普林斯顿物理题解

普林斯顿物理题解
ISBN: 
978-7-5428-4416-3/O.517
出版日期: 
2007-08
开本: 
16开
页码: 
194
定价(元): 
38.00
译者: 
李昊
  

目录

序言

第一章 力学
1. 超级球问题 1(47)
1.2 尘云中的飞船 1(47)
1.3 “登山绳”式卫星 1(48)
1.4 受迫的谐振子 2(48)
1.5 转盘上的小球 2(50)
1.6 阻尼振动问题 2(52)
1.7 受腐蚀的弹簧 3(54)
1.8 肥皂泡薄膜的形状 3(54)
1.9 圆环上的珠子 3(56)
1.10 WIMPs中的太阳系 3 (57)

第二章 电磁学
2. 半球状凸起 5(60)
2.2 法拉第旋转 5(60)
2.3 有缺陷的电阻 5(62)
2.4 偶极天线 6(64)
2.5 摇动式马达 6(66)
2.6 倒挂的圆柱体 7(67)
2.7 传输线问题 7(67)
2.8 给电磁波拍照 7(68)
2.9 圆柱状电容器 8(70)
2.10 “坠落”的电子 8(72)

第三章 量子力学
3. 球对称势δ 9(74)
3.2 间距扩张的墙面 9(76)
3.3 正交电磁场中的粒子 9(77)
3.4 谐振子扰动 10(78)
3.5 共振散射 10(79)
3.6 自旋翻转 10(80)
3.7 π介子 核子散射 10(83)
3.8 一维阶梯势 11(84)
3.9 中子束干涉 11(85)
3.10 氢原子中的超精细劈裂 12(88)

第四章 热力学与统计力学
4. 负温度 13(90)
4.2 杂环双原子分子 13(90)
4.3 一维扩散模型 13(92)
4.4 相共存 14(94)
4.5 奥托循环 14(94)
4.6 圆盘上的曳力 14(96)
4.7 起伏的绳子 14(97)
4.8 薄膜上的吸附 15(99)
4.9 正常超导相共存曲线 15(100)
4.10 单原子晶体 15(101)

第五章 凝聚态物理学
5. 准粒子隧穿 17(103)
5.2 超导相界 17(106)
5.3 二能级中心 18(106)
5.4 铁电相变 19(107)
5.5 趣味问题集锦 19(110)
5.6 旋子 20(111)
5.7 向列型液体 21(114)
5.8 极化子 21(116)
5.9 铁磁性和顺磁性 22(117)
5.10 量子霍尔效应 23(118)

第六章 相对论与天体物理学
6. 频率的相对论性偏移 24(122)
6.2 驶离地球的飞船 24(123)
6.3 引力导致的磁场 24(124)
6.4 为何暴胀?  25(126)
6.5 标准施瓦氏度规 25(129)
6.6 静止的火箭 26(131)
6.7 畴壁 26(132)
6.8 绕轨道运动的陀螺仪 26(133)
6.9 坡印廷罗伯逊效应 27(135)
6.10 卡斯纳宇宙模型 27(136)

第七章  核物理学
7. 太阳中微子的地质学探测 28(140)
7.2 磁矩 29(143)
7.3 超容许费米跃迁 29(145)
7.4 中微子源 30(146)
7.5 镜像核 30(147)
7.6 半经验质量公式 31(150)
7.7 角关联 32(151)
7.8 变形核 32(151)
7.9 β衰变 33(154)
7.10 中子极化强度 33(156)

第八章 粒子物理学
8. K0衰变 35(158)
8.2 μ子核子散射 35(159)
8.3 标量夸克 36(160)
8.4 D衰变 36(162)
8.5 Z0玻色子 37(165)
8.6 超新星和中微子 37(166)
8.7 W+玻色子 38(168)
8.8 小林利川混合矩阵 38(169)
8.9 希格斯粒子 39(170)
8.10 中微子夸克散射 39(172)

第九章 原子与“综合”物理学
9. 电子偶素 41(174)
9.2 相衬显微镜 41(176)
9.3 离谱的光学系统 42(178)
9.4 星际空间中的氢 42(179)
9.5 量子拍 43(180)
9.6 估算问题集锦 43(182)
9.7 原子 44(184)
9.8 液体阻尼问题 44(186)
9.9 拉曼放大器 44(188)
9.10 “吉尔伯特”飓风 45(189)
参考书目

内容提要

      为了帮助物理专业的学生逐步做到牢固掌握研究生阶段的基本知识,本书对一系列涉及广泛、内涵丰富的题目提供了精心解答。这些题目均选自普林斯顿大学物理系硕士学位资格考试的初试和复试。本书的作者都是成功通过这些考试的学生,他们本着有用性、趣味性和原创性的原则挑选了这些题目,并且为每道题目提供了十分详细的解答。本书不仅对其他学生,而且对大学物理教师,都是一个有价值的资源。
      本书前四章提出的题目属于力学、电磁学、量子力学以及热力学与统计力学的领域,因此可作为对本科课程所包含的代表性内容的一次复习。后五章所处理的材料对于大多数一年级研究生来说是全新的,它们在凝聚态物理学、相对论与天体物理学、核物理学、粒子物理学以及原子与“综合”物理学等方面向他们提出了挑战。
      本书作者内森·纽伯里、迈克尔·纽曼、约翰·鲁尔、苏珊娜·斯塔格斯和斯蒂芬·索尔塞特当时都是普林斯顿大学物理系的研究生。

前言

      没有人会认为一名吉他手是去中央公园(在美国纽约。世界著名的歌唱家、演奏家和乐团经常在那里举行露天音乐会。——译者注)听听音乐会或者花几个小时看看杰米·亨德里克斯(杰米·亨德里克斯 (Jimi Hendrix,1942—1970),真名詹姆斯·马歇尔·亨德里克斯 (James Marshall Hendrix),著名的美国吉他演奏家和摇滚歌手。——译者注)的独奏谱抄本而学会弹吉他的。吉他手必须练习。他们弹吉他弹到手指长老茧。同样,物理学家必须练习解题目,而且物理学家最好是练到觉得解题目很容易。 (然后他们去寻找更难的题目。)
      本书为各个层次的物理专业学生提供了一批富有挑战性的题目。一些题目,特别是前四章中的那些题目,只需要物理专业本科水平的基础知识。后面的几章则包含了通常只有读到研究生阶段才会遇到的内容。如果你觉得一些 (或绝大部分!)题目很难 (事实上是很难),请不要泄气。记住这一点。
      然而,本书不仅仅是一本习题集。我们还为每道题目提供了完整的解答。这些解答虽然以读者对有关论题有一定程度的熟悉为前提,但并不是只有专家才能看懂的。当然,为了让本书能发挥最大的效用,应该把解答当作万不得已时才去求助的对象。先努力解题,再看答案!
      这里的题目选自近十年来普林斯顿大学硕士学位资格考试。所有在普林斯顿大学就读的研究生,在开始写学位论文之前都必须通过这个考试。这个考试分为两个部分:“初试” (Prelims),一般在第一学年进行;“复试” (Generals),通常在第二学年进行。
      初试的范围通常是本科阶段学习的学科。考试时间为六个小时,分两天进行。初试有四个部分:力学、电磁学、非相对论性量子力学,以及热力学与统计力学。复试则包括更为前沿的论题。复试的笔试分为三个三小时时段进行,它包括五个部分:凝聚态物理学、广义相对论与天体物理学、核物理学、粒子物理学,以及原子与“综合”物理学。这里给出的许多解答远比考试所要求的要详细和完整。 (在普林斯顿,这个考试的及格标准是50%,而且允许考生从每个领域中挑选若干道题目作答。)
      根据这个考试的题目安排,我们把本书也明确地分为九章,每章十道题目。我们并不保证我们提供的是考试题目的一个随机样本。我们所挑选的都是我们认为有趣的、内涵丰富的而且提法明确恰当的题目。我们也尽量避免选入那些答案已经印在许多书上的典型题目。在几个地方我们注上了有用的参考资料。虽然每个解答都经过反复校对,但是偶尔也会有少数差错被漏过。我们欢迎评论、批评和指正。
      我们五位作者在写这本书的过程中有一大批人需要感谢。首先,也是最显然的,要感谢普林斯顿大学物理系的许多老师,正是他们写出了这些原创性的、有趣的并富于启发性的题目供初试和复试采用。他们的工作为本书的编写奠定了基础。我们也要感谢一章一章地审阅我们的稿件并提出许多有益建议的诸位教授: Paul Chaiken, Askel Hallin, Will Happer, Peter Meyers, Phuan Ong,Jim Peebles, Jeff Peterson, Sam Treiman和Neil Turok。Jim Peebles 和Jeff Peterson在早先所给予的鼓励,以及Joe Taylor和Mark Dragovan所提供的计算机设备和Dave Wilkinson所给予的支持,其价值都是无法估量的。然而我们最衷心的感谢应当献给我们的研究生同学,特别是我们这个初试和复试研究小组的成员,虽然人数众多无法一一列举,但正是他们的工作使这本书得以完成。
                                                                          内森·纽伯里
                                                                          迈克尔·纽曼
                                                                            约翰·鲁尔
                                                                      苏珊娜·斯塔格斯
                                                                      斯蒂芬·索尔塞特
                                                                1990年8月7日于普林斯顿

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