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第4篇 电磁学 1

第9章 真空中的静电场 1

9.1 电荷及其相互作用 1

9.1.1 电荷是量子化的 1

9.1.2 电荷守恒定律 2

9.1.3 库仑定律 2

9.1.4 静电力叠加原理 3

9.2 电场与电场强度 4

9.2.1 电场 4

9.2.2 电场强度 5

9.2.3 电场叠加原理 5

9.2.4 电场强度的计算 6

9.3 电场线与电通量 14

9.3.1 电场线 14

9.3.2 电通量 16

9.4 静电场的高斯定理与安培环路定理 18

9.4.1 静电场的高斯定理 18

9.4.2 应用高斯定理求电场强度 20

9.4.3 静电场的安培环路定理 25

9.5 电势与电势差 26

9.5.1 电势能 26

9.5.2 电势 27

9.5.3 电势差 28

9.5.4 电势的计算 28

9.6 电场强度与电势的关系 32

9.6.1 等势面 32

9.6.2 电场强度与电势的微分关系 33

习题 36

第10章 静电场中的导体和电介质 40

10.1 静电场中的导体 40

10.1.1 导体的静电平衡条件 40

10.1.2 导体处于静电平衡时的性质 40

10.1.3 静电屏蔽 43

10.1.4 有导体存在时静电场的电场强度和电势计算 43

10.2 电容与电容器 46

10.2.1 孤立导体的电容 46

10.2.2 电容器及其电容 47

10.2.3 电容器的连接方式 49

10.3 静电场中的电介质 50

10.3.1 电介质对电场的影响 50

10.3.2 电介质的极化 52

10.3.3 充满均匀电介质的电场 53

10.4 有电介质时的高斯定理与安培环路定理 54

10.4.1 有电介质时的高斯定理 54

10.4.2 有电介质时的安培环路定理 56

10.5 电场的能量 56

10.5.1 电容器储存的能量 56

10.5.2 电场的能量 57

习题 58

第11章 稳恒磁场 62

11.1 稳恒电流与稳恒电场 62

11.1.1 电流和电流密度 62

11.1.2 电流的连续性方程 63

11.1.3 稳恒电流和稳恒电场 64

11.1.4 欧姆定律的微分形式 65

11.1.5 电动势 66

11.2 磁场与磁感应强度 67

11.2.1 磁场 67

11.2.2 磁感应强度 67

11.3 毕奥-萨伐尔定律 68

11.3.1 毕奥-萨伐尔定律 68

11.3.2 磁场叠加原理 69

11.3.3 毕奥-萨伐尔定律的应用 69

11.3.4 运动电荷的磁场 74

11.4 磁感应线与磁通量 75

11.4.1 磁感应线 75

11.4.2 磁通量 76

11.5 磁场的高斯定理与安培环路定理 77

11.5.1 磁场的高斯定理 77

11.5.2 磁场的安培环路定理 77

11.5.3 应用安培环路定理求磁感应强度 79

11.6 磁场对电流的作用 83

11.6.1 安培定律 83

11.6.2 两平行无限长载流导线间的相互作用力 85

11.6.3 磁场对载流线圈的作用 86

11.6.4 磁场力的功 87

11.7 磁场对运动电荷的作用 89

11.7.1 洛伦兹力 89

11.7.2 带电粒子在均匀磁场中的运动 90

11.7.3 霍尔效应 92

11.8 磁场中的磁介质 93

11.8.1 磁介质及其磁化 93

11.8.2 有磁介质时的高斯定理 95

11.8.3 有磁介质时的安培环路定理 95

11.8.4 铁磁质 97

习题 99

第12章 变化的电场和磁场 104

12.1 电磁感应的基本定律 104

12.1.1 法拉第电磁感应定律 104

12.1.2 楞次定律 107

12.2 动生电动势 107

12.2.1 动生电动势的非静电力 107

12.2.2 动生电动势的计算 108

12.3 感生电场假设 110

12.3.1 感生电场的非静电力 110

12.3.2 感生电场的高斯定理和安培环路定理 111

12.3.3 感生电动势的计算 112

12.3.4 涡电流 115

12.3.5 导体在变化磁场里运动时的感应电动势 115

12.4 自感与互感 117

12.4.1 自感 117

12.4.2 互感 119

12.5 磁场的能量 121

12.5.1 自感储存的能量 121

12.5.2 磁场的能量 122

12.6 位移电流假设 123

12.7 麦克斯韦方程组 127

12.7.1 电场的性质 127

12.7.2 磁场的性质 128

12.7.3 麦克斯韦方程组积分形式 129

12.8 电磁波 130

12.8.1 电磁波的产生和传播 130

12.8.2 电磁波的性质 131

12.8.3 电磁波的能量 131

12.8.4 电磁波谱 132

习题 133

第5篇 近代物理学 138

第13章 狭义相对论 138

13.1 经典力学的伽利略变换与时空观 138

13.1.1 经典力学的伽利略变换 138

13.1.2 经典力学的时空观 139

13.1.3 力学相对性原理 140

13.2 狭义相对论的基本原理 141

13.3 洛伦兹变换 142

13.3.1 洛伦兹坐标变换 142

13.3.2 洛伦兹速度变换 144

13.4 狭义相对论的时空观 146

13.4.1 长度缩短 146

13.4.2 时钟延缓 148

13.4.3 同时的相对性 148

13.4.4 同时性与因果律 149

13.5 狭义相对论动力学基础 150

13.5.1 质量和速度的关系 150

13.5.2 动力学基本方程 151

13.5.3 质量和能量的关系 151

13.5.4 能量和动量的关系 153

习题 153

第14章 早期量子论 156

14.1 黑体辐射与普朗克量子假设 156

14.1.1 热辐射及其描述 156

14.1.2 黑体辐射规律 157

14.1.3 普朗克量子假设 158

14.2 光电效应与爱因斯坦光子假设 160

14.2.1 光电效应的实验规律 160

14.2.2 爱因斯坦光子假设 162

14.2.3 光的波粒二象性 164

14.3 康普顿效应 165

14.4 氢原子光谱与玻尔理论 169

14.4.1 氢原子光谱规律 169

14.4.2 原子的核型结构 170

14.4.3 玻尔的氢原子理论 171

14.4.4 玻尔理论的成就与局限性 174

习题 175

第15章 量子力学基础 177

15.1 微观粒子的波粒二象性 177

15.1.1 德布罗意假设 177

15.1.2 德布罗意假设的实验验证 178

15.2 测不准关系 181

15.3 波函数及其统计解释 183

15.3.1 波函数 183

15.3.2 波函数的统计解释 184

15.4 态叠加原理 185

15.5 算符与平均值 187

15.5.1 力学量算符 187

15.5.2 本征值方程 188

15.5.3 平均值 188

15.6 薛定谔方程 189

15.6.1 薜定谔方程 189

15.6.2 定态薛定谔方程 189

15.7 薛定谔方程的应用 190

15.7.1 一维无限深方形势阱 190

15.7.2 隧道效应 193

15.7.3 一维线性简谐振子 195

15.7.4 氢原子 196

15.8 电子的自旋 198

15.8.1 斯特恩-盖拉赫实验 198

15.8.2 电子自旋假设 199

15.8.3 四个量子数 199

15.9 全同性原理 200

15.10 原子的壳层结构与元素周期表 202

15.10.1 泡利不相容原理 202

15.10.2 能量最小原理 203

习题 204

第16章 现代科学与高新技术物理基础专题 207

16.1 原子核物理 207

16.1.1 原子核的基本性质 207

16.1.2 原子核的大小 209

16.1.3 原子核的自旋 209

16.1.4 核力 210

16.1.5 原子核的结合能 210

16.2 原子核的衰变规律 211

16.2.1 放射性元素 211

16.2.2 原子核衰变的规律 212

16.2.3 核衰变的位移定则 214

16.2.4 探测放射性现象的方法 214

16.2.5 放射性同位素的应用 215

16.2.6 获得高能粒子的方法 217

16.3 原子核能的应用 217

16.3.1 裂变反应 217

16.3.2 聚变反应 218

16.4 粒子物理 219

16.4.1 粒子的分类 220

16.4.2 粒子的相互作用 222

16.4.3 粒子的一些特性和规律 223

16.4.4 强子的夸克模型 224

16.5 激光 225

16.5.1 自发辐射和受激辐射 225

16.5.2 激光器 226

16.5.3 激光产生的原理 227

16.5.4 氦氖激光器 230

16.5.5 激光的特性和应用 231

16.6 固体的能带结构 231

16.6.1 电子共有化 232

16.6.2 能带的形成 232

16.6.3 导体、半导体和绝缘体 233

16.6.4 半导体的导电机制 234

16.6.5 半导体的特性及其应用 235

16.7 纳米技术 238

16.7.1 纳米技术的基本概念 238

16.7.2 扫描隧道显微镜与纳米技术 238

16.7.3 纳米态物质的奇异特性及应用 239

16.8 超导电性 241

16.8.1 超导体的发现与发展 241

16.8.2 超导体的基本性质 242

16.8.3 超导电性理论简介 243

16.8.4 超导的应用前景 244

习题 245

附录A 历年诺贝尔物理学奖获得者 247

附录B 常用基本物理常量 256

附录C 本书中常用物理量的符号和单位 257

习题参考答案 259

参考文献 264