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第四篇 电 磁学 3

第九章 真空中的静电场 3

第一节 电荷 库仑定律 3

一、电荷 3

二、库仑定律 5

第二节 电场 电场强度 8

一、电场 8

二、电场强度 9

三、电场强度叠加原理 9

四、场强的计算 10

五、电场线 14

第三节 高斯定理及其应用 15

一、电场强度通量 16

二、高斯定理 17

三、高斯定理的应用 19

第四节 静电场的环路定理 电势 21

一、静电场力做功的特点 21

二、静电场的环路定理 22

三、电势和电势差 23

四、电势的计算 24

第五节 电场强度与电势的微分关系 27

一、等势面 27

二、电场强度与电势的微分关系 28

习题 29

第十章 静电场中的导体和电介质 33

第一节 静电场中的导体 33

一、导体的静电平衡 33

二、孤立导体形状对电荷分布的影响 35

三、封闭金属腔内外的静电场 36

第二节 电容器及其电容 39

一、孤立导体的电容 39

二、电容器的电容 39

三、电容器的连接 42

第三节 电介质及其极化 44

一、电介质的特点 44

二、电介质的极化 45

三、电极化强度 46

四、电极化强度与场强的关系 46

五、极化电荷与电极化强度的关系 47

第四节 有介质时静电场的高斯定理 48

一、电介质中的场强 48

二、电位移矢量 有介质时静电场的高斯定理 48

三、有介质存在时高斯定理的应用 49

第五节 电场的能量 51

一、电容器储存的静电能 51

二、电场的能量 51

习题 52

第十一章 恒定电流的磁场 58

第一节 恒定电流 58

一、电流 电流密度 58

二、电流的连续性方程 60

第二节 电源 电动势 60

一、非静电力 60

二、电源 电动势 61

第三节 磁场磁感应强度 62

一、奥斯特实验 62

二、磁现象的本质 63

三、磁感应强度的定义 64

第四节 毕奥-萨伐尔定律及应用 65

一、毕奥-萨伐尔定律 65

二、毕奥-萨伐尔定律的应用 66

第五节 磁通量 磁场的高斯定理 70

一、磁感应线的特点 70

二、磁场的高斯定理 71

第六节 安培环路定理及应用 72

一、安培环路定理 72

二、安培环路定理的应用 74

第七节 带电粒子在电磁场中的运动 77

一、带电粒子在电磁场中所受的力 77

二、带电粒子在匀强磁场中的运动 77

三、磁聚焦 78

四、霍耳效应 79

第八节 磁场对载流导线的作用 82

一、安培力 82

二、磁场对载流线圈的作用 83

第九节 磁介质的磁化 86

一、磁介质的分类 86

二、顺磁质和抗磁质的磁化 87

三、磁化强度 88

四、磁化电流 89

五、磁介质中的安培环路定理 磁场强度 90

六、铁磁质 92

习题 96

第十二章 电磁感应及电磁场基本方程 103

第一节 电磁感应的基本定律 103

一、电磁感应现象 103

二、楞次定律 104

三、法拉第电磁感应定律 105

第二节 动生电动势 108

一、动生电动势的形成 108

二、动生电动势的计算 109

三、交流发电机 110

第三节 感生电动势和感生电场 112

一、感生电动势 感生电场 112

二、电子感应加速器的基本原理 113

三、涡电流 114

第四节 自感和互感 117

一、自感电动势 自感 117

二、互感电动势 互感 119

第五节 磁场的能量 121

一、通电电感器的磁能 121

二、磁场的能量 122

第六节 位移电流 麦克斯韦方程组的积分形式 123

一、位移电流 123

二、电磁场 麦克斯韦方程组的积分形式 125

习题 127

第五篇 波动光学 135

第十三章 光的干涉 135

第一节 光波 单色光的相干性 135

一、原子的发光原理 135

二、光波 136

三、单色光与复色光 137

四、光的叠加与光的干涉 137

五、光程与光程差 138

第二节 分波面干涉 140

一、获取相干光的条件和方法 140

二、杨氏双缝干涉 141

三、其他分波面干涉装置 143

第三节 分振幅干涉 145

一、等倾干涉 145

二、增透膜和增反膜 147

三、等厚干涉 148

第四节 迈克耳孙干涉仪 152

习题 154

第十四章 光的衍射 157

第一节 惠更斯-菲涅耳原理 157

一、光的衍射现象 157

二、惠更斯-菲涅耳原理 158

第二节 夫琅禾费单缝衍射 159

一、实验装置和现象 159

二、夫琅禾费单缝衍射的光强 160

三、衍射图样的特点分析 161

第三节 夫琅禾费圆孔衍射 光学仪器的分辨本领 163

一、夫琅禾费圆孔衍射 163

二、光学仪器的分辨率 163

第四节 光栅衍射及光栅光谱 166

一、光栅衍射现象 166

二、光栅的衍射规律 167

三、光栅光谱 169

第五节 X射线的衍射 171

一、X射线 171

二、X射线的衍射 171

习题 174

第十五章 光的偏振 177

第一节 光的偏振性 马吕斯定律 177

一、自然光 177

二、偏振光 178

三、马吕斯定律 179

四、偏振的应用 180

第二节 布儒斯特定律 183

一、反射光和折射光的偏振 183

二、布儒斯特定律 183

第三节 光的双折射现象 185

一、晶体的双折射 185

二、晶体的主折射率、正晶体、负晶体 186

三、晶体偏振器件 187

四、偏振光的干涉 188

第四节 旋光现象 189

习题 190

第六篇 近代物理基础 195

第十六章 相对论基础 195

第一节 狭义相对论产生的历史背景和实验基础 195

一、历史背景 195

二、迈克耳孙-莫雷实验 196

第二节 狭义相对论的基本假设与洛伦兹变换 197

一、狭义相对论的两个基本假设 197

二、洛伦兹变换 198

第三节 狭义相对论的时空观 200

一、相对论时空理论不破坏因果律 200

二、同时的相对性 201

三、长度收缩 202

四、时间膨胀 203

第四节 狭义相对论速度变换 204

第五节 狭义相对论动力学基础 206

一、质量与速度的关系 206

二、相对论质点动力学方程 207

三、质能关系 207

四、能量和动量关系 208

第六节 广义相对论简介 209

一、广义相对论的两个基本原理 209

二、惯性质量和引力质量 210

三、惯性力与引力的等效 211

四、广义相对论的实验检验 211

习题 213

第十七章 量子物理基础 216

第一节 黑体辐射 普朗克能量量子假设 216

一、黑体辐射 216

二、普朗克量子假设 218

第二节 光电效应 爱因斯坦光子理论 219

一、光电效应及其实验规律 219

二、光电效应与经典波动理论的矛盾 220

三、爱因斯坦光子理论 221

四、光的波粒二象性 222

第三节 氢原子光谱 玻尔的氢原子理论 223

一、氢原子光谱的实验规律 223

二、里兹合并原则 224

三、原子核式结构及困难 224

四、玻尔理论的基本假设 225

五、氢及类氢离子的玻尔理论 225

六、玻尔理论的局限性 227

第四节 实物粒子的波粒二象性 不确定关系 229

一、实物粒子的波粒二象性 229

二、不确定性原理 230

第五节 波函数 薛定谔方程 232

一、波函数及其物理意义 233

二、薛定谔方程 233

第六节 氢原子的量子力学描述 235

一、氢原子的定态薛定谔方程 235

二、氢原子的量子力学处理结果 236

习题 239

第十八章 物理学进展与应用 242

第一节 耗散结构 242

一、宇宙正在走向死亡吗 242

二、生命过程的自组织现象 242

三、无生命世界的自组织现象 244

四、开放系统的熵变 245

五、偏离平衡的系统 246

六、远离平衡的系统 246

七、从涨落到有序 248

第二节 左手介质 249

一、左手介质的理论基础 249

二、左手介质的人工实现和实验验证 250

三、左手介质的奇异特性 251

四、左手介质的应用前景 251

第三节 扫描隧道显微镜与量子围栏 252

一、扫描隧道显微镜 252

二、扫描隧道显微镜的工作原理 252

三、量子围栏 253

第四节 激光冷却与捕陷原子 254

第五节 玻色-爱因斯坦凝聚 256

一、玻色-爱因斯坦凝聚的由来 256

二、玻色-爱因斯坦凝聚的形成条件 257

三、实现玻色-爱因斯坦凝聚的探索 258

四、前景展望 258

第六节 原子核裂变与聚变 259

一、原子核的结合能 259

二、核裂变 260

三、核聚变 261

四、原子弹与氢弹 261

五、核能的和平利用 263

第七节 物质构成之迷——基本粒子的新发现 265

一、介子与核力 265

二、反粒子的发现 266

三、强子分类的“八重法” 267

四、新颖的夸克模型 269

五、顶夸克的发现 271

六、夸克的味和色 272

附录Ⅰ 274

附录Ⅱ 274

附录Ⅲ 275

附录Ⅳ 275

习题答案 277