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第三篇 电磁学 3

第10章 静电学 3

10.1 电场 3

10.1.1 电荷 3

10.1.2 库仑定律 4

10.1.3 电力叠加原理 5

10.1.4 电场 6

10.2 电场的描述 6

10.2.1 电场强度 6

10.2.2 电场强度的计算 7

10.2.3 电场线 13

10.3 高斯定理 15

10.3.1 电通量 15

10.3.2 高斯定理 16

10.3.3 高斯定理的应用 18

10.4 静电场环路定理 23

10.4.1 电场的环量 23

10.4.2 环路定理 23

10.4.3 电势差和电势 24

10.4.4 电势的计算 25

10.4.5 等势面与电势梯度 29

10.5 静电场中的导体 33

10.5.1 导体静电平衡条件 33

10.5.2 导体上的电荷分布 34

10.5.3 导体表面附近的场强 35

10.5.4 有导体存在时静电场的分布 37

10.5.5 传导电流 42

10.5.6 电动势 稳恒电场 44

10.6 电介质 46

10.6.1 电介质的极化 46

10.6.2 介质中静电场的性质 49

10.7 电容和电容器 52

10.7.1 孤立导体的电容 52

10.7.2 电容器的电容 52

10.7.3 电容器的串联和并联 54

10.8 静电场的能量 54

10.8.1 点电荷系的电能 55

10.8.2 电容器的储能 56

10.8.3 电场能量 57

阅读材料 热电体 压电体 铁电体和驻极体 58

思考题 64

习题 66

第11章 静磁学 71

11.1 磁场 71

11.1.1 磁现象的电本质 71

11.1.2 磁场 72

11.2 磁场的描述 72

11.2.1 磁感应强度 72

11.2.2 毕奥-萨伐尔定律及其应用 78

11.2.3 磁感应线 83

11.3 磁场的高斯定理 84

11.3.1 磁通量 84

11.3.2 磁场的高斯定理 84

11.4 安培环路定理 85

11.4.1 安培环路定理 85

11.4.2 安培环路定理的应用 87

11.5 运动电荷的磁场 89

11.6 磁场对运动电荷及电流的作用 92

11.6.1 洛伦兹力 92

11.6.2 洛伦兹力的应用 92

11.6.3 安培力 95

11.6.4 安培力的功 99

11.7 磁介质 100

11.7.1 磁介质的磁化 100

11.7.2 磁介质中磁场的性质 104

11.8 铁磁质 107

11.8.1 铁磁质的磁滞回线 107

11.8.2 铁磁质的理论解释 109

阅读材料 磁流体发电 109

思考题 112

习题 115

第12章 变化的电磁场 120

12.1 电磁感应定律 120

12.1.1 法拉第电磁感应定律 120

12.1.2 楞次定律 122

12.2 动生电动势与感生电动势 123

12.2.1 动生电动势 123

12.2.2 感生电动势 感生电场 128

12.3 自感和互感 133

12.3.1 自感现象 自感系数 133

12.3.2 互感现象 互感系数 135

12.4 磁场能量 140

12.4.1 载流线圈的磁能 140

12.4.2 磁场能量与能量密度 140

12.5 位移电流 143

12.5.1 位移电流 143

12.5.2 全电流安培环路定律 146

12.6 麦克斯韦方程组 147

12.6.1 麦克斯韦方程组的积分形式 147

12.6.2 麦克斯韦方程组的微分形式 149

12.7 电磁波 150

12.7.1 电磁波的产生和传播 150

12.7.2 电磁波的波动方程 151

12.7.3 平面电磁波的基本性质 152

12.7.4 电磁波的能流密度 153

12.7.5 电磁波谱 154

阅读材料 超导电性和高温超导 155

人物小传 麦克斯韦（Maxwell,1831～1879） 161

思考题 163

习题 168

第四篇 波动光学 175

第13章 光的干涉 175

13.1 光波的相干叠加 175

13.1.1 光波 175

13.1.2 光源 175

13.1.3 光波叠加原理 176

13.1.4 相干光的获得 178

13.2 光程和光程差 178

13.2.1 光程 178

13.2.2 光程差 179

13.2.3 薄透镜的等光程性 179

13.3 双缝干涉实验 空间相干性 180

13.3.1 杨氏双缝干涉实验 180

13.3.2 类似双缝的干涉实验 183

13.3.3 空间相干性 184

13.4 薄膜干涉 185

13.4.1 薄膜干涉 185

13.4.2 等厚干涉 188

13.4.3 等倾干涉 192

13.5 迈克耳孙干涉仪 时间相干性 192

13.5.1 迈克耳孙干涉仪 192

13.5.2 时间相干性 193

阅读材料 光纤通信 194

思考题 199

习题 200

第14章 光的衍射 203

14.1 光的衍射现象 惠更斯-菲涅耳原理 203

14.1.1 光的衍射现象 203

14.1.2 惠更斯-菲涅耳原理 204

14.2 单缝的夫琅禾费衍射 204

14.2.1 单缝衍射的实验装置 204

14.2.2 单缝衍射的明暗纹特点 菲涅耳半波带法 205

14.2.3 单缝衍射光强的推导 207

14.3 圆孔衍射 光学仪器的分辨本领 209

14.3.1 夫琅禾费圆孔衍射 209

14.3.2 光学仪器的分辨本领 210

14.4 光栅衍射 212

14.4.1 光栅 212

14.4.2 光栅衍射 212

14.4.3 光栅衍射的光强推导 214

14.4.4 光栅光谱 216

14.4.5 反射式闪耀光栅的衍射 217

14.4.6 光栅的分辨本领 218

14.5 X射线的衍射 220

14.6 衍射光强的计算机模拟 221

14.6.1 单缝衍射光强的计算机模拟 221

14.6.2 光栅衍射光强的计算机模拟 223

阅读材料 二元光学 226

思考题 231

习题 232

第15章 光的偏振 235

15.1 光的偏振态 235

15.1.1 自然光 线偏振光 部分偏振光 235

15.1.2 椭圆偏振光和圆偏振光 237

15.2 偏振片 马吕斯定律 237

15.2.1 起偏和检偏 237

15.2.2 偏振片 237

15.2.3 马吕斯定律 238

15.3 反射和折射时的偏振光 239

15.3.1 由反射获得偏振光 布儒斯特定律 239

15.3.2 由折射获得偏振光 240

15.4 光在晶体中的双折射 242

15.4.1 双折射现象 242

15.4.2 o光和e光 242

15.4.3 光轴、主截面和主平面 243

15.4.4 关于双折射的解释 243

15.4.5 尼科耳棱镜 245

15.5 偏振光的干涉 247

15.5.1 波片 247

15.5.2 偏振光的干涉 248

15.6 人工双折射 旋光现象 250

15.6.1 人工双折射 250

15.6.2 旋光现象 252

阅读材料 量子光学 252

思考题 256

习题 258

第五篇 量子论 263

第16章 早期的量子论 263

16.1 量子论的提出 263

16.1.1 黑体辐射 263

16.1.2 维恩位移定律 264

16.1.3 经典理论对黑体辐射的解释 264

16.1.4 普朗克的量子假说 265

16.2 卢瑟福的原子结构模型 265

16.2.1 汤姆孙原子模型及困难 265

16.2.2 α粒子散射实验 266

16.2.3 原子结构 267

16.3 爱因斯坦的光量子论 267

16.3.1 光电效应 268

16.3.2 光电效应与经典物理学的矛盾 270

16.3.3 爱因斯坦光子说 270

16.3.4 光电效应的解释 271

16.3.5 光的本性 272

16.4 固体的比热 274

16.5 玻尔的原子量子理论 276

16.5.1 氢原子光谱 276

16.5.2 原子光谱与经典物理学的矛盾 277

16.5.3 玻尔理论 278

16.5.4 玻尔理论对氢原子光谱的解释 279

16.5.5 玻尔理论的缺陷 281

16.5.6 同位素 281

16.5.7 玻尔理论的推广量子化通则 283

16.6 原子能级的实验验证——弗兰克-赫兹实验 285

16.7 康普顿效应 287

16.7.1 康普顿效应 287

16.7.2 康普顿效应的理论解释 288

16.7.3 康普顿效应与光电效应的区别 290

16.8 激光 291

16.8.1 原子的自发辐射 291

16.8.2 原子的受激辐射 291

16.8.3 受激吸收 292

16.8.4 粒子数反转 292

16.8.5 谐振腔 293

16.8.6 激光器 294

16.8.7 激光的特点 295

人物小传 普朗克（Planck,1858～1947） 296

思考题 298

习题 300

第17章 量子力学 302

17.1 物质的波粒二象性 302

17.1.1 物质波的提出 302

17.1.2 戴维逊-革末实验 303

17.1.3 物质波的物理解释 305

17.2 不确定关系 307

17.2.1 不确定关系 307

17.2.2 不确定关系的理解 309

17.2.3 能量和时间之间的不确定关系 309

17.3 薛定谔方程 311

17.3.1 波函数 311

17.3.2 波函数的物理意义和性质 311

17.3.3 自由粒子的波函数 312

17.3.4 薛定谔方程 313

17.3.5 量子力学中的算符 314

17.3.6 定态薛定谔方程 315

17.4 一维无限深势阱 316

17.4.1 一维无限深势阱 316

17.4.2 定态薛定谔方程的求解 316

17.5 势垒贯穿 319

17.5.1 方势垒 319

17.5.2 波函数 319

17.5.3 势垒贯穿 320

17.6 氢原子的量子力学处理 321

17.6.1 氢原子量子力学处理方法 321

17.6.2 量子力学的结论 323

17.6.3 电子的概率分布 电子云 324

17.7 多电子原子 326

17.7.1 电子的自旋 326

17.7.2 多电子原子 328

17.7.3 多电子原子核外电子的排列 329

17.7.4 元素周期律 330

17.8 量子力学的理论体系 331

阅读材料 量子力学的本性之争 332

人物小传 玻尔 335

思考题 336

习题 338

第18章 固体的能带结构 339

18.1 晶体与非晶体 339

19.1.1 固体的分类 339

18.1.2 晶体 339

18.1.3 非晶体 341

18.1.4 准晶体 342

18.2 晶体中电子的能级结构 342

18.2.1 公有化电子 342

18.2.2 能带结构 343

18.2.3 能带中电子的填充 344

18.3 能带理论的主要应用 345

18.3.1 导带、空带和满带 345

18.3.2 能带论对导体、半导体和绝缘体的解释 346

18.4 半导体的导电机制 347

18.4.1 本征半导体 347

18.4.2 杂质半导体 348

18.5 半导体二极管 349

思考题 351

习题 351

第19章 粒子物理学简介 353

19.1 原子核简介 353

19.1.1 原子核的组成 353

19.1.2 原子核的性质 354

19.1.3 原子核的放射衰变 357

19.1.4 原子核的理论模型 359

19.2 基本粒子分类 362

19.2.1 基本粒子的相互作用 362

19.2.2 基本粒子的分类 362

19.2.3 守恒定律 364

19.2.4 强子结构的夸克模型 365

习题 366

第20章 软物质 367

20.1 什么是软物质 367

20.2 液晶 368

20.2.1 液晶的发现 368

20.2.2 液晶的分类及分子形态 368

20.2.3 液晶的软物质特性 370

20.3 聚合物体系 371

20.3.1 什么是聚合物体系 371

20.3.2 聚合物体系的软物质特性 372

20.4 胶体 373

20.4.1 什么是胶体 373

20.4.2 胶体系统的软物质特性 373