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第3篇 热学 3

第9章 气体动理论 3

9.1 平衡态温度理想气体状态方程 3

9.1.1 平衡态 温度 3

9.1.2 理想气体状态方程 4

9.2 分子热运动和统计规律 6

9.2.1 分子热运动的图像 6

9.2.2 分子热运动的基本特征 7

9.2.3 分布函数和平均值 7

9.3 气体动理论的压强公式 9

9.3.1 理想气体的微观模型 9

9.3.2 速率分布函数 10

9.3.3 压强公式的简单推导 10

9.3.4 理想气体压强公式的推导 12

9.4 理想气体的温度公式 14

9.4.1 温度的本质和统计意义 14

9.4.2 气体分子的方均根速率 15

9.5 能量均分定理 理想气体的内能 16

9.5.1 分子的自由度 16

9.5.2 能量均分定理 17

9.5.3 理想气体的内能 18

9.6 麦克斯韦速率分布律 18

9.6.1 分子速率的实验测定 19

9.6.2 麦克斯韦速率分布律 20

9.6.3 从速率分布函数f（v）推算分子速率的三个统计值 21

9.7 玻尔兹曼分布律重力场中粒子按高度的分布 22

9.7.1 玻尔兹曼分布律 23

9.7.2 重力场中粒子按高度的分布 24

9.8 分子的平均碰撞次数及平均自由程 25

习题9 27

阅读材料温度与热量 30

第10章 热力学基础 31

10.1 热力学第一定律 31

10.1.1 热力学过程 31

10.1.2 功、热量、内能 32

10.1.3 热力学第一定律 34

10.2 热力学第一定律对于理想气体等值过程的应用 35

10.2.1 等体过程 气体的摩尔定容热容 35

10.2.2 等压过程 气体的摩尔定压热容 37

10.2.3 等温过程 39

10.3 绝热过程 多方过程 40

10.3.1 绝热过程 40

10.3.2 绝热过程方程的推导 41

10.3.3 多方过程 43

10.4 循环过程 卡诺循环 45

10.4.1 循环过程 45

10.4.2 卡诺循环 46

10.5 热力学第二定律 51

10.5.1 热力学第二定律 51

10.5.2 两种表述的等价性 52

10.6 可逆过程与不可逆过程 卡诺定理 53

10.6.1 可逆过程与不可逆过程 53

10.6.2 卡诺定理 54

10.6.3 卡诺定理的证明 55

10.7 熵 56

10.7.1 熵的存在 56

10.7.2 自由膨胀的不可逆性 57

10.7.3 玻尔兹曼关系 59

10.8 熵增加原理 热力学第二定律的统计意义 61

10.8.1 熵增加原理 61

10.8.2 热力学第二定律的统计意义 62

10.8.3 熵增与能量退化 63

10.8.4 熵增和热寂 63

习题10 64

阅读材料 麦克斯韦妖 67

第4篇 电场和磁场 71

第11章 真空中的静电场 71

11.1 电场 电场强度 71

11.1.1 电荷 71

11.1.2 电荷守恒定律 71

11.1.3 电荷的量子化 72

11.1.4 库仑定律 72

11.1.5 电场强度 73

11.1.6 场强叠加原理 74

11.1.7 电场强度的计算 75

11.1.8 带电体在外电场中所受的作用 80

11.2 电通量 高斯定理 80

11.2.1 电场的图示法 电场线 80

11.2.2 电通量 81

11.2.3 高斯定理 82

11.2.4 高斯定理的应用 84

11.3 电场力的功 电势 86

11.3.1 电场力的功 86

11.3.2 静电场的环流定理 87

11.3.3 电势能 88

11.3.4 电势 电势差 88

11.3.5 电势的计算 89

11.4 电场强度与电势的关系 91

习题11 92

阅读材料 压电体 94

第12章 导体和电介质的静电场 96

12.1 静电场中的导体 96

12.1.1 导体的静电平衡 96

12.1.2 导体壳和静电屏蔽 98

12.1.3 有导体存在的静电场电场强度与电势的计算 99

12.2 静电场中的电介质 101

12.2.1 电介质的极化 101

12.2.2 极化强度和极化电荷 102

12.2.3 电介质的极化规律 103

12.2.4 有电介质时的高斯定理 105

12.3 电容电容器 106

12.3.1 孤立导体的电容 106

12.3.2 电容器及其电容 106

12.3.3 电容器的连接 107

12.3.4 范德格拉夫起电机 108

12.4 电场的能量 110

12.4.1 带电系统的能量 110

12.4.2 电场能量 111

习题12 112

阅读材料 磁单极 114

第13章 恒定电流的磁场 115

13.1 恒定电流 115

13.1.1 电流 电流密度 115

13.1.2 电源的电动势 116

13.2 磁场 磁感应强度 117

13.2.1 基本磁现象 117

13.2.2 磁感应强度 118

13.2.3 磁通量 119

13.2.4 磁场中的高斯定理 120

13.2.5 毕奥-萨伐尔定律 121

13.2.6 毕奥-萨伐尔定律的运用 123

13.3 安培环路定理 126

13.3.1 安培环路定理 127

13.3.2 安培环路定理的应用 128

13.4 磁场对运动电荷的作用 131

13.4.1 洛伦兹力 131

13.4.2 带电粒子在匀强磁场中的运动 132

13.4.3 霍尔效应 134

13.4.4 磁流体发电 136

13.5 磁场对载流导线的作用 137

13.5.1 安培定律 137

13.5.2 无限长两平行载流直导线间的相互作用力 138

13.5.3 磁场对载流线圈的作用 139

13.5.4 磁力的功 141

13.6 磁介质 143

13.6.1 磁介质的分类 143

13.6.2 抗磁质与顺磁质的磁化 144

13.6.3 磁化强度 145

13.6.4 磁介质中的安培环路定理 145

13.6.5 铁磁质 149

习题13 153

阅读材料等离子体及其磁约束 157

第14章 电磁感应 159

14.1 电磁感应定律 159

14.1.1 电磁感应现象 159

14.1.2 楞次定律 160

14.1.3 法拉第电磁感应定律 160

14.2 动生电动势与感生电动势 162

14.2.1 动生电动势 162

14.2.2 动生电动势的计算 163

14.2.3 感生电动势 165

14.2.4 电子感应加速器 167

14.2.5 涡电流 168

14.3 自感应和互感应 169

14.3.1 自感应 169

14.3.2 互感应 170

14.4 磁场能量 172

14.4.1 自感磁能 172

14.4.2 磁场能量 173

14.5 位移电流 电磁场理论 174

14.5.1 位移电流 174

14.5.2 全电流定律 177

14.5.3 麦克斯韦方程组 178

习题14 179

阅读材料 遥感技术 182

第5篇 近代物理 187

第15章 相对论基础 187

15.1 伽利略相对性原理经典力学的时空观 187

15.1.1 伽利略相对性原理 187

15.1.2 经典力学的时空观 188

15.2 狭义相对论基本原理 洛伦兹坐标变换式 189

15.2.1 狭义相对论基本原理 189

15.2.2 洛伦兹坐标变换式的推导 192

15.3 相对论速度变换公式 194

15.4 狭义相对论时空观 196

15.4.1 “同时”的相对性 197

15.4.2 时间膨胀 198

15.4.3 长度收缩 199

15.4.4 相对性与绝对性 200

15.5 狭义相对论动力学基础 201

15.5.1 相对论力学的基本方程 201

15.5.2 质量和能量的关系 203

15.5.3 动量和能量的关系 204

15.5.4 广义相对论简介 207

习题15 209

阅读材料 宋超新星爆发和光速不变性 211

第16章 量子物理基础 213

16.1 热辐射 普朗克的量子假设 213

16.1.1 热辐射现象 213

16.1.2 基尔霍夫辐射定律 213

16.1.3 黑体辐射实验定律 215

16.1.4 普朗克量子假设 218

16.2 光电效应 爱因斯坦的光子理论 221

16.2.1 光电效应的实验规律 221

16.2.2 光的波动说的缺陷 223

16.2.3 爱因斯坦的光子理论 224

16.2.4 光的波-粒二象性 225

16.2.5 光电效应的应用 225

16.3 康普顿效应 227

16.3.1 康普顿效应 227

16.3.2 光子理论的解释 228

16.4 氢原子光谱 玻尔的氢原子理论 231

16.4.1 氢原子光谱的规律性 231

16.4.2 玻尔的氢原子理论 232

16.4.3 氢原子轨道半径和能量的计算 233

16.4.4 玻尔理论的缺陷 235

16.5 德布罗意波 波-粒二象性 237

16.5.1 德布罗意波 237

16.5.2 戴维孙-革末实验 238

16.5.3 电子显微镜 240

16.6 不确定度关系 242

16.7 波函数 薛定谔方程 245

16.7.1 波函数及其统计解释 245

16.7.2 薛定谔方程 247

16.8 薛定谔方程在一维问题中的应用 249

16.8.1 一维无限深势阱 249

16.8.2 扫描隧道显微镜 255

16.8.3 谐振子 256

16.9 量子力学中的氢原子问题 257

16.9.1 氢原子的薛定谔方程 257

16.9.2 量子化条件和量子数 258

16.9.3 氢原子中电子的概率分布 259

16.10 电子的自旋原子的电子壳层结构 260

16.10.1 施特恩-格拉赫实验 260

16.10.2 电子的自旋 261

16.10.3 原子的电子壳层结构 261

习题16 263

阅读材料 红外技术 266

习题答案 273