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第一章 固体 1

1 固体的结构 1

1.1 物态大观 1

1.2 晶体 3

1.3 晶体相变与作物抗冻性 4

1.4 土壤晶体 6

1.5 非晶体 7

1.6 生物材料 8

2 固体分子的键联 10

2.1 离子键 10

2.2 共价键 10

2.3 金属键 11

2.4 范德瓦耳斯键 11

2.5 氢键 13

2.6 生物材料的键联 14

3 固体的拉伸与压缩 15

3.1 应变与应力 15

3.2 晶体的拉伸与压缩 18

3.3 生物材料的应力与应变关系 19

3.4 生物材料的黏弹性 21

3.5 植物细胞壁的弹性 22

4 固体的弯曲 23

4.1 杆的弯曲 23

4.2 材料的临界长度 25

4.3 生物学中的比例关系 27

练习 29

1 液体的结构 30

1.1 液体的结构与种类 30

第二章 液体 30

1.2 水的结构与生理功能 32

1.3 液晶 34

1.4 生物膜及其相变 36

2 静止液体的性质 38

2.1 液体的压强 38

2.2 液体的表面张力 40

2.3 拉普拉斯公式 42

2.4 植物水分上运的动力 44

2.5 土壤水分的保持 46

3 液体的流动性质 48

3.1 液体的定常流动 48

3.2 连续性原理 49

3.3 伯努利方程 50

3.4 液体流量和流速的测定 52

4 液体的黏滞性质 54

4.1 牛顿黏滞定律 54

4.2 泊肃叶公式 56

4.3 泊肃叶公式的应用 58

5 物体在黏滞液体中的运动 60

5.1 斯托克斯公式 60

5.2 离心分离技术 61

5.3 雷诺数和流体相似率 62

5.4 生物体系的雷诺数 64

练习 64

第三章 气体 66

1 气体的性质 66

1.1 分子力与气体的微观图象 66

1.2 理想气体的压强 68

1.3 理想气体的温度 70

1.4 理想气体的内能 74

2 气体分子的热运动规律 76

2.1 麦克斯韦速率分布规律 76

2.2 分子速率的三种统计值 78

2.3 玻尔兹曼密度分布规律 81

3 气体分子的扩散规律 83

3.1 气体分子的扩散 83

3.2 菲克扩散定律 83

3.3 植物叶片中的气孔扩散 86

练习 90

第四章 热物理 92

1 传热的基本规律 92

1.1 历史的回顾：热的本质 92

1.2 热传导 93

1.3 对流 97

1.4 热辐射 98

1.5 红外测温与农业遥感 101

2 热力学第一定律 102

2.1 热力学第一定律 102

2.2 理想气体的热功转换 104

2.3 大气绝热模型与干热风的形成 107

2.4 焓 109

3 热力学第二定律 112

3.1 卡诺循环 112

3.2 热力学第二定律 115

3.3 热力学第二定律的诘难 116

3.4 热力学第二定律的生物学意义 118

4 熵 120

4.1 熵的物理概念 120

4.2 熵的宏观意义 122

4.3 熵的微观本质 123

4.4 熵的计算 124

4.5 熵与信息 127

4.6 农业系统熵与土壤系统熵 130

4.7 熵与生命 132

5 吉布斯自由能 133

5.1 吉布斯自由能的物理概念 133

5.2 吉布斯自由能的计算 135

5.3 化学势 137

5.4 水势 139

5.5 土壤-植物-大气连续体系中的水分运动 141

5.6 吉布斯自由能的生物学意义 143

练习 144

1.1 库仑定律 147

1 电场强度 147

第五章 静电场 147

1.2 电场强度 148

1.3 高斯定理 151

1.4 电偶极子与分子键矩 153

2 电势 156

2.1 电势能 156

2.2 电势 157

2.3 电偶极子与电偶层的电势 159

2.4 电场强度与电势的关系 161

3 静电场对电荷的作用 162

3.1 静电场对点电荷的作用，电泳 162

3.2 静电场对电偶极子的作用，氢键 164

3.3 静电场对导体的作用，尖端放电 166

3.4 静电场对电介质的作用，电介质电泳 169

3.5 电容器与细胞电容 172

4 大气电场及其对农业的影响 175

4.1 大气电场 175

4.2 大气电场的电容器模型 176

4.3 大气电场对生物的影响 177

4.4 大气电场对农业的影响 178

练习 178

第六章 电流 182

1 电流密度 182

1.1 电流密度的物理概念 182

1.2 电流密度的微观意义 183

1.3 欧姆定律的微分形式 185

2 电阻 185

2.1 导体的电阻 185

2.2 电阻的微观理论 188

2.4 植物组织电阻的农业应用 191

3 电动势 192

3.1 电动势的物理概念 192

3.2 化学电池 195

3.3 接触电动势 196

3.4 温差电动势 197

3.5 能斯特电动势及其生物学意义 198

练习 200

第七章 磁场 202

1 磁场的概念及确定方法 202

1.1 磁力 202

1.2 磁感应强度 203

1.3 毕奥-萨伐尔定律 204

1.4 安培环路定理 207

1.5 磁矩与生物磁场 209

2.1 安培力与磁偶极子 211

2 磁场对运动电荷的作用 211

2.2 洛仑兹力与质谱仪 214

2.3 霍耳效应与磁场测量 216

3 磁场与物质的相互作用 218

3.1 弱磁质及其分类 218

3.2 弱磁质的磁化机理 219

3.3 铁磁质及其特征 221

3.4 铁磁质的磁化机理 223

3.5 生物和土壤的磁性 223

4 环境磁场及其对生物的影响 225

4.1 地球磁场 225

4.2 磁层 226

4.3 磁暴 228

4.4 其他磁场 228

4.5 环境磁场对生物的影响 229

练习 231

第八章 光 233

1 光的本性与光的测量 233

1.1 历史的回顾：光本性之争 233

1.2 光的电磁理论 234

1.3 光子 236

1.4 光能的测量 237

1.5 光照度 238

2 光的干涉 241

2.1 干涉的一般描述 241

2.2 杨氏干涉与洛埃镜干涉 244

2.3 薄膜干涉及其应用 247

2.4 劈尖与牛顿环 250

3.1 光的衍射现象 252

3 光的衍射 252

3.2 夫琅禾费单缝衍射 253

3.3 光栅 256

3.4 X射线衍射及其对生物分子结构的探测 257

3.5 夫琅禾费圆孔衍射与生物显微镜 260

4 光的偏振 264

4.1 线偏振光的产生与检验 264

4.2 偏光显微镜 270

4.3 旋光与旋光色散 271

4.4 圆偏振光与圆二色性 273

4.5 生物的旋光性 277

5 光的发射 278

5.1 发光的物理基础与单色光的获得 278

5.2 发光光谱分析 281

5.3 常见光源 283

5.4 激光光源 286

5.5 激光在现代农业和生物学中的作用 289

5.6 激光生命科学的新课题 292

5.7 生物发光及其农业应用的潜力 293

6 光的吸收 295

6.1 光吸收的一般规律 295

6.2 原子吸收光谱分析 297

6.3 大气臭氧对光的吸收及其生态意义 299

6.4 大气二氧化碳和水对光的吸收及其生态意义 302

6.5 植物对光的吸收 304

6.6 作物的光能利用率 306

练习 308

1 原子的基本状况 310

1.1 原子的组成 310

第九章 原子物理 310

1.2 氢原子的结构与能级 312

2 量子力学对原子的描述 315

2.1 物质波 315

2.2 波函数与薛定谔方程 317

2.3 量子力学对氢原子的描述 319

2.4 原子的壳层结构 322

3 磁场中的原子 324

3.1 原子的磁矩 324

3.2 磁场中的原子 325

3.3 电子顺磁共振及其在生物学中的应用 326

4 原子核 330

4.1 原子核的基本状况 330

4.2 原子核的磁矩与核磁共振(NMR) 332

4.3 核磁共振谱分析 335

4.4 生物学中的NMR成像技术 338

4.5 NMR在农业中的应用 340

5 原子核的放射衰变 341

5.1 原子核的衰变规律 341

5.2 放射性同位素示踪技术 344

5.3 放射性同位素辐射加工技术 348

5.4 农用射线检测技术 349

练习 350

附录 352

附表1 国际单位制(SI)的基本单位 352

附表2 SI词头 352

附表3 基本物理常数表 352

参考文献 353

练习答案 356