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本教材是應工科專業物理基礎理論教學的要求，整理當前國內高校普遍使用的相關專業教材，並結合編者多年的教學實踐編撰而成。全書共分12章。第1章簡述熱力學基本規律與基礎應用； 第2章到第4章介紹統計物理，建立起宏觀物理量與微觀狀態的橋樑，並主要介紹近獨立粒子系統的統計規律及其應用； 第5章到第8章介紹微觀粒子的性質和運動規律，包括薛定諤方程、力學量的算符理論、定態問題的近似方法； 第9章到第12章在量子力學基礎上應用熱力學統計物理方法從微觀或宏觀角度分析研究固體材料微觀結構與其性質的聯繫。為配合教學需要，每章附有若干習題。
本教材可供材料科學及相關的工科專業學生學習使用，也可供相關教學和科研人員參考。
第1章 熱力學基礎知識
1.1熱平衡定律與溫度
1.1.1熱力學基本概念
1.1.2熱平衡定律，溫度的定義
1.2熱力學第一定律
1.2.1熱力學第一定律的表述
1.2.2功的運算式
1.2.3熱量的表示式
1.3熱力學第二定律
1.3.1熱力學第二定律的兩種表述
1.3.2熵
1.3.3熱力學基本方程
1.3.4理想氣體的熵
1.4熱力學函數與特性函數
1.4.1熱力學函數
1.4.2特性函數
1.4.3其他簡單系統的情形
1.5麥克斯韋關係及其應用
1.5.1麥克斯韋關係
1.5.2麥克斯韋關係的應用舉例
1.6磁介質的熱力學性質
1.6.1簡單磁介質系統的熱力學性質
1.6.2複雜磁介質系統
1.7熱力學第三定律
1.7.1熱力學第三定律的表述
1.7.2絕熱去磁降溫
1.7.3絕對熵
1.8開放系統的熱力學基本方程及化學勢
1.8.1開放系統的熱力學基本方程
1.8.2化學勢
1.8.3相平衡
本章思維導圖
思考題
習題
第2章 近獨立粒子的最概然分佈
2.1粒子運動狀態的經典描述
2.1.1相空間(μ空間)
2.1.2自由粒子在相空間的運動狀態
2.1.3線性諧振子在相空間的運動狀態
2.2粒子運動狀態的量子描述
2.2.1線性諧振子
2.2.2外磁場中的電子自旋
2.2.3轉子
2.2.4經典描述與量子描述的差別
2.3粒子運動狀態的半經典近似
2.3.1半經典近似
2.3.2自由粒子的量子態
2.3.3自由粒子的態密度
2.4系統微觀運動狀態的描述
2.4.1近獨立的全同粒子系統
2.4.2費米子和玻色子
2.4.3全同性原理與定域系統
2.4.4定域系統、玻色系統和費米系統量子態的區別
2.5等概率原理
2.6能級的分佈與系統的微觀狀態
2.6.1能級的分佈
2.6.2分佈對應的系統微觀狀態
2.6.3玻爾茲曼系統（定域系情形）的微觀狀態數
2.6.4玻色系統的微觀狀態數
2.6.5費米系統的微觀狀態數
2.6.6非簡並性條件
2.7玻爾茲曼分佈
2.7.1玻爾茲曼分佈的匯出
2.7.2單粒子量子態上的平均粒子數
2.7.3平衡狀態下的分佈
2.8玻色分佈與費米分佈
2.8.1玻色分佈
2.8.2費米分佈
2.9三種最概然分佈的關係
本章思維導圖
思考題
習題
第3章 玻爾茲曼統計
3.1熱力學量的統計運算式
3.1.1配分函數Z
3.1.2β的物理意義
3.1.3熱力學公式
3.1.4其他簡單系統
3.2單原子分子理想氣體的狀態方程
3.2.1配分函數
3.2.2內能
3.2.3壓強
3.3麥克斯韋速度分佈律
3.3.1速度分佈
3.3.2速率分佈
3.4能量均分定理
3.4.1能量均分定理的匯出
3.4.2能量均分定理的應用
3.5理想氣體的混合熵
3.5.1兩種氣體的混合
3.5.2吉布斯佯謬
3.5.3對熵公式的修正
3.6順磁性固體
3.6.1順磁固體模型
3.6.2磁偶極子的分佈
3.6.3總磁矩
3.6.4內能
3.6.5熵
本章思維導圖
思考題
習題
第4章 玻色統計與費米統計
4.1熱力學量的統計運算式
4.1.1巨配分函數Ξ與內能U
4.1.2平均粒子數和廣義力Y
4.1.3熵和玻爾茲曼因數
4.2弱簡並的玻色氣體和費米氣體
4.3光子氣體
4.3.1光子氣體的分佈函數，普朗克公式
4.3.2光子氣體的熱力學量
4.4玻色愛因斯坦凝聚
4.4.1玻色愛因斯坦凝聚理論描述
4.4.2玻色愛因斯坦凝聚的實驗研究
4.5強簡並費米理想氣體
4.5.1T=0 K時的基態
4.5.2T>0 K時的情形
4.5.3費米氣體的熱力學量
4.5.4金屬中的自由電子模型
4.5.5自由電子氣體的費米能與費米溫度
4.5.6金屬中自由電子的熱容
本章思維導圖
思考題
習題
第5章 量子力學基本概念
5.1簡述量子力學的建立
5.2光的波粒二象性
5.2.1黑體輻射
5.2.2光電效應
5.2.3康普頓散射
5.3原子結構的玻爾理論
5.4德布羅意波
本章思維導圖
思考題
習題
第6章 波函數和薛定諤方程
6.1波函數與算符
6.2波函數的統計解釋
6.2.1概率波
6.2.2波函數的歸一化
6.2.3對波函數的說明
6.3態的疊加原理
6.4薛定諤方程
6.4.1不同體系的薛定諤方程
6.4.2薛定諤方程的討論
6.5定態薛定諤方程
6.5.1定態薛定諤方程的形式
6.5.2能量本征值與能量本征方程
6.6一維無限深勢阱
6.7線性諧振子
本章思維導圖
思考題
習題
第7章 力學量與粒子運動
7.1力學量的算符理論
7.1.1表示力學量的算符
7.1.2算符的運算規則
7.2厄米算符
7.2.1厄米算符與本征值
7.2.2厄米算符本征函數的正交性
7.3動量算符和角動量算符的本征方程
7.3.1動量算符
7.3.2角動量算符
7.4單個電子在庫侖場中的運動
7.5氫原子
7.5.1能級
7.5.2電子的空間概率分佈
7.5.3徑向概率分佈
7.6自旋
7.6.1電子自旋算符與自旋波函數
7.6.2總角動量
7.7算符與力學量的關係
7.7.1力學量與算符關係的假定
7.7.2平均值
7.8力學量的對易關係與測不准關係
7.8.1座標與動量算符的對易關係
7.8.2角動量算符的對易關係
7.8.3兩力學量算符同時具有確定值的條件
7.8.4測不准關係（不對易的情形）
本章思維導圖
思考題
習題
第8章 定態問題的近似方法
8.1非簡並定態微擾理論
8.2簡並情況的定態微擾理論
8.3變分法
本章思維導圖
思考題
習題
第9章 晶體結構
9.1固體、晶體和非晶體
9.2晶體的週期性結構及描述
9.2.1基元、格點
9.2.2格點和空間點陣理論
9.2.3晶格結構的代表單元——原胞和晶胞
9.2.4簡單格子與複式格子
9.2.5晶向、晶面和指數
9.3晶體結合與常見的實際晶體結構
9.3.1原子的負電性
9.3.2晶體的結合能
9.3.3晶體的結合類型與常見的實際晶體結構
9.4晶體結構的對稱性與晶系
9.4.1晶體對稱性定律
9.4.2晶體的宏觀對稱性與基本的點對稱操作
9.4.3晶體宏觀對稱性的描述與點群
9.4.4晶體微觀對稱性的描述與空間群
9.4.5晶系與布拉維晶胞
9.5倒格子與布裡淵區
9.5.1倒格子概念的引入
9.5.2倒格子的基本性質與倒易空間
9.5.3布裡淵區
9.6晶體X射線衍射初步
9.6.1衍射極大條件
9.6.2X射線衍射強度
9.6.3X射線的主要實驗方法
本章思維導圖
思考題
習題
第10章 晶格振動與固體的熱學性質
10.1原子間作用力與原子振動
10.1.1原子間相互作用力的一般性描述
10.1.2原子在平衡位置附近的振動與簡諧近似
10.2一維單原子鏈的振動
10.2.1模型與動力學方程
10.2.2週期性邊界條件
10.2.3格波
10.3一維雙原子鏈的振動
10.3.1模型與動力學方程
10.3.2色散關係
10.3.3色散關係分析
10.3.4格波波矢q的個數、振動模式及模式數
10.3.5推廣至三維晶格振動
10.3.6聲學波與光學波的深入分析
10.4正則座標與聲子
10.4.1正則座標
10.4.2從經典力學到量子力學
10.4.3聲子
10.5晶格振動譜的實驗測定
10.6固體的熱性質及熱容
10.6.1固體熱容的經典模型
10.6.2晶格振動的熱力學函數
10.6.3模式密度
10.6.4固體熱容的量子模型
10.7晶格振動的非諧效應
10.7.1晶體的自由能和狀態方程
10.7.2晶體的熱膨脹與非諧效應
10.7.3晶體的熱傳導與非諧效應
本章思維導圖
思考題
習題
第11章 固體能帶理論
11.1固體能帶理論的基本假設
11.2週期場中單電子狀態的一般屬性
11.2.1布洛赫定理
11.2.2布洛赫定理的證明
11.2.3波矢k的意義及取值
11.2.4能帶
11.2.5晶體電子能帶結構的一般特徵
11.2.6晶體電子的能帶圖像及標記法
11.3能帶的計算
11.3.1近自由電子近似
11.3.2緊束縛近似
11.4晶體中電子的准經典運動
11.4.1晶體中電子的准經典運動與平均速度
11.4.2准經典運動的基本方程
11.4.3晶體電子的有效品質
11.5固體導電性能的能帶論解釋
11.5.1電子填充情況與導電性
11.5.2導體、絕緣體和半導體
11.5.3空穴
11.6能態密度
11.6.1能態密度的定義
11.6.2能態密度的實驗測定
11.7金屬電子的統計分佈與電子熱容
11.7.1金屬電子論的經典模型
11.7.2金屬電子論的量子模型
11.7.3金屬電子的費米分佈
11.7.4費米麵的確定
11.7.5金屬電子的熱容
本章思維導圖
思考題
習題
第12章 半導體
12.1半導體的能帶結構與類型
12.1.1本征半導體與雜質半導體
12.1.2n型半導體與p型半導體
12.1.3直接帶隙半導體與間接帶隙半導體
12.1.4帶邊有效品質及測量
12.2半導體中載流子的統計分佈
12.2.1半導體載流子近似玻爾茲曼統計
12.2.2載流子濃度與費米能
12.2.3雜質激發
12.2.4本征激發
12.3半導體的電導率、遷移率與霍爾效應
12.3.1遷移率與電導率
12.3.2霍爾效應
12.4非平衡載流子
12.4.1非平衡載流子的複合和壽命
12.4.2非平衡載流子的擴散
12.4.3太陽能電池中的光生非平衡載流子
本章思維導圖
思考題
習題
參考文獻
附錄
附錄A 常用的基本物理常數
附錄B 證明達到熱平衡的兩系統β相同
附錄C 斯特林近似公式
附錄D 統計物理學常用的幾個積分公式
附錄E 球諧函數Ylm(θφ)
附錄F 拉蓋爾多項式
附錄G 約化品質
附錄H 量子力學的五個基本假設
附錄I 晶體中電子平均速度的推導
附錄J 本書主要符號
