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下册 324

第四篇 电磁学 324

第10章 真空中的静电场 324

10.1 静电场的基本现象和基本规律 325

10.1.1 摩擦起电和两种电荷 325

10.1.2 静电感应和电荷守恒定律 325

10.1.3 物质的电结构以及导体、绝缘体和半导体 326

10.2 真空中的库仑定律 327

10.2.1 电荷和库仑定律 327

10.2.2 静电场力的叠加原理 329

10.2.3 应用库仑定律解题的步骤 332

10.3 静电场和电场强度 333

10.3.1 静电场 333

10.3.2 电场强度矢量 333

10.3.3 场强叠加原理 336

10.4 电场线、电通量和高斯定理 341

10.4.1 电场线 341

10.4.2 电通量 343

10.4.3 静电场的高斯定理 344

10.4.4 高斯定理的应用 347

10.4.5 应用高斯定理求场强分布的几点说明 351

10.5 静电场力所做的功、电势能、电势差和电势 352

10.5.1 静电场力所做的功 352

10.5.2 电势能 354

10.5.3 电势差 355

10.5.4 电势 356

10.5.5 电场力所做的功和电势差的关系 356

10.5.6 电势叠加原理和电势的计算 358

10.6 等势面以及场强与电势的关系 362

10.6.1 等势面 362

10.6.2 电势与场强的微分关系 363

10.7 带电粒子在静电场中受到的力及其运动 366

10.7.1 电偶极子在电场中受到的力与力矩 366

10.7.2 带电粒子在匀强电场中的运动 366

本章内容简介（英文） 368

习题10 370

第11章 静电场中的导体和电介质 377

11.1 静电场中的导体 377

11.1.1 金属导体微观结构的特征 377

11.1.2 导体的静电平衡条件 377

11.1.3 导体处于静电平衡时的性质 378

11.1.4 导体面电荷密度和场强的关系 379

11.1.5 导体空腔的电荷分布（导体壳） 382

11.2 静电场中的电介质 384

11.2.1 电介质的极化及微观机制 384

11.2.2 极化强度矢量和极化电荷的关系 386

11.2.3 电位移矢量和有电介质时的高斯定理 388

11.3 电容器和电容 392

11.3.1 孤立导体的电容 392

11.3.2 电容器和电容器的电容 393

11.3.3 电容器电容的计算 394

11.3.4 电介质对电容器电容的影响 396

11.3.5 电容器的串联和并联 397

11.4 静电场的能量 400

11.4.1 点电荷系的相互作用能 400

11.4.2 电荷连续分布的带电体系的静电能 401

11.4.3 电容器的静电能 402

11.4.4 电场的能量和能量密度 403

本章内容简介（英文） 407

习题11 409

静电场检测题 414

第12章 稳恒电流 418

12.1 电流和电流密度 418

12.1.1 电流的形成 418

12.1.2 电流 418

12.1.3 电流密度 419

12.1.4 稳恒电流和电场 420

12.2 一段不含源电路的欧姆定律 420

12.2.1 欧姆定律和电阻 420

12.2.2 电阻定律和电阻率 421

12.2.3 欧姆定律的微分形式 423

12.2.4 金属导电的经典电子理论 423

12.3 电流的功、功率和焦耳定律 425

12.3.1 电流的功和功率 425

12.3.2 焦耳定律 426

12.4 电阻的串联和并联 426

12.4.1 电阻的串联 426

12.4.2 电阻的并联 427

12.4.3 分压电路和分流电路 427

12.5 电源和电动势 428

12.5.1 电源 428

12.5.2 电动势 429

12.6 闭合电路和一段含源电路的欧姆定律 430

12.6.1 闭合电路的欧姆定律 430

12.6.2 一段含源电路的欧姆定律 431

12.7 基尔霍夫定律 432

12.7.1 基尔霍夫第一定律 432

12.7.2 基尔霍夫第二定律 433

本章内容简介（英文） 436

习题12 438

第13章 真空中稳恒电流的磁场 440

13.1 基本的磁现象 440

13.1.1 早期对磁现象的认识 440

13.1.2 磁场 442

13.2 磁感应强度、磁感应线、磁通量和磁场中的高斯定理 443

13.2.1 磁感应强度 443

13.2.2 磁感应线 444

13.2.3 磁感应通量 445

13.2.4 磁场的高斯定理 446

13.3 毕奥—萨伐尔—拉普拉斯定律 448

13.3.1 毕奥—萨伐尔—拉普拉斯定律 448

13.3.2 磁场叠加原理 448

13.3.3 关于毕奥—萨伐尔—拉普拉斯定律的几点说明 449

13.3.4 毕奥—萨伐尔—拉普拉斯定律的应用 449

13.4 安培环路定理及其应用 454

13.4.1 安培环路定理 454

13.4.2 安培环路定理的证明 455

13.4.3 安培环路定理的应用 456

13.5 运动电荷的磁场 460

13.6 磁场对电流的作用 461

13.6.1 安培定律 461

13.6.2 两无限长直载流导线间的作用力 464

13.6.3 载流线圈在磁场中所受的力和力矩 465

13.7 带电粒子在磁场中的运动 466

13.7.1 洛仑兹力 467

13.7.2 带电粒子在均匀磁场中的运动 468

13.7.3 带电粒子在均匀电场和均匀磁场中的运动 469

本章内容简介（英文） 472

习题13 474

第14章 磁介质 482

14.1 磁介质的磁化和磁导率 482

14.1.1 磁场中磁介质的磁化 482

14.1.2 磁介质的磁导率 482

14.1.3 磁介质的分类 483

14.1.4 磁介质磁化的微观机制 483

14.1.5 磁化强度矢量 485

14.1.6 磁化强度与分子电流的关系 485

14.2 磁场强度矢量、有磁介质时的安培环路定理和高斯定理 486

14.3 磁介质的磁化规律以及磁化率与磁导率 488

14.4 铁磁质 489

14.4.1 铁磁质的一般特性 489

14.4.2 铁磁质的磁化规律 489

14.4.3 铁磁质的分类和应用 491

14.4.4 铁磁性的起因 493

本章内容简介（英文） 495

习题14 497

第15章 电磁感应 500

15.1 法拉第电磁感应定律 500

15.1.1 电磁感应现象 500

15.1.2 法拉第电磁感应定律 502

15.1.3 楞次定律 503

15.2 动生电动势和交流发电机原理 506

15.2.1 动生电动势和洛仑兹力 506

15.2.2 动生电动势的计算 507

15.3 感生电动势和涡旋电场 511

15.3.1 感生电动势和涡旋电场 511

15.3.2 感生电动势的计算 512

15.4 自感和互感 515

15.4.1 自感现象及其实验观察 515

15.4.2 自感系数和自感电动势 516

15.4.3 互感现象和互感系数 517

15.5 自感磁能和互感磁能 520

15.5.1 自感磁能 520

15.5.2 互感磁能 521

15.5.3 磁场的能量 522

15.6 位移电流和麦克斯韦方程组 523

15.6.1 静电场、静磁场的基本方程 524

15.6.2 涡旋电场所满足的方程 525

15.6.3 位移电流 525

15.6.4 麦克斯韦方程组的积分形式 529

15.6.5 麦克斯韦方程组的微分形式 531

15.6.6 麦克斯韦方程组的意义 532

本章内容简介（英文） 533

习题15 535

第16章 电磁振荡和电磁波 540

16.1 电磁振荡 540

16.1.1 无阻尼自由振荡回路 540

16.1.2 无阻尼自由振荡的规律 541

16.2 电磁波的产生和传播 543

16.2.1 振荡回路的改进 543

16.2.2 振荡电偶极子发射的电磁波 544

16.2.3 E和H的表达式 545

16.3 电磁波的性质和能量 546

16.3.1 电磁波的性质 546

16.3.2 电磁波的能量 547

16.3.3 振荡偶极子的发射总功率 549

16.3.4 赫兹实验 549

16.4 电磁波谱 550

16.4.1 无线电波 550

16.4.2 红外线 550

16.4.3 可见光 551

16.4.4 紫外线 551

16.4.5 X射线 551

16.4.6 γ射线 552

本章内容简介（英文） 553

习题16 555

阅读材料 科学家系列简介（三） 557

静磁学和电磁场检测题 560

第五篇 光学的物理基础 567

第17章 波动光学基础 567

第一部分 光的干涉 567

17.1 光波、光源、光的相干叠加和非相干叠加 567

17.1.1 光的电磁理论 567

17.1.2 光源及其发光特征 568

17.1.3 光波叠加原理 569

17.1.4 光波的相干叠加和非相干叠加 570

17.1.5 相干条件、相干光和相干光源 571

17.1.6 获得相干光源的基本方法 572

17.1.7 光程、相差和光程差 572

17.1.8 干涉条纹的可见度 573

17.1.9 光通过薄透镜的等光程性 574

17.2 由分波前法产生的光的干涉 574

17.2.1 杨氏双缝实验 574

17.2.2 洛埃镜实验 577

17.3 由分振幅法产生的光的干涉——薄膜干涉 578

17.3.1 平行平面膜产生的干涉 579

17.3.2 等厚干涉 583

17.4 迈克耳孙干涉仪 588

17.4.1 迈克耳孙干涉仪 588

17.4.2 相干长度和相干时间 589

第二部分 光的衍射 590

17.5 光的衍射现象和惠更斯—菲涅耳原理 590

17.5.1 光的衍射现象与衍射的分类 590

17.5.2 惠更斯—菲涅耳原理 591

17.6 单狭缝夫琅和费衍射 592

17.6.1 夫琅和费衍射的实验 592

17.6.2 菲涅耳半波带法 593

17.6.3 单缝衍射图样及光强分布 594

17.7 圆孔夫琅和费衍射 596

17.7.1 圆孔夫琅和费衍射 596

17.7.2 光学仪器的分辨本领 597

17.7.3 人眼的分辨本领 599

17.7.4 光谱仪器的色分辨本领 599

17.8 衍射光栅 600

17.8.1 平面透射光栅 600

17.8.2 光栅光谱 603

17.8.3 光栅光谱仪的色分辨本领 603

17.8.4 光栅的色散本领 603

第三部分 光的偏振 605

17.9 自然光和偏振光 606

17.9.1 光的偏振现象 606

17.9.2 偏振片、起偏器和检偏器 608

17.9.3 马吕斯定律 608

17.10 光在各向同性介质分界面上反射和折射时的偏振 610

17.10.1 反射和折射时的偏振现象 610

17.10.2 布儒斯特定律 611

17.10.3 玻璃片的检偏 611

17.11 光的双折射现象 613

17.11.1 晶体的双折射现象 613

17.11.2 双折射现象的物理解释 614

17.11.3 偏振器件 615

本章内容简介（英文） 617

习题17 620

阅读材料 科学家系列简介（四） 628

波动光学检测题 631

第六篇 近代物理和现代工程技术简介 635

第18章 狭义相对论基础 635

18.1 力学相对性原理、伽利略变换和经典力学时空观 635

18.1.1 伽利略时空坐标变换 636

18.1.2 力学相对性原理 636

18.1.3 牛顿的绝对时空观 637

18.2 狭义相对论的两个基本假设和洛仑兹变换 639

18.2.1 相对论产生的历史背景 639

18.2.2 相对论实验基础 639

18.2.3 狭义相对论的两个基本假设 641

18.2.4 洛仑兹变换 642

18.3 狭义相对论时空观 645

18.3.1 相对论时空结构 645

18.3.2 长度收缩 646

18.3.3 同时性的相对性 647

18.3.4 时钟变慢 648

18.3.5 狭义相对论时空观 650

18.4 狭义相对论动力学基础 651

18.4.1 相对论动量、能量 651

18.4.2 质能关系 653

18.4.3 质能关系的物理意义 654

18.4.4 相对论力学方程 655

本章内容简介（英文） 657

习题18 660

第19章 量子物理基础 662

19.1 热辐射和普朗克的辐射量子论 662

19.1.1 热辐射及其描述方法 662

19.1.2 绝对黑体辐射和基尔霍夫定律 664

19.1.3 绝对黑体辐射的实验规律 665

19.1.4 绝对黑体辐射的经典理论解释 667

19.1.5 普朗克的量子论 667

19.1.6 光测高温方法 669

19.2 光电效应和爱因斯坦光量子理论 671

19.2.1 光电效应的发现 671

19.2.2 光电效应的实验规律 672

19.2.3 光电效应的经典解释 673

19.2.4 光电效应的量子解释 673

19.2.5 爱因斯坦的光量子理论 675

19.2.6 光子 676

19.3 康普顿效应和光的波粒二象性 677

19.3.1 X射线 677

19.3.2 康普顿散射的实验装置 678

19.3.3 康普顿散射的实验结果 678

19.3.4 经典考虑 678

19.3.5 康普顿的量子解释 679

19.3.6 光的波粒二象性 681

19.4 氢原子光谱规律和玻尔的氢原子理论 683

19.4.1 氢原子的光谱 683

19.4.2 玻尔的氢原子理论 684

19.4.3 玻尔模型的实验验证 687

19.4.4 玻尔理论所得的结论 689

19.4.5 玻尔理论的局限性 690

19.5 实物粒子的波粒二象性 691

19.5.1 光的波粒二象性 691

19.5.2 实物粒子的波粒二象性 691

19.5.3 德布罗意波 693

19.6 不确定关系 695

19.6.1 不确定关系的简单导出 695

19.6.2 不确定关系的表述和含义 695

19.7 波函数及其统计解释 697

19.7.1 波函数 697

19.7.2 波函数的统计解释 698

19.7.3 薛定谔方程 699

19.8 一维无限深势阱 700

19.9 量子隧道效应 703

19.10 氢原子的量子力学处理和电子自旋 707

19.10.1 氢原子的量子力学处理 707

19.10.2 电子自旋 709

19.11 多电子原子和原子的壳层结构 710

19.11.1 氦原子的光谱和能级 710

19.11.2 泡利不相容原理 712

19.11.3 原子的电子壳层结构 712

本章内容简介（英文） 720

习题19 723

阅读材料 科学家系列简介（五） 727

相对论和量子物理检测题 731

第20章 能源和核能技术简介 734

20.1 能源概念简述 734

20.1.1 能源的类型 734

20.1.2 能源的转化 735

20.1.3 能源的利用 736

20.2 原子核的性质和裂变 737

20.2.1 原子核的基本性质 737

20.2.2 原子核的裂变 745

20.3 链式反应和核能的利用 748

20.3.1 链式反应 748

20.3.2 实现链式反应的条件 749

20.3.3 原子核反应堆 750

20.3.4 原子反应堆的应用 751

20.3.5 原子弹 752

20.4 轻原子核的聚变反应和核能的利用 752

20.4.1 轻原子核的聚变 752

20.4.2 太阳中的原子核聚变 753

20.4.3 热核反应 754

20.5 其他能源简介 757

20.5.1 太阳能及其利用 757

20.5.2 风能及其利用 758

20.5.3 海洋能的开发和利用 759

20.5.4 地热能 760

20.5.5 氢能的利用 761

习题20 763

第21章 激光原理及其应用 764

21.1 激光的基本原理 764

21.1.1 粒子数按能级的分布 764

21.1.2 光与物质的作用 765

21.1.3 粒子数反转分布 766

21.1.4 光振荡 767

21.2 激光器 770

21.2.1 激光器种类 770

21.2.2 固体激光器 770

21.2.3 气体激光器 771

21.3 激光的特性 773

21.4 激光技术的应用 774

21.4.1 激光在工业方面的应用 774

21.4.2 激光在能源方面的应用 775

21.4.3 激光在医学方面的应用 776

21.4.4 激光在军事上的应用 777

21.4.5 激光在农业方面的应用 777

21.4.6 激光的其他应用 777

习题21 778

第22章 红外辐射技术原理及其应用简介 779

22.1 红外线及红外辐射源 779

22.1.1 红外线的发现和红外波段的划分 779

22.1.2 红外辐射源的类型及特点 779

22.2 红外辐射的传输特性 781

22.2.1 红外辐射在传输媒质中的衰减规律 781

22.2.2 红外辐射在大气中的传输特性 781

22.2.3 红外辐射在凝聚态媒质中的传播 783

22.3 红外辐射的探测特性 783

22.3.1 红外探测器的特性参数 783

22.3.2 红外辐射探测器的种类 784

22.3.3 红外成像器件 785

22.4 红外技术的应用 785

22.4.1 红外测温技术 785

22.4.2 红外遥感技术 786

22.4.3 红外加热技术及其应用 787

22.4.4 红外新技术成果的应用 788

习题22 790

第23章 纳米科技及应用简介 791

23.1 纳米科学技术及其产生 791

23.1.1 纳米科技 791

23.1.2 纳米科技的诞生 791

23.1.3 发展纳米科技的意义 792

23.2 蓬勃发展中的纳米科技 793

23.2.1 纳米材料学（nanometer materials science） 794

23.2.2 纳米电子学（nanoeletronics） 797

23.2.3 纳米生物学（nanobiology） 798

23.3 纳米科技研究的工具 801

23.3.1 高分辨透射电镜（HRTEM） 801

23.3.2 扫描隧道显微镜（STM） 802

23.3.3 原子力显微镜（AFM） 802

23.4 纳米科技的安全性问题 804

23.4.1 纳米技术与人体健康的安全问题 804

23.4.2 纳米生物技术与生态安全问题 805

23.4.3 纳米技术与社会安全问题 805

习题23 806