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第4篇 电磁学 2

第9章 真空中的静电场 2

9.1 电荷及其相互作用 2

9.1.1 电荷是量子化的 2

9.1.2 电荷守恒定律 2

9.1.3 库仑定律 3

9.1.4 静电力叠加原理 4

9.2 电场与电场强度 5

9.2.1 电场 5

9.2.2 电场强度 6

9.2.3 电场叠加原理 6

9.2.4 电场强度的计算 7

9.3 电场线与电通量 15

9.3.1 电场线 15

9.3.2 电通量 16

9.4 静电场的高斯定理与安培环路定理 19

9.4.1 静电场的高斯定理 19

9.4.2 应用高斯定理求电场强度 21

9.4.3 静电场的安培环路定理 26

9.5 电势与电势差 27

9.5.1 电势能 27

9.5.2 电势 29

9.5.3 电势差 29

9.5.4 电势的计算 30

9.6 电场强度与电势的关系 33

9.6.1 等势面 33

9.6.2 电场强度与电势的微分关系 34

习题 37

第10章 静电场中的导体和电介质 42

10.1 静电场中的导体 42

10.1.1 导体的静电平衡条件 42

10.1.2 导体处于静电平衡时的性质 43

10.1.3 静电屏蔽 45

10.1.4 有导体存在时静电场的电场强度和电势的计算 45

10.2 电容与电容器 49

10.2.1 孤立导体的电容 49

10.2.2 电容器及其电容 49

10.2.3 电容器的连接方式 51

10.3 静电场中的电介质 53

10.3.1 电介质对电场的影响 53

10.3.2 电介质的极化 54

10.3.3 充满均匀电介质的电场 55

10.4 有电介质时的高斯定理与安培环路定理 56

10.4.1 有电介质时的高斯定理 56

10.4.2 有电介质时的安培环路定理 58

10.5 电场的能量 59

10.5.1 电容器储存的能量 59

10.5.2 电场的能量 59

习题 61

第11章 稳恒磁场 65

11.1 稳恒电流与稳恒电场 65

11.1.1 电流和电流密度 65

11.1.2 电流的连续性方程 66

11.1.3 稳恒电流和稳恒电场 67

11.1.4 欧姆定律的微分形式 68

11.1.5 电动势 69

11.2 磁场与磁感应强度 70

11.2.1 磁场 70

11.2.2 磁感应强度 70

11.3 毕奥-萨伐尔定律及应用 71

11.3.1 毕奥-萨伐尔定律 71

11.3.2 磁场叠加原理 72

11.3.3 毕奥-萨伐尔定律的应用 72

11.3.4 运动电荷的磁场 77

11.4 磁感应线与磁通量 78

11.4.1 磁感应线 78

11.4.2 磁通量 79

11.5 磁场的高斯定理与安培环路定理 80

11.5.1 磁场的高斯定理 80

11.5.2 磁场的安培环路定理 80

11.5.3 应用安培环路定理求磁感应强度 82

11.6 磁场对电流的作用 86

11.6.1 安培定律 86

11.6.2 两平行无限长载流直导线间的相互作用力 88

11.6.3 磁场对载流线圈的作用 89

11.6.4 磁场力的功 91

11.7 磁场对运动电荷的作用 92

11.7.1 洛伦兹力 92

11.7.2 带电粒子在均匀磁场中的运动 93

11.7.3 霍尔效应 95

11.8 磁场中的磁介质 96

11.8.1 磁介质及其磁化 96

11.8.2 有磁介质时的高斯定理 98

11.8.3 有磁介质时的安培环路定理 98

11.8.4 铁磁质 100

习题 102

第12章 变化的磁场和电场 110

12.1 电磁感应的基本定律 110

12.1.1 法拉第电磁感应定律 110

12.1.2 楞次定律 113

12.2 动生电动势 113

12.2.1 动生电动势的非静电力 113

12.2.2 动生电动势的计算 114

12.3 感生电场假设 116

12.3.1 感生电动势的非静电力 116

12.3.2 感生电场的高斯定理与安培环路定理 117

12.3.3 感生电动势的计算 118

12.3.4 涡电流 121

12.3.5 导体在变化磁场里运动时的感应电动势 121

12.4 自感与互感 123

12.4.1 自感 123

12.4.2 互感 125

12.5 磁场的能量 127

12.5.1 自感储存的能量 127

12.5.2 磁场的能量 128

12.6 位移电流假设 129

12.6.1 位移电流 129

12.6.2 感生磁场的高斯定理与安培环路定理 131

12.7 麦克斯韦方程组 133

12.7.1 电场的性质 133

12.7.2 磁场的性质 134

12.7.3 麦克斯韦方程组积分形式 135

12.8 电磁波 136

12.8.1 电磁波的产生和传播 136

12.8.2 电磁波的性质 137

12.8.3 电磁波的能量 138

12.8.4 电磁波谱 138

习题 139

第5篇 近代物理学 146

第13章 狭义相对论 146

13.1 经典力学的伽利略变换与时空观 146

13.1.1 经典力学的伽利略变换 146

13.1.2 经典力学的时空观 147

13.1.3 经典力学的相对性原理 147

13.2 狭义相对论的基本原理 149

13.3 洛伦兹变换 150

13.3.1 洛伦兹坐标变换 150

13.3.2 洛伦兹速度变换 152

13.4 狭义相对论的时空观 154

13.4.1 长度缩短 154

13.4.2 时间延缓 155

13.4.3 同时的相对性 156

13.4.4 同时性与因果律 157

13.5 狭义相对论动力学基础 157

13.5.1 质量和速度的关系 158

13.5.2 动力学基本方程 159

13.5.3 质量和能量的关系 159

13.5.4 能量和动量的关系 161

习题 161

第14章 早期量子论 164

14.1 黑体辐射与普朗克量子假设 164

14.1.1 热辐射及其描述 164

14.1.2 黑体辐射规律 164

14.1.3 普朗克量子假设 166

14.2 光电效应与爱因斯坦光子假设 168

14.2.1 光电效应的实验规律 168

14.2.2 爱因斯坦光子假设 170

14.3 康普顿效应 171

14.3.1 康普顿效应 171

14.3.2 光的波粒二象性 175

14.4 氢原子光谱与玻尔理论 177

14.4.1 氢原子光谱规律 177

14.4.2 原子的核型结构 178

14.4.3 玻尔的氢原子理论 179

14.4.4 玻尔理论的成就与局限性 182

习题 182

第15章 量子力学初步 185

15.1 微观粒子的波粒二象性 185

15.1.1 德布罗意假设 185

15.1.2 德布罗意假设的实验验证 186

15.2 测不准关系 189

15.3 波函数及其统计解释 191

15.3.1 波函数 191

15.3.2 波函数的统计解释 192

15.4 态叠加原理 193

15.5 算符与平均值 195

15.5.1 力学量算符 195

15.5.2 本征值方程 196

15.5.3 平均值 196

15.6 薛定谔方程 197

15.6.1 薜定谔方程 197

15.6.2 定态薛定谔方程 197

15.7 薛定谔方程的应用 198

15.7.1 一维无限深方形势阱 198

15.7.2 隧道效应 201

15.7.3 一维线性简谐振子 203

15.7.4 氢原子 204

15.8 电子的自旋 206

15.8.1 斯特恩-盖拉赫实验 206

15.8.2 电子自旋假设 207

15.8.3 四个量子数 208

15.9 全同性原理 208

15.10 原子的壳层结构与元素周期表 210

15.10.1 泡利不相容原理 210

15.10.2 能量最小原理 211

习题 212

第16章 现代科学与高新技术物理基础专题 216

16.1 原子核物理 216

16.1.1 原子核的基本性质 216

16.1.2 原子核的大小 218

16.1.3 原子核的自旋 218

16.1.4 核力 219

16.1.5 原子核的结合能 219

16.2 原子核的衰变规律 220

16.2.1 放射性元素 220

16.2.2 原子核衰变的规律 221

16.2.3 核衰变的位移定则 223

16.2.4 探测放射性现象的方法 223

16.2.5 放射性同位素的应用 224

16.2.6 获得高能粒子的方法 225

16.3 原子核能的应用 226

16.3.1 裂变反应 226

16.3.2 聚变反应 227

16.4 粒子物理 228

16.4.1 粒子的分类 229

16.4.2 粒子的相互作用 230

16.4.3 粒子的一些特性和规律 232

16.4.4 强子的夸克模型 233

16.5 激光 234

16.5.1 自发辐射和受激辐射 234

16.5.2 激光器 235

16.5.3 激光产生的原理 236

16.5.4 氦-氖激光器 239

16.5.5 激光的特性和应用 240

16.6 固体的能带结构 240

16.6.1 电子共有化 241

16.6.2 能带的形成 241

16.6.3 导体、半导体和绝缘体 242

16.6.4 半导体的导电机制 243

16.6.5 半导体的特性及其应用 244

16.7 纳米技术 247

16.7.1 纳米技术的基本概念 247

16.7.2 扫描隧道电子显微镜与纳米技术 247

16.7.3 纳米态物质的奇异特性及应用 248

16.8 超导电性 250

16.8.1 超导体的发现与发展 250

16.8.2 超导体的基本性质 251

16.8.3 超导电性理论简介 252

16.8.4 超导的应用前景 253

习题 254

习题参考答案 256

参考文献 262

附录A 历年诺贝尔物理学奖获得者 263

附录B 常用基本物理常量 273

附录C 本书中常用物理量的符号和单位 274