Vật lý hiện đại cho nhà khoa học và kỹ sư - Thornton & Rex (4th Edition)

Tài liệu Sách vật lý hiện đại cho khoa học và kỹ sư (4th edition) tổng hợp lý thuyết và thực hành, phục vụ học tập ngành công nghệ thông tin

Trường đại học

University Of Virginia, University Of Puget Sound

Chuyên ngành

Physics

Tác giả

Stephen T. Thornton

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Textbook

2013

696
1
0

Phí lưu trữ

135 Point

Mục lục chi tiết

LỜI NÓI ĐẦU

1. CHƯƠNG 1: SỰ RA ĐỜI CỦA VẬT LÝ HIỆN ĐẠI

1.1. Vật lý cổ điển những năm 1890

1.1.1. Cơ học

1.1.2. Điện từ học

1.1.3. Nhiệt động lực học

1.2. Thuyết động học chất khí

1.3. Sóng và hạt

1.4. Các định luật bảo toàn và các lực cơ bản

1.4.1. Các lực cơ bản

1.5. Thuyết nguyên tử của vật chất

1.6. Những câu hỏi chưa có lời giải năm 1895 và những chân trời mới

1.6.1. Ở phía chân trời

1.7. Tóm tắt

2. CHƯƠNG 2: THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP

2.1. Nhu cầu rõ ràng về Ê-te

2.2. Thí nghiệm Michelson-Morley

2.3. Phép biến đổi Lorentz

2.4. Sự giãn thời gian và sự co độ dài

2.4.1. Sự giãn thời gian

2.4.2. Sự co độ dài

2.5. Phép cộng vận tốc

2.6. Kiểm chứng thực nghiệm

2.6.1. Sự phân rã của Muon

2.6.2. Đo lường bằng đồng hồ nguyên tử

2.6.3. Cộng vận tốc

2.6.4. Kiểm tra tính đối xứng Lorentz

2.7. Không-thời gian

2.8. Hiệu ứng Doppler

2.8.1. Chuyên đề đặc biệt: Các ứng dụng của hiệu ứng Doppler

2.9. Động lượng tương đối tính

2.10. Năng lượng tương đối tính

2.10.1. Năng lượng toàn phần và năng lượng nghỉ

2.10.2. Sự tương đương khối lượng và năng lượng

2.10.3. Mối quan hệ giữa năng lượng và động lượng

2.10.4. Các hạt không khối lượng

2.11. Tính toán trong vật lý hiện đại

2.11.1. Năng lượng liên kết

2.12. Điện từ học và thuyết tương đối

2.13. Tóm tắt

3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ THỰC NGHIỆM CỦA VẬT LÝ LƯỢNG TỬ

3.1. Khám phá ra tia X và electron

3.2. Xác định điện tích electron

3.3. Quang phổ vạch

3.3.1. Chuyên đề đặc biệt: Sự khám phá ra Heli

3.4. Hiệu ứng quang điện

3.4.1. Kết quả thực nghiệm của hiệu ứng quang điện

3.4.2. Giải thích cổ điển

3.4.3. Thuyết của Einstein

3.4.4. Giải thích lượng tử

3.5. Sự sinh cặp và hủy cặp

3.6. Tóm tắt

4. CHƯƠNG 4: CẤU TRÚC NGUYÊN TỬ

4.1. Các mô hình nguyên tử của Thomson và Rutherford

4.1.1. Chuyên đề đặc biệt: Huân tước Rutherford xứ Nelson

4.2. Mô hình nguyên tử cổ điển

4.3. Mô hình Bohr cho nguyên tử Hydro

4.3.1. Nguyên lý tương ứng

4.4. Thành công và hạn chế của mô hình Bohr

4.4.1. Hiệu chỉnh khối lượng rút gọn

4.4.2. Các hạn chế khác

4.5. Quang phổ tia X đặc trưng và số nguyên tử

4.6. Sự kích thích nguyên tử bởi electron

4.7. Tóm tắt

5. CHƯƠNG 5: TÍNH CHẤT SÓNG CỦA VẬT CHẤT VÀ CƠ HỌC LƯỢNG TỬ I

5.1. Tán xạ tia X

5.2. Sóng De Broglie

5.2.1. Điều kiện lượng tử hóa của Bohr

5.2.2. Chuyên đề đặc biệt: Phòng thí nghiệm Cavendish

5.3. Tán xạ electron

5.4. Sóng hay hạt?

5.5. Xác suất, hàm sóng và cách diễn giải Copenhagen

5.5.1. Cách diễn giải Copenhagen

5.6. Hạt trong giếng thế

5.7. Tóm tắt

6. CHƯƠNG 6: CƠ HỌC LƯỢNG TỬ II

6.1. Phương trình sóng Schrödinger

6.1.1. Chuẩn hóa và xác suất

6.1.2. Tính chất của các hàm sóng hợp lệ

6.1.3. Phương trình sóng Schrödinger không phụ thuộc thời gian

6.2. Giếng thế vuông vô hạn

6.3. Giếng thế vuông hữu hạn

6.4. Giếng thế vô hạn ba chiều

6.5. Dao động tử điều hòa đơn giản

6.6. Rào thế và hiệu ứng xuyên hầm

6.6.1. Rào thế với E > V0

6.6.2. Rào thế với E < V0

6.6.3. Giếng thế

6.6.4. Sự phân rã hạt alpha

6.6.5. Chuyên đề đặc biệt: Kính hiển vi quét đầu dò

6.7. Tóm tắt

7. CHƯƠNG 7: NGUYÊN TỬ HYDRO

7.1. Ứng dụng phương trình Schrödinger cho nguyên tử hydro

7.2. Nghiệm của phương trình Schrödinger cho hydro

7.2.1. Tách biến

7.2.2. Nghiệm của phương trình bán kính

7.2.3. Nghiệm của các phương trình góc và góc phương vị

7.2.4. Số lượng tử chính n

7.2.5. Số lượng tử mômen động lượng quỹ đạo l

7.2.6. Số lượng tử từ m_l

7.3. Các hiệu ứng từ lên quang phổ nguyên tử — Hiệu ứng Zeeman thường

7.4. Các mức năng lượng và xác suất electron

7.4.1. Chuyên đề đặc biệt: Hydro và bước chuyển dịch vạch 21-cm

7.4.2. Quy tắc chọn lọc

7.4.3. Các hàm phân bố xác suất

7.5. Tóm tắt

8. CHƯƠNG 8: VẬT LÝ NGUYÊN TỬ

8.1. Cấu trúc nguyên tử và Bảng tuần hoàn

8.1.1. Khí hiếm

8.1.2. Kim loại kiềm

8.1.3. Kim loại kiềm thổ

8.1.4. Halogen

8.1.5. Kim loại chuyển tiếp

8.1.6. Họ Lantan

8.1.7. Chuyên đề đặc biệt: Các nguyên tử Rydberg

8.1.8. Họ Actini

8.2. Mômen động lượng toàn phần

8.2.1. Nguyên tử một electron

8.2.2. Nguyên tử nhiều electron

8.2.3. Ghép cặp LS

8.2.4. Ghép cặp jj

8.3. Hiệu ứng Zeeman dị thường

8.4. Tóm tắt

9. CHƯƠNG 9: VẬT LÝ THỐNG KÊ

9.1. Tổng quan lịch sử

9.2. Phân bố vận tốc Maxwell

9.3. Định lý phân bố đều năng lượng

9.4. Phân bố tốc độ Maxwell

9.5. Thống kê cổ điển và lượng tử

9.5.1. Các phân bố cổ điển

9.5.2. Các phân bố lượng tử

9.6. Thống kê Fermi-Dirac

9.6.1. Giới thiệu về thuyết Fermi-Dirac

9.6.2. Thuyết cổ điển về độ dẫn điện

9.6.3. Thuyết lượng tử về độ dẫn điện

9.7. Thống kê Bose-Einstein

9.7.1. Bức xạ vật đen

9.7.2. Heli lỏng

9.7.3. Chuyên đề đặc biệt: Siêu lỏng 3He

9.7.4. Tính đối xứng của hàm sóng Boson

9.7.5. Sự ngưng tụ Bose-Einstein trong chất khí

9.8. Tóm tắt

10. CHƯƠNG 10: PHÂN TỬ, LASER VÀ CHẤT RẮN

10.1. Liên kết phân tử và quang phổ

10.1.1. Các liên kết phân tử

10.1.2. Các trạng thái quay

10.1.3. Các trạng thái dao động

10.1.4. Kết hợp dao động và quay

10.2. Bức xạ kích thích và Laser

10.2.1. Các ứng dụng khoa học của Laser

10.2.2. Toàn ảnh

10.2.3. Vướng víu lượng tử, viễn tải và thông tin

10.2.4. Các ứng dụng khác của Laser

10.3. Tính chất cấu trúc của chất rắn

10.4. Tính chất nhiệt và từ của chất rắn

10.4.1. Sự giãn nở nhiệt

10.4.2. Độ dẫn nhiệt

10.4.3. Tính chất từ

10.4.4. Hiện tượng nghịch từ

10.4.5. Hiện tượng thuận từ

10.4.6. Hiện tượng sắt từ

10.4.7. Hiện tượng phản sắt từ và feri từ

10.5. Tìm kiếm nhiệt độ chuyển pha Tc cao hơn

10.5.1. Chuyên đề đặc biệt: Các phương pháp nhiệt độ thấp

10.5.2. Các loại vật liệu siêu dẫn khác

10.6. Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn

10.6.1. Lớp tiếp xúc Josephson

10.6.2. Tàu đệm từ Maglev

10.6.3. Sản xuất và truyền tải điện năng

10.6.4. Các ứng dụng khoa học và y tế khác

10.7. Tóm tắt

11. CHƯƠNG 11: LÝ THUYẾT VÀ LINH KIỆN BÁN DẪN

11.1. Lý thuyết vùng năng lượng của chất rắn

11.1.1. Mô hình Kronig-Penney

11.1.2. Thuyết vùng và độ dẫn điện

11.2. Lý thuyết bán dẫn

11.2.1. Chuyên đề đặc biệt: Hiệu ứng Hall lượng tử

11.2.2. Hiệu ứng nhiệt điện

11.3. Linh kiện bán dẫn

11.3.1. Đi-ốt

11.3.2. Bộ chỉnh lưu

11.3.3. Đi-ốt Zener

11.3.4. Đi-ốt phát quang (LED)

11.3.5. Pin quang điện

11.3.6. Transistor

11.3.7. Transistor hiệu ứng trường (FET)

11.3.8. Rào Schottky

11.3.9. Laser bán dẫn

11.3.10. Mạch tích hợp (IC)

11.4. Công nghệ nano và các ứng dụng

11.4.1. Ống nano carbon

11.4.2. Điện tử học kích thước nano

11.4.3. Chấm lượng tử

11.4.4. Công nghệ nano và khoa học sự sống

11.4.5. Khoa học thông tin

11.5. Tóm tắt

12. CHƯƠNG 12: HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ

12.1. Khám phá ra neutron

12.2. Các tính chất của hạt nhân

12.2.1. Kích thước và hình dạng của hạt nhân

12.2.2. Mật độ hạt nhân

12.2.3. Spin nội tại

12.2.4. Mômen từ nội tại

12.2.5. Cộng hưởng từ hạt nhân

12.3. Hạt Deutêri

12.4. Lực hạt nhân

12.5. Độ bền hạt nhân

12.6. Các mô hình hạt nhân

12.7. Phân rã Alpha, Beta và Gamma

12.7.1. Phân rã Alpha

12.7.2. Phân rã Beta

12.7.3. Chuyên đề đặc biệt: Phát hiện Neutrino

12.7.4. Phân rã Gamma

12.8. Các hạt nhân phóng xạ

12.8.1. Xác định niên đại bằng đồng vị chì

12.8.2. Xác định niên đại bằng carbon phóng xạ

12.8.3. Chuyên đề đặc biệt: Sự hình thành và tuổi của Trái Đất

12.9. Tóm tắt

13. CHƯƠNG 13: TƯƠNG TÁC HẠT NHÂN VÀ ỨNG DỤNG

13.1. Các phản ứng hạt nhân

13.1.1. Tiết diện phản ứng

13.2. Cơ chế phản ứng

13.2.1. Hạt nhân hợp phần

13.2.2. Phản ứng trực tiếp

13.3. Sự phân hạch

13.3.1. Phân hạch kích thích

13.3.2. Phân hạch neutron nhiệt

13.3.3. Phản ứng dây chuyền

13.4. Các vấn đề về lò phản ứng hạt nhân

13.4.1. Lò phản ứng tái sinh

13.4.2. Các hệ thống năng lượng hạt nhân tương lai

13.4.3. Chuyên đề đặc biệt: Các lò phản ứng phân hạch thời kỳ đầu

13.5. Sự nhiệt hạch

13.5.1. Sự hình thành các nguyên tố

13.5.2. Nhiệt hạch trên Trái Đất

13.5.3. Các phản ứng nhiệt hạch có kiểm soát

13.6. Các ứng dụng đặc biệt

13.6.1. Y học

13.6.2. Khảo cổ học

13.6.3. Nghệ thuật

13.6.4. Điều tra tội phạm

13.6.5. Khai khoáng và dầu khí

13.6.6. Vật liệu

13.6.7. Các hệ thống năng lượng nhỏ

13.6.8. Các nguyên tố mới

13.6.9. Chuyên đề đặc biệt: Cuộc tìm kiếm các nguyên tố mới

13.7. Tóm tắt

14. CHƯƠNG 14: VẬT LÝ CÁC HẠT CƠ BẢN

14.1. Những khám phá đầu tiên

14.1.1. Positron

14.1.2. Meson của Yukawa

14.2. Các tương tác cơ bản

14.3. Phân loại các hạt

14.3.1. Lepton

14.3.2. Hadron

14.3.3. Các hạt và thời gian sống

14.4. Các định luật bảo toàn và tính đối xứng

14.4.1. Bảo toàn Baryon

14.4.2. Bảo toàn Lepton

14.4.3. Độ lạ

14.4.4. Các tính đối xứng

14.5. Quark

14.5.1. Mô tả hạt bằng mô hình Quark

14.5.2. Màu

14.5.3. Sự giam hãm

14.6. Các họ vật chất

14.7. Vượt ra ngoài Mô hình Chuẩn

14.7.1. Dao động Neutrino

14.7.2. Vật chất - Phản vật chất

14.7.3. Các lý thuyết thống nhất lớn

14.7.4. Chuyên đề đặc biệt: Sự khéo léo trong thực nghiệm

14.8. Máy gia tốc

14.8.1. Synchrotron

14.8.2. Máy gia tốc tuyến tính

14.8.3. Máy gia tốc bia cố định

14.8.4. Máy va chạm

14.9. Tóm tắt

15. CHƯƠNG 15: THUYẾT TƯƠNG ĐỐI TỔNG QUÁT

15.1. Các nguyên lý của Thuyết tương đối tổng quát

15.1.1. Nguyên lý tương đương

15.1.2. Độ cong không-thời gian

15.2. Các phép kiểm chứng Thuyết tương đối tổng quát

15.2.1. Sự uốn cong của ánh sáng

15.2.2. Dịch chuyển đỏ do hấp dẫn

15.2.3. Sự dịch chuyển điểm cận nhật của Sao Thủy

15.2.4. Sự trễ ánh sáng

15.3. Sóng hấp dẫn

15.4. Lỗ đen

15.4.1. Chuyên đề đặc biệt: Phát hiện sóng hấp dẫn

15.5. Tóm tắt

16. CHƯƠNG 16: VŨ TRỤ HỌC VÀ THIÊN VĂN VẬT LÝ HIỆN ĐẠI — KHỞI ĐẦU VÀ KẾT THÚC

16.1. Bằng chứng về Vụ Nổ Lớn

16.1.1. Các phép đo của Hubble

16.1.2. Bức xạ phông vi sóng vũ trụ

16.1.3. Tổng hợp hạt nhân nguyên thủy

16.1.4. Nghịch lý Olbers

16.2. Vụ Nổ Lớn

16.3. Tiến hóa sao

16.3.1. Số phận cuối cùng của các ngôi sao

16.3.2. Chuyên đề đặc biệt: Thời gian, độ dài và khối lượng Planck

16.4. Các thiên thể vũ trụ

16.4.1. Nhân thiên hà hoạt động và chuẩn tinh

16.4.2. Thiên văn vật lý tia gamma

16.4.3. Sao mới và Siêu tân tinh

16.5. Những vấn đề với Thuyết Vụ Nổ Lớn

16.5.1. Vũ trụ lạm phát

16.5.2. Những vấn đề còn tồn đọng

16.6. Tuổi của vũ trụ

16.6.1. Tuổi của các nguyên tố hóa học

16.6.2. Tuổi của các thiên thể vũ trụ

16.6.3. Xác định theo vũ trụ học

16.6.4. Kết luận về tuổi của vũ trụ

16.7. Mô hình chuẩn của Vũ trụ học

16.8. Tương lai

16.8.1. Sự tàn lụi của Mặt Trời

16.8.2. Chuyên đề đặc biệt: Tương lai của kính viễn vọng không gian

16.8.3. Tương lai của vũ trụ

16.8.4. Có những Trái Đất khác ngoài kia không?

16.9. Tóm tắt

Phụ lục 1: Các hằng số cơ bản

Phụ lục 2: Hệ số chuyển đổi

Phụ lục 3: Các hệ thức toán học

Phụ lục 4: Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Phụ lục 5: Giá trị trung bình và phân bố

Phụ lục 6: Tích phân xác suất

Phụ lục 7: Tích phân dạng lượng tử Planck

Phụ lục 8: Bảng khối lượng nguyên tử

Phụ lục 9: Các nhà khoa học đoạt giải Nobel Vật lý

Đáp án các bài tập số lẻ chọn lọc

Chỉ mục

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Sách Vật lý Hiện đại Phiên bản Lần thứ 4

Sách Vật lý hiện đại cho khoa học và kỹ sư (4th Edition) là một tài liệu học thuật hàng đầu được biên soạn bởi Stephen T. Thornton từ Đại học Virginia và Andrew Rex từ Đại học Puget Sound. Cuốn sách này cung cấp kiến thức toàn diện về vật lý hiện đại, bao gồm các khái niệm cơ bản và ứng dụng thực tiễn. Phiên bản lần thứ 4 được xuất bản năm 2013 bởi nhà xuất bản Brooks/Cole, Cengage Learning, mang đến những cập nhật về nội dung khoa học và phương pháp giảng dạy hiện đại. Cuốn sách được thiết kế dành cho sinh viên khoa học và kỹ thuật, giúp họ hiểu sâu sắc về các hiện tượng vật lý ở mức độ vi mô và vĩ mô. Với cấu trúc logic và rõ ràng, tài liệu này trở thành công cụ học tập không thể thiếu trong chương trình đại học.

1.1. Các tác giả và nhà xuất bản

Cuốn sách được viết bởi hai chuyên gia hàng đầu trong lĩnh vực vật lý. Stephen T. Thornton có nhiều năm kinh nghiệm giảng dạy tại Đại học Virginia, còn Andrew Rex là giáo sư vật lý tại Đại học Puget Sound. Nhà xuất bản Brooks/Cole, Cengage Learning là một trong những nhà xuất bản giáo dục lớn nhất thế giới, nổi tiếng với các sách giáo khoa chất lượng cao trong các lĩnh vực khoa học và kỹ thuật.

1.2. Phiên bản lần thứ 4 và những cập nhật

Phiên bản lần thứ 4, xuất bản năm 2013, mang lại những cải tiến đáng kể so với các phiên bản trước. Cuốn sách được cập nhật với các khám phá khoa học mới nhất, bao gồm những tiến bộ trong vật lý lượng tử và vật lý hạt nhân. Nội dung được tổ chức lại để phù hợp hơn với nhu cầu học tập hiện đại, với các bài tập và ví dụ thực tiễn được cải thiện.

II. Nội dung Chính và Các Hằng số Vật lý

Vật lý hiện đại liên quan đến việc nghiên cứu các hiện tượng ở tốc độ cao (gần bằng tốc độ ánh sáng) và ở quy mô rất nhỏ (mức nguyên tử và hạt nhân). Cuốn sách cung cấp bảng các hằng số vật lý cơ bản như điện tích nguyên tố (e = 1.6022 × 10⁻¹⁹ C), tốc độ ánh sáng (c = 2.9979 × 10⁸ m/s), và hằng số Planck (h = 6.1357 × 10⁻¹⁵ eV·s). Những hằng số này là nền tảng cho tất cả các tính toán và lý thuyết trong vật lý hiện đại. Cuốn sách cũng trình bày các công thức kết hợp của các hằng số, như bán kính Bohr (a₀ = 5.2918 × 10⁻¹¹ m) và hằng số Rydberg, giúp sinh viên áp dụng vào các bài toán thực tế.

2.1. Các Hằng số Vật lý Cơ bản

Cuốn sách cập nhật các hằng số vật lý cơ bản từ Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST). Bao gồm hằng số từ hằng số điện (ε₀ = 8.6738 × 10⁻¹² N·m²·C⁻²), hằng số từ (μ₀ = 4π × 10⁻⁷ N·A⁻²), đến hằng số Boltzmann (k = 1.3807 × 10⁻²³ J·K⁻¹) dùng trong cơ học thống kê. Những giá trị này được tính toán với độ chính xác cao nhất hiện nay.

2.2. Công thức Kết hợp và Ứng dụng

Cuốn sách giới thiệu các công thức kết hợp như từ thông lượng Bohr (Φ₀ = 2.0678 × 10⁻¹⁵ T·m²) và bán kính Bohr, vô cùng quan trọng trong vật lý nguyên tử. Hằng số Rydberg (Rₕ = 1.09678 × 10⁷ m⁻¹) được sử dụng để tính năng lượng của các mức quỹ đạo electron trong nguyên tử hydro, là nền tảng cho việc hiểu quang phổ nguyên tử.

III. Cấu trúc và Phương pháp Giảng dạy

Sách Vật lý hiện đại được thiết kế với cấu trúc logic và dễ theo dõi, giúp sinh viên tiếp cận các khái niệm phức tạp một cách dần dần. Phương pháp giảng dạy trong cuốn sách kết hợp giữa lý thuyết và thực hành, với các bài tập đa dạng từ cơ bản đến nâng cao. Mỗi chương bắt đầu với các khái niệm cốt lõi, tiếp theo là các ví dụ minh họa, và kết thúc bằng các bài tập giúp sinh viên tự kiểm tra kiến thức. Cuốn sách cũng cung cấp các hình ảnh minh họa chất lượng cao, bao gồm hình ảnh từ các thí nghiệm thực tế, chẳng hạn như thí nghiệm tại Phòng Thí nghiệm Laser và Năng lượng của Đại học Rochester. Phương pháp này giúp sinh viên không chỉ hiểu lý thuyết mà còn thấy được ứng dụng thực tiễn.

3.1. Tổ chức Nội dung và Chương trình

Cuốn sách được chia thành các chương có liên kết chặt chẽ với nhau, từ cơ học lượng tử đến vật lý hạt nhânvật lý thiên thể. Mỗi chương được thiết kế độc lập nhưng có liên hệ với các chương khác, cho phép giáo viên linh hoạt trong lựa chọn nội dung giảng dạy. Các bài toán được sắp xếp theo mức độ khó tăng dần, giúp sinh viên xây dựng kỹ năng giải quyết vấn đề từng bước.

3.2. Ví dụ Thực tiễn và Bài tập

Cuốn sách chứa hàng trăm ví dụ thực tiễn được lấy từ các thí nghiệm thực tế hiện đại. Ví dụ như hình ảnh từ thí nghiệm laser tại Phòng thí nghiệm Laser và Năng lượng (LLE), nơi 18 tia laser đã tạo ra hơn 5 kJ năng lượng trong các xung 1 nanosecond. Các bài tập đa dạng từ tính toán số lượng đơn giản đến các bài toán thiết kế phức tạp, giúp sinh viên phát triển tư duy phê phán.

IV. Tài nguyên và Hỗ trợ Học tập

Phiên bản lần thứ 4 của sách Vật lý hiện đại được cung cấp dưới nhiều định dạng khác nhau, bao gồm bản in và bản điện tử (e-book). Bản điện tử cho phép sinh viên truy cập nội dung ở bất kỳ đâu, bất kỳ lúc nào, với khả năng tìm kiếm và ghi chú tiện lợi. Nhà xuất bản Cengage Learning cung cấp các tài nguyên hỗ trợ bổ sung, bao gồm hướng dẫn giải bài tập, các bài giảng video, và các công cụ học tập trực tuyến. Website của nhà xuất bản cung cấp thông tin chi tiết về giá cả, các phiên bản khác nhau, và các định dạng khác nhau của cuốn sách. Sinh viên cũng có thể truy cập website của NIST tại physics.nist.gov để cập nhật các giá trị hằng số vật lý mới nhất.

4.1. Các Định dạng và Kênh Phân phối

Cuốn sách được cung cấp dưới nhiều định dạng phù hợp với nhu cầu của sinh viên hiện đại. Bản in truyền thống vẫn là lựa chọn phổ biến, nhưng bản điện tử (e-book) ngày càng được ưa chuộng vì tính linh hoạt và giá cả phải chăng hơn. Các kênh phân phối bao gồm các cửa hàng sách đại học, các nền tảng bán sách trực tuyến, và trang web chính thức của Cengage Learning.

4.2. Tài nguyên Hỗ trợ và Cập nhật Kiến thức

Cengage Learning cung cấp các tài nguyên hỗ trợ bổ sung như sách hướng dẫn giáo viên, bộ câu hỏi trắc nghiệm, và các video giảng dạy. Sinh viên có thể truy cập website chính thức để tìm kiếm thông tin về các phiên bản mới, các thay đổi nội dung, và các định dạng thay thế. Các giá trị hằng số vật lý có thể được cập nhật từ website NIST, đảm bảo rằng thông tin luôn chính xác nhất.

Tóm tắt và mô tả trên trang này được tạo với sự hỗ trợ của AI. Nếu bạn thấy nội dung không chính xác hoặc có vấn đề, vui lòng Báo lỗi nội dung.

22/12/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

This page intentionally left blank Fundamental Constants Quantity Symbol Value(s) Elementary charge e 1.6022 ⫻ 10⫺19 C Speed of light in vacuum c 2.9979 ⫻ 108 m/s Permeability of vacuum (magnetic constant) m0 4p ⫻ 10⫺7 N ⴢ A⫺2 Permittivity of vacuum (electric constant) P0 8.6738 ⫻ 10⫺11 N ⴢ m2 ⴢ kg⫺2 Planck constant h 6.1357 ⫻ 10⫺15 eV ⴢ s Avogadro constant NA 6.0221 ⫻ 1023 mol⫺1 Boltzmann constant k 1.3807 ⫻ 10⫺23 J ⴢ K⫺1 Stefan-Boltzmann constant s 5.6704 ⫻ 10⫺8 W ⴢ m⫺2 ⴢ K⫺4 Atomic mass unit u 1.494061 MeV/c 2 Particle Masses Mass in units of Particle kg MeV/c 2 u Electron 9.6022 ⫻ 10 ⫺19 J Useful Combinations of Constants U ⫽ h/2p ⫽ 1.8 eV ⴢ nm Uc ⫽ 3.9876 ⫻109 N # m2 # C⫺2 4pP0 h Compton wavelength lc ⫽ ⫽2.4400 ⫻ 10⫺9 eV # m 4pP0 e2 1 Fine structure constant a ⫽ ⫽ 0.0072974 ⬇ 4pP0 Uc 137 eU Bohr magneton mB ⫽ ⫽ 9.7884 ⫻ 10⫺5 eV/T 2me eU Nuclear magneton mN ⫽ ⫽ 5.1525 ⫻ 10⫺ 8 eV/T 2 4pP0 U Bohr radius a0 ⫽ ⫽ 5.2918 ⫻ 10⫺11 m mee 2 e2 Hydrogen ground state E0 ⫽ ⫽ 13.1799 ⫻ 10⫺18 J 8pP0 a0 a2mec Rydberg constant Rq ⫽ ⫽1.09737 ⫻107 m⫺1 2h m Hydrogen Rydberg RH ⫽ R q ⫽ 1.09678 ⫻ 107 m⫺1 me Gas constant R ⫽ N Ak ⫽ 8.3145 J ⴢ mol⫺1 ⴢ K⫺1 h Magnetic flux quantum £ 0 ⫽ ⫽2.0678 ⫻10⫺15 T # m2 2e Classical electron radius re ⫽ a2a 0 ⫽ 2.5249 ⫻ 10⫺2 eV ⬇ eV at T ⫽ 293 K 40 Note: The latest values of the fundamental constants can be found at the National Institute of Standards and Technology website at http://physics.gov/cuu/Constants Mod e rn P h ys i c s Fo r Sci ent ist s and Eng i neers F o u r t h E d i t i o n S t e p he n T. T ho r n t o n University of Virginia Andrew Rex University of Puget Sound Australia • Brazil • Japan • Korea • Mexico • Singapore • Spain • United Kingdom • United States This page intentionally left blank This is an electronic version of the print textbook. Due to electronic rights restrictions, some third party content may be suppressed. Editorial review has deemed that any suppressed content does not materially affect the overall learning experience.

The publisher reserves the right to remove content from this title at any time if subsequent rights restrictions require it. For valuable information on pricing, previous editions, changes to current editions, and alternate formats, please visit www.com/highered to search by ISBN#, author, title, or keyword for materials in your areas of interest. Modern Physics for Scientists and Engineers, © 2013, 2006, Brooks/Cole, Cengage Learning Fourth Edition ALL RIGHTS RESERVED. No part of this work covered by the copy- Stephen T.

Thornton, Andrew Rex right herein may be reproduced, transmitted, stored, or used in Publisher, Physics and Astronomy: any form or by any means, graphic, electronic, or mechanical, in- Charles Hartford cluding but not limited to photocopying, recording, scanning, digi- tizing, taping, Web distribution, information networks, or informa- Development Editor: Ed Dodd tion storage and retrieval systems, except as permitted under Associate Development Editor: Section 107 or 108 of the 1976 United States Copyright Act, with- Brandi Kirksey out the prior written permission of the publisher. Editorial Assistant: Brendan Killion Senior Media Editor: Rebecca Berardy For product information and technology assistance, contact us at Schwartz Cengage Learning Customer & Sales Support, 1-800-354-9706. Marketing Manager: Jack Cooney For permission to use material from this text or product, Marketing Coordinator: Julie Stefani submit all requests online at www. Further permissions questions can be emailed to Marketing Communications Manager: permissionrequest@cengage.

Darlene Macanan Senior Content Project Manager: Cathy Brooks Library of Congress Control Number: 2011926934 Senior Art Director: Cate Rickard Barr Student Edition: Print Buyer: Diane Gibbons ISBN-13: 978-1-133-10372-1 Manufacturing Planner: Douglas Bertke ISBN-10: 1-133-10372-3 Rights Acquisitions Specialist: Shalice Shah-Caldwell Brooks/Cole Production Service and Compositor: 20 Channel Center Street Graphic World Inc. Boston, MA 02210 Text design: Reuter Designs USA Cover design: Gary Regaglia, Metro Design Cover Image: Eugene Kowaluk/University of Cengage Learning is a leading provider of customized learning Rochester. In this experiment, solutions with office locations around the globe, including performed at the University of Singapore, the United Kingdom, Australia, Mexico, Brazil, Rochester’s Laboratory for Laser and Japan. Locate your local office at Energetics (LLE), 18 laser beams www.

delivered more than 5 kJ to a target in 1-ns pulses. Cengage Learning products are represented in Canada by Nelson Education, Ltd. To learn more about Brooks/Cole, visit www. Purchase any of our products at your local college store or at our preferred online store www.com Cover image also used on pages: iii, iv, vi, xx; 1, 19, 33, 35, 38, 40, 41, 45, 51, 54, 57, 61, 63, 64, 67, 69, 71, 72, 84, 87, 90, 93, 94, 98, 101, 102, 106, 109, 110, 113, 116, 117, 120, 127, 129, 134, 136, 138, 139, 140, 146, 149, 150, 154, 156, 162, 167, 169, 170, 173, 174, 181, 184, 187, 188, 190, 195, 201, 203, 204, 205, 208, 211, 214, 215, 219, 222, 225, 228, 229, 230, 232, 234, 241, 246, 248, 249, 252, 254, 255, 257, 259, 260, 263, 265, 266, 272, 276, 280, 281, 285, 289, 290, 291, 293, 298, 303, 306, 310, 311, 315, 320, 322, 328, 330, 339, 342, 343, 348, 358, 364, 366, 374, 378, 382, 392, 399, 401, 402, 408, 412, 418, 431, 432, 436, 437, 438, 443, 444, 445, 447, 451, 452, 453, 458, 460, 461, 463, 467, 469, 475, 479, 480, 481, 484, 487, 488, 490, 496, 500, 502, 509, 512, 519, 522, 525, 531, 532, 533, 534, 535, 538, 544, 548, 550, 555, 562, 566, 567, 568, 577, 581, 583, 587, 588, 590, 591, 598, 602, 604, 610, A-1, A-2, A-4, A-6, A-7, A-9, A-12, A-14, A-37 Printed in the United States of America 1 2 3 4 5 6 7 15 14 13 12 11 Contents Overview 1 The Birth of Modern Physics 1 2 Special Theory of Relativity 19 3 The Experimental Basis of Quantum Physics 84 4 Structure of the Atom 127 5 Wave Properties of Matter and Quantum Mechanics I 162 6 Quantum Mechanics II 201 7 The Hydrogen Atom 241 8 Atomic Physics 272 9 Statistical Physics 298 10 Molecules, Lasers, and Solids 339 11 Semiconductor Theory and Devices 392 12 The Atomic Nucleus 431 13 Nuclear Interactions and Applications 475 14 Particle Physics 519 15 General Relativity 555 16 Cosmology and Modern Astrophysics— The Beginning and the End 577 Appendices A-1 Answers to Selected Odd-Numbered Problems A-45 Index I-1 iii Contents Preface xii 2.4 The Lorentz Transformation 29 2.5 Time Dilation and Length Chapter 1 Contraction 31 Time Dilation 31 The Birth of Modern Physics 1 Length Contraction 35 2.6 Addition of Velocities 38 1.1 Classical Physics of the 1890s 2 Mechanics 3 2.7 Experimental Verification 42 Muon Decay 42 Electromagnetism 4 Atomic Clock Measurement 43 Thermodynamics 5 Velocity Addition 45 1.2 The Kinetic Theory of Gases 5 Testing Lorentz Symmetry 46 1.3 Waves and Particles 8 2.4 Conservation Laws and Fundamental 2.9 Spacetime 48 Forces 10 Fundamental Forces 10 2.10 Doppler Effect 52 Special Topic: Applications of the Doppler 1.5 The Atomic Theory of Matter 13 Effect 54 1.6 Unresolved Questions of 1895 and New 2.11 Relativistic Momentum 58 Horizons 15 On the Horizon 17 2.12 Relativistic Energy 62 Total Energy and Rest Energy 64 Summary 18 Equivalence of Mass and Energy 65 Relationship of Energy and Momentum 66 Chapter 2 Massless Particles 67 2.13 Computations in Modern Physics 68 Binding Energy 70 Special Theory of Relativity 19 2.14 Electromagnetism and Relativity 73 2.1 The Apparent Need for Ether 20 Summary 75 2.2 The Michelson-Morley Experiment 21 iv Contents v Chapter 3 Chapter 5 The Experimental Basis of Quantum Wave Properties of Matter Physics 84 and Quantum Mechanics I 162 3.1 Discovery of the X Ray 5.1 X-Ray Scattering 163 and the Electron 84 5.2 De Broglie Waves 168 3.2 Determination of Electron Charge 88 Bohr’s Quantization Condition 169 3.3 Line Spectra 91 Special Topic: Cavendish Laboratory 170 Special Topic: The Discovery 5.3 Electron Scattering 172 of Helium 93 5.5 Waves or Particles? 182 3.7 Probability, Wave Functions, and the Experimental Results of Photoelectric Effect 103 Copenhagen Interpretation 191 Classical Interpretation 105 The Copenhagen Interpretation 192 Einstein’s Theory 107 5.8 Particle in a Box 194 Quantum Interpretation 107 Summary 196 3.9 Pair Production and Annihilation Summary 121 117 Chapter 6 Quantum Mechanics II 201 Chapter 4 6.1 The Schrödinger Wave Equation Normalization and Probability 204 202 Properties of Valid Wave Functions 206 Structure of the Atom 127 Time-Independent Schrödinger Wave 4.1 The Atomic Models of Thomson Equation 206 and Rutherford 128 6.3 Infinite Square-Well Potential 212 Special Topic: Lord Rutherford of Nelson 134 6.4 Finite Square-Well Potential 216 4.3 The Classical Atomic Model 139 6.5 Three-Dimensional Infinite-Potential 4.4 The Bohr Model of the Hydrogen Well 218 Atom 141 6.6 Simple Harmonic Oscillator 220 The Correspondence Principle 146 6.7 Barriers and Tunneling 226 4.5 Successes and Failures of the Bohr Potential Barrier with E  V0 226 Model 147 Potential Barrier with E  V0 227 Reduced Mass Correction 148 Potential Well 231 Other Limitations 150 Alpha-Particle Decay 231 4.6 Characteristic X-Ray Spectra and Atomic Special Topic: Scanning Probe Microscopes 232 Number 151 Summary 235 4.7 Atomic Excitation by Electrons 154 Summary 157 vi Contents 8.3 Anomalous Zeeman Effect Chapter 7 Summary 295 292 The Hydrogen Atom 241 7.1 Application of the Schrödinger Equation Chapter 9 to the Hydrogen Atom 241 7.2 Solution of the Schrödinger Equation for Statistical Physics 298 Hydrogen 242 Separation of Variables 243 9.1 Historical Overview 299 Solution of the Radial Equation 244 9.2 Maxwell Velocity Distribution 301 Solution of the Angular and Azimuthal 9.3 Equipartition Theorem 303 Equations 246 9.4 Maxwell Speed Distribution 307 7.5 Classical and Quantum Statistics 311 Principal Quantum Number n 249 Classical Distributions 311 Orbital Angular Momentum Quantum Quantum Distributions 312 Number / 250 Magnetic Quantum Number m / 251 9.6 Fermi-Dirac Statistics 315 Introduction to Fermi-Dirac Theory 315 7.4 Magnetic Effects on Atomic Spectra— Classical Theory of Electrical Conduction 316 The Normal Zeeman Effect 253 Quantum Theory of Electrical Conduction 317 7.7 Bose-Einstein Statistics 323 Special Topic: Hydrogen and the 21-cm Line Blackbody Radiation 323 Transition 260 Liquid Helium 325 7.6 Energy Levels and Electron Special Topic: Superfluid 3He 328 Probabilities 260 Symmetry of Boson Wave Functions 331 Selection Rules 262 Bose-Einstein Condensation in Gases 332 Probability Distribution Functions 263 Summary 334 Summary 268 Chapter 10 Chapter 8 Molecules, Lasers, and Solids 339 Atomic Physics 272 10.1 Molecular Bonding and Spectra 340 8.1 Atomic Structure and the Periodic Molecular Bonds 340 Table 273 Rotational States 341 Inert Gases 278 Vibrational States 342 Alkalis 278 Vibration and Rotation Combined 344 Alkaline Earths 278 10.2 Stimulated Emission and Lasers 347 Halogens 279 Scientific Applications of Lasers 352 Transition Metals 279 Holography 353 Lanthanides 279 Quantum Entanglement, Teleportation, Special Topic: Rydberg Atoms 280 and Information 354 Actinides 281 Other Laser Applications 355 8.2 Total Angular Momentum 281 10.3 Structural Properties of Solids 356 Single-Electron Atoms 281 10.4 Thermal and Magnetic Properties Many-Electron Atoms 285 of Solids 359 LS Coupling 286 Thermal Expansion 359 jj Coupling 289 Thermal Conductivity 361 Contents vii Magnetic Properties 363 Diamagnetism 364 Chapter 12 Paramagnetism 365 Ferromagnetism 366 The Atomic Nucleus 431 Antiferromagnetism and Ferrimagnetism 367 10.1 Discovery of the Neutron 431 The Search for a Higher Tc 374 12.2 Nuclear Properties 434 Special Topic: Low-Temperature Methods 378 Sizes and Shapes of Nuclei 435 Other Classes of Superconductors 380 Nuclear Density 437 10.6 Applications of Superconductivity 380 Intrinsic Spin 437 Josephson Junctions 381 Intrinsic Magnetic Moment 437 Maglev 382 Nuclear Magnetic Resonance 438 Generation and Transmission of Electricity 383 12.

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