same numbers of protons but can have different numbers of neutrons bei48482_FM 1/11/02 2:54 PM Page x x Contents 11.2 Some Nuclear Properties 392 Small in size, a nucleus may have angular momentum and a magnetic moment 11.3 Stable Nuclei 396 Why some combinations of neutrons and protons are more stable than others 11.4 Binding Energy 399 The missing energy that keeps a nucleus together 11.5 Liquid-Drop Model 403 A simple explanation for the binding-energy curve 11.6 Shell Model 408 Magic numbers in the nucleus 11.7 Meson Theory of Nuclear Forces 412 Particle exchange can produce either attraction or repulsion CHAPTER 12 Nuclear Transformations 418 12.1 Radioactive Decay 419 Five kinds 12.2 Half-Life 424 Less and less, but always some left 12.3 Radioactive Series 430 Four decay sequences that each end in a stable daughter 12.4 Alpha Decay 432 Impossible in classical physics, it nevertheless occurs 12.5 Beta Decay 436 Why the neutrino should exist and how it was discovered 12.6 Gamma Decay 440 Like an excited atom, an excited nucleus can emit a photon 12.7 Cross Section 441 A measure of the likelihood of a particular interaction 12.8 Nuclear Reactions 446 In many cases, a compound nucleus is formed first 12.9 Nuclear Fission 450 Divide and conquer 12.10 Nuclear Reactors 454 E0  mc  $$$ 2 bei48482_FM 2/4/02 2:27 PM Page xi Contents xi 12.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ