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绪论 1

第一章 连续体力学 9

1.1 固体的弹性 9

1.1.1 固体的结构 9

1.1.2 应变与应力 13

1.1.3 固体的拉伸与压缩 17

1.1.4 生物材料的应变-应力关系 19

1.1.5 杆的弯曲 22

1.1.6 材料的临界长度 24

1.2 静止液体的力学性质 26

1.2.1 液体的压强 26

1.2.2 液体的表面张力 29

1.2.3 拉普拉斯公式 32

1.2.4 毛细现象 33

1.2.5 植物的水分运输 35

1.3 理想流体的流动 36

1.3.1 理想流体的定常流动 36

1.3.2 连续性原理 38

1.3.3 伯努利方程 38

1.3.4 伯努利方程的应用 40

1.4 黏滞流体的流动 44

1.4.1 牛顿黏滞定律 超流性 44

1.4.2 泊肃叶公式及其应用 46

1.4.3 斯托克斯公式及其应用 50

1.4.4 雷诺数和流体相似率 52

参考文献 56

思考题 57

练习题 58

第二章 气体动理论 60

2.1 气体的微观图像 60

2.1.1 原子与分子 60

2.1.2 分子数密度和分子线度 63

2.1.3 分子力 63

2.1.4 分子的热运动 64

2.1.5 对布朗运动的进一步讨论 66

2.2 理想气体的压强和温度 67

2.2.1 理想气体的分子模型与统计假设 67

2.2.2 理想气体的压强 69

2.2.3 理想气体的温度 72

2.2.4 气体分子的方均根速率 74

2.3 实际气体的物态方程 76

2.3.1 实际气体的等温线 76

2.3.2 范德瓦耳斯方程 77

2.3.3 昂内斯方程 81

2.4 气体分子速率分布规律 81

2.4.1 麦克斯韦速率分布规律 81

2.4.2 气体分子速率的三种统计值 84

2.4.3 麦克斯韦速率分布规律的实验验证 87

2.5 玻耳兹曼分布律 88

2.5.1 玻耳兹曼分布律 88

2.5.2 重力场中分子数按高度的分布 91

2.5.3 对大气分子的讨论 92

2.6 能量按自由度均分定理 93

2.6.1 自由度的概念 93

2.6.2 分子自由度的确定 94

2.6.3 能量按自由度均分定理 95

2.6.4 理想气体的内能 96

2.7 气体分子的扩散与热传导 97

2.7.1 菲克扩散定律 97

2.7.2 植物叶片的气孔扩散 99

2.7.3 傅里叶热传导定律 101

2.7.4 农业和生物学中的热传导 102

参考文献 104

思考题 104

练习题 105

第三章 热力学 107

3.1 热力学的基本概念 107

3.1.1 系统 107

3.1.2 平衡态与状态参量 108

3.1.3 准静态过程与可逆过程 110

3.1.4 内能、功与热量 111

3.1.5 热容 113

3.2 热力学第一定律 114

3.2.1 热力学第一定律 114

3.2.2 理想气体的热功转换 116

3.2.3 干热风的形成及其对农业的危害 124

3.3 热力学第二定律 127

3.3.1 循环过程 127

3.3.2 卡诺循环 130

3.3.3 热力学第二定律 135

3.3.4 热力学第二定律的统计意义 137

3.3.5 热力学第二定律的生物学意义 139

3.3.6 热力学第二定律的诘难 140

3.4 熵 142

3.4.1 卡诺定理 142

3.4.2 熵与熵增加原理 142

3.4.3 熵的微观本质 145

3.4.4 熵的计算 146

3.4.5 熵与生命 149

参考文献 151

思考题 151

练习题 152

第四章 静电场 155

4.1 电荷与库仑定律 155

4.1.1 电荷 155

4.1.2 库仑定律 158

4.2 电场强度 160

4.2.1 静电场 160

4.2.2 电场强度 161

4.2.3 电场强度的计算 162

4.3 静电场的高斯定理 166

4.3.1 电通量 166

4.3.2 高斯定理 167

4.3.3 高斯定理的应用 169

4.4 电势 172

4.4.1 电势能与静电场的环路定理 172

4.4.2 电势 174

4.4.3 电场强度与电势的微分关系 179

4.5 静电场对导体和电介质的作用 181

4.5.1 静电场对电荷的作用 电泳 181

4.5.2 静电场对导体的作用 尖端放电 183

4.5.3 静电场对电介质的作用 187

4.5.4 电介质中的高斯定理 190

4.5.5 电介质电泳 194

4.6 电容器与电场的能量 195

4.6.1 电容器的电容 195

4.6.2 电容器的能量 198

4.6.3 电场的能量 199

4.6.4 细胞电容 200

参考文献 201

思考题 201

练习题 202

第五章 恒定电流 205

5.1 电流与电阻 205

5.1.1 电流与电流密度 205

5.1.2 欧姆定律的微分形式 210

5.1.3 电阻 211

5.1.4 生物组织的电阻 213

5.2 电动势 215

5.2.1 电动势的物理概念 215

5.2.2 化学电池 218

5.2.3 接触电动势 219

5.2.4 温差电动势 220

5.2.5 能斯特电动势 222

5.2.6 生物膜电势差 223

5.3 电路的基本定律 223

5.3.1 含源电路的欧姆定律 223

5.3.2 基尔霍夫定律 225

5.3.3 基尔霍夫定律的应用 226

5.4 大气电流及其对生物和农业的影响 228

5.4.1 大气电流 228

5.4.2 大气的电流循环 230

5.4.3 大气电场对生物和农业的影响 231

参考文献 232

思考题 232

练习题 232

第六章 稳恒磁场 235

6.1 磁场 235

6.1.1 历史的回顾 235

6.1.2 磁感应强度 237

6.1.3 毕奥-萨伐尔定律 239

6.1.4 运动电荷的磁场 243

6.1.5 地球和生物磁场 244

6.2 磁场的高斯定理与安培环路定理 246

6.2.1 磁场的高斯定理 246

6.2.2 磁单极 247

6.2.3 安培环路定理 248

6.2.4 安培环路定理的应用 251

6.3 磁场对电流和运动电荷的作用 253

6.3.1 安培定律 253

6.3.2 载流线圈在磁场中受到的力 磁矩 255

6.3.3 洛伦兹力 257

6.3.4 洛伦兹力的应用 261

6.4 磁介质 266

6.4.1 磁介质的分类 266

6.4.2 弱磁质的磁化机理 268

6.4.3 磁场强度 269

6.4.4 磁介质中的安培环路定理 270

6.4.5 铁磁质 272

6.4.6 生物和土壤的磁性 274

参考文献 275

思考题 276

练习题 276

第七章 电磁感应与电磁场 280

7.1 法拉第电磁感应定律 280

7.1.1 电磁感应现象 280

7.1.2 法拉第电磁感应定律 282

7.1.3 楞次定律 283

7.2 感应电动势 284

7.2.1 动生电动势 284

7.2.2 感生电动势与感生电场 285

7.3 电感 磁场的能量 288

7.3.1 自感 288

7.3.2 互感 289

7.3.3 磁场的能量 291

7.4 电磁场和电磁波 292

7.4.1 位移电流假说 292

7.4.2 麦克斯韦电磁方程组 295

7.4.3 电磁波的预言和产生 298

7.4.4 电磁波的性质 301

7.4.5 电磁波谱及其应用 302

参考文献 303

思考题 304

练习题 304

第八章 振动与波动 307

8.1 简谐振动 307

8.1.1 简谐振动的描述 307

8.1.2 表示简谐振动的旋转矢量法 314

8.1.3 简谐振动的能量 316

8.1.4 其他形式的简谐振动 318

8.2 阻尼振动与共振 321

8.2.1 阻尼振动 321

8.2.2 受迫振动 323

8.2.3 共振 325

8.2.4 混沌 328

8.3 简谐振动的合成 330

8.3.1 同方向同频率的简谐振动的合成 331

8.3.2 同方向不同频率的简谐振动的合成 拍 333

8.3.3 相互垂直的同频率的简谐振动的合成 334

8.3.4 相互垂直的不同频率的简谐振动的合成 336

8.4 简谐波 337

8.4.1 波动的基本概念 337

8.4.2 简谐波 342

8.4.3 波的衍射与惠更斯原理 347

8.4.4 波的叠加与波的干涉 349

8.4.5 简谐波的能量 353

8.4.6 声波与声强 354

8.4.7 超声波的特点及应用 357

参考文献 357

思考题 358

练习题 358

第九章 波动光学 362

9.1 光学的基本概念 362

9.1.1 历史的回顾 362

9.1.2 光的电磁特征 光强 364

9.1.3 光的相干叠加 光程 367

9.1.4 普通光源 369

9.1.5 激光 372

9.2 分波前法干涉 374

9.2.1 杨氏干涉 374

9.2.2 洛埃镜实验 378

9.3 分振幅法干涉 379

9.3.1 等厚干涉 380

9.3.2 等倾干涉 386

9.3.3 迈克耳孙干涉仪 389

9.4 光的衍射 392

9.4.1 光的衍射现象概述 392

9.4.2 夫琅禾费单缝衍射 396

9.4.3 夫琅禾费圆孔衍射 400

9.4.4 生物显微镜的分辨本领 403

9.4.5 光栅 404

9.4.6 X射线衍射 409

9.5 光的偏振 411

9.5.1 偏振片与马吕斯定律 411

9.5.2 晶体的双折射现象 415

9.5.3 介质界面上反射光和折射光的偏振 418

9.5.4 旋光现象 419

9.5.5 生物的旋光性与对称性破缺 422

9.6 光的吸收与散射 424

9.6.1 光吸收的一般规律 424

9.6.2 选择吸收与原子吸收光谱分析 426

9.6.3 光的散射 428

9.6.4 大气臭氧对光的吸收及其生态学意义 431

9.6.5 大气二氧化碳和水对光的吸收与温室效应 432

9.6.6 盖娅假说与新自然观 434

参考文献 434

思考题 435

练习题 435

第十章 量子力学基础 439

10.1 热辐射 439

10.1.1 热辐射 439

10.1.2 热辐射的基本定律 441

10.1.3 热辐射的农业应用 443

10.2 光的量子性 444

10.2.1 经典理论对黑体辐射解释的失败 444

10.2.2 普朗克能量子假说 445

10.2.3 光电效应 爱因斯坦光子理论 447

10.2.4 爱因斯坦光化学当量定律 452

10.2.5 植物的光能利用 453

10.3 粒子的波动性 455

10.3.1 物质波 455

10.3.2 概率波 459

10.3.3 不确定关系 460

10.4 薛定谔方程及其应用 463

10.4.1 波函数 463

10.4.2 薛定谔方程 464

10.4.3 势阱 能量量子化 466

10.4.4 势垒 隧道效应 469

10.4.5 扫描隧穿显微镜 470

10.5 氢原子 471

10.5.1 量子力学对氢原子的研究 471

10.5.2 氢光谱 476

10.5.3 电子的自旋 四个量子数 479

10.6 核磁共振 481

10.6.1 概述 481

10.6.2 基本概念 482

10.6.3 核磁共振的实验装置 483

10.6.4 核磁共振谱分析 484

10.6.5 生物学中的核磁共振成像技术 486

参考文献 488

思考题 489

练习题 489

参考答案 491