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第3篇 电磁学 3

第10章 静电学 3

10.1 场的描述 3

10.1.1 标量场的等值面和梯度 3

10.1.2 矢量场的通量和环量 4

10.2 库仑定律 8

10.2.1 电荷 8

10.2.2 库仑定律 9

10.2.3 电力叠加原理 10

10.3 电场和电场强度 11

10.3.1 电场 11

10.3.2 电场强度 11

10.3.3 电场强度的计算 12

10.4 电场的高斯定理与散度 18

10.4.1 电场线与电通量 18

10.4.2 高斯定理与电场的散度 20

10.4.3 高斯定理的应用 22

10.5 电场的环路定理与旋度 26

10.5.1 电场的环量 26

10.5.2 环路定理与电场的旋度 26

10.5.3 电势差和电势 27

10.5.4 电势的计算 29

10.6 电场强度与电势的关系 33

10.6.1 等势面 33

10.6.2 电势梯度 33

10.7 导体电学 36

10.7.1 导体静电平衡条件 36

10.7.2 静电平衡下导体上的电荷分布 36

10.7.3 导体表面附近的场强 38

10.7.4 传导电流 44

10.7.5 电动势和稳恒电场 46

10.8 介质静电学 48

10.8.1 电介质的极化和极化强度 48

10.8.2 电介质中电场的性质 51

10.9 电容和电容器 53

10.9.1 孤立导体的电容 53

10.9.2 电容器的电容 54

10.9.3 电容器的串联和并联 55

10.10 静电场的能量 56

10.10.1 带电体的带电过程 56

10.10.2 电容器的储能 56

10.10.3 电场的能量 57

阅读材料J 58

思考题 63

习题10 65

第11章 静磁学 71

11.1 磁现象的电本质 71

11.1.1 磁力和磁场 71

11.1.2 运动电荷的场和磁感应强度 72

11.2.1 毕奥-萨伐尔定律 78

11.2 毕奥-萨伐尔定律 78

11.1.3 磁感应线（磁力线） 78

11.2.2 毕奥-萨伐尔定律应用举例 79

11.3 磁场的高斯定理与散度 83

11.3.1 磁通量 83

11.3.2 磁场的高斯定理与散度 83

11.4 磁场的安培环路定理与旋度 84

11.4.1 安培环路定理与旋度 84

11.4.2 环路定理的应用 86

11.5 运动电荷的磁场 88

11.6 磁场对运动电荷及电流的作用 91

11.6.1 洛仑兹力 91

11.6.2 洛仑兹力的应用 91

11.6.3 安培力 94

11.6.4 磁场作用于载流线圈的力矩 95

11.6.5 安培力的功 97

11.7 介质静磁学 98

11.7.1 磁介质和磁化强度 98

11.7.2 磁介质中磁场的性质 102

11.8 铁磁性 104

11.8.1 铁磁质的磁滞回线 104

11.8.2 铁磁质的理论解释 106

阅读材料K 107

思考题 109

习题11 111

第12章 变化的电磁场 115

12.1 电磁感应定律 115

12.1.1 法拉第电磁感应定律 115

12.1.2 楞次定律 117

12.2 感应电动势 117

12.2.1 动生电动势 117

12.2.2 感生电动势和感应电场 121

12.3自感和互感 126

12.3.1自感现象和自感系数 126

12.3.2 互感现象和互感系数 127

12.4.1 通电线圈的储能 130

12.4 磁场能量 130

12.4.2 磁场能量与能量密度 131

12.5 位移电流 133

12.6 麦克斯韦方程组 135

12.7 电磁波 137

12.7.1电磁波的产生和传播 138

12.7.2 电磁波的波动方程 139

12.7.3 平面电磁波的基本性质 140

12.7.4 电磁波的能流密度 141

12.7.5 电磁波谱 142

12.8 电磁学计算机模拟举例 143

12.8.1 电偶极子的电场线和等势线 143

12.8.2 均匀电场中均匀极化介质球的场 146

12.8.3 带电粒子在均匀磁场中的运动轨迹 149

阅读材料L 153

思考题 159

习题12 164

13.1.2 光源 171

13.1.1 可见光波 171

第4篇 波动光学 171

13.1 光波的相干叠加 171

第13章 光的干涉 171

13.1.3 光波叠加原理 172

13.1.4 光波的相干叠加 172

13.1.5 相干光的获得 173

13.2 光程和光程差 174

13.2.1 光程 174

13.2.2 光程差 174

13.2.3 薄透镜的等光程性 175

13.3 双缝干涉实验和空间相干性 175

13.3.1 杨氏双缝干涉实验 175

13.3.2 类似双缝的干涉实验 178

13.3.3 空间相干性 179

13.4 薄膜干涉 180

13.4.1 薄膜干涉公式 180

13.4.2 增透膜与高反射膜 181

13.4.3 劈尖干涉 182

13.4.4 牛顿环 183

13.5 迈克耳孙干涉仪和时间相干性 185

13.5.1 迈克耳孙干涉仪 185

13.5.2 时间相干性 186

阅读材料M 187

思考题 192

习题13 194

第14章 光的衍射 197

14.1 光的衍射现象和惠更斯-菲涅耳原理 197

14.1.1 光的衍射现象 197

14.1.2 惠更斯-菲涅耳原理 197

14.2 单缝夫琅禾费衍射 198

14.2.1 单缝衍射的实验装置 198

14.2.2 单缝衍射的明暗纹特点和菲涅耳半波带法 198

14.2.3 单缝衍射光强的推导 200

14.3.1 光栅 202

14.3 光栅衍射 202

14.3.2 平面透射光栅的衍射 203

14.3.3 光栅光谱 206

14.3.4 反射式闪耀光栅的衍射 207

14.3.5 光栅的分辨本领 209

14.4 圆孔衍射和光学仪器的分辨本领 210

14.4.1 夫琅禾费圆孔衍射 210

14.4.2 光学仪器的分辨本领 210

14.5 X射线的衍射 212

14.6 衍射光强的计算机模拟 213

14.6.1 单缝衍射光强的计算机模拟 213

14.6.2 光栅衍射光强的计算机模拟 214

阅读材料O 216

思考题 223

习题14 224

15.1 光的偏振态 226

15.1.1 自然光、线偏振光和部分偏振光 226

第15章 光的偏振 226

15.1.2 椭圆偏振光和圆偏振光 227

15.2 偏振片和马吕斯定律 228

15.2.1 偏振片 228

15.2.2 马吕斯定律 228

15.3 反射和折射时的偏振光 229

15.3.1由反射获得偏振光和布儒斯特定律 229

15.3.2 由折射获得偏振光 230

15.4.2 o光和e光 231

15.4 光在晶体中的双折射 231

15.4.1 双折射现象 231

15.4.3 光轴、主截面和主平面 232

15.4.4 关于双折射的解释 232

15.4.5 尼科耳棱镜 234

15.5 偏振光的干涉 236

15.5.1 波片 236

15.5.2 偏振光的干涉 237

15.6.1 人工双折射 238

15.6 人工双折射和旋光现象 238

15.6.2 旋光现象 240

阅读材料P 240

思考题 244

习题15 245

第5篇 量子论 249

第16章 早期的量子论 249

16.1 量子论的提出 249

16.1.1 黑体辐射 249

16.1.2 经典理论对黑体辐射的解释 250

16.1.3 普朗克的量子假说 251

16.2 爱因斯坦的光量子论 251

16.2.1 光电效应 251

16.2.2 光电效应与经典物理学的矛盾 253

16.2.3 爱因斯坦光子说 254

16.2.4 光电效应的解释 254

16.2.5 光的本性 255

16.3.1 氢原子光谱 258

16.3 玻尔的原子量子理论 258

16.3.2 原子光谱与经典物理的矛盾 259

16.3.3 玻尔理论 260

16.3.4 玻尔理论对氢原子光谱的解释 260

16.3.5 玻尔理论的缺陷 262

16.3.6 对应原理 262

16.3.7 玻尔理论的推广——量子化通则 263

16.4 康普顿效应 265

16.4.1 康普顿效应 265

16.4.2 康普顿效应的理论解释 266

16.5 激光 269

16.5.1 原子的自发辐射 269

16.5.2 原子的受激辐射 270

16.5.3 受激吸收 270

16.5.4 粒子数反转 270

16.5.5 谐振腔 271

16.5.6 激光器 272

16.5.7 激光的特点 273

阅读材料Q 274

思考题 275

习题16 277

第17章 量子力学 279

17.1 物质的波粒二象性 279

17.1.1 物质波的提出 279

17.1.2 戴维孙革末实验 280

17.1.3 物质波的物理解释 281

17.2 不确定关系 282

17.2.1 不确定关系 283

17.2.2 不确定关系的理解 284

17.2.3 其他物理量之间的不确定关系 285

17.3 薛定谔方程 287

17.3.1 波函数 287

17.3.2 波函数的物理意义和性质 287

17.3.3自由粒子的波函数 287

17.3.4 薛定谔方程 288

17.3.5 量子力学中的算符 289

17.3.6 定态薛定谔方程 290

17.4 一维无限深势阱 291

17.4.1 一维无限深势阱 291

17.4.2 定态薛定谔方程的求解 291

17.5 势垒贯穿 294

17.5.1 方势垒 294

17.5.2 波函数 294

17.6 氢原子的量子力学处理 295

17.5.3 势垒贯穿 295

17.6.1 氢原子量子力学处理方法 296

17.6.2 量子力学的结论 297

17.6.3电子的几率分布和电子云 299

17.7 多电子原子 300

17.7.1 电子的自旋 300

17.7.2 多电子原子 302

17.7.3 多电子原子核外电子的排列 302

17.7.4 元素周期律 303

17.8 量子力学的理论假设 304

阅读材料R 305

思考题 308

习题17 310

第18章 固体的能带结构 311

18.1固体的分类 311

18.1.1晶体与非晶体 311

18.1.2 晶体 311

18.1.4 准晶体 313

18.1.3 非晶体 313

18.2 晶体中电子的能级结构 314

18.2.1 公有化电子 314

18.2.2 能带结构 314

18.2.3 能带中电子的填充 315

18.3 能带理论的主要应用 316

18.3.1 导带、空带和满带 316

18.3.2 能带论对导体、半导体和绝缘体的解释 317

18.4.2 杂质半导体 319

18.4 半导体的导电机制 319

18.4.1 本征半导体 319

18.5 半导体二极管 321

思考题 322

习题18 322

第19章 粒子物理学简介 324

19.1 原子核简介 324

19.1.1 原子核的组成 324

19.1.2 原子核的性质 325

19.1.3 原子核的放射衰变 328

19.1.4 原子核的理论模型 329

19.2 基本粒子分类 331

19.2.1 基本粒子的相互作用 331

19.2.2 基本粒子的分类 332

19.2.3守恒定律 333

19.2.4 强子结构的夸克模型 334

习题19 335