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第四篇 电磁学 3

预备知识——场的概念 3

一、物质的两种形态——物质实体和场 3

二、电磁场的描述方法 4

第十一章 真空中的静电场 5

11-1 电荷守恒定律 库仑定律 5

一、电荷守恒定律 5

二、库仑定律 7

11-2 电场强度 电场叠加原理 8

一、电场强度 8

二、电场强度叠加原理 8

三、场强的计算 9

11-3 电场线 电通量 高斯定理 13

一、电场线 13

二、电通量 14

三、高斯定理 16

四、高斯定理的物理意义 17

五、应用高斯定理求场强 18

11-4 电场力的功 电势 22

一、静电场力的功 22

二、静电场的环路定理 23

三、电势能和电势 23

四、电势叠加原理 25

五、电势的计算 26

11-5 电场强度与电势的关系 29

一、等势面 29

二、电场强度与电势的微分关系 30

思考题11 32

练习题11 32

第十二章 静电场中的导体和电介质 35

12-1 静电场中的导体 35

一、静电感应 导体的静电平衡 35

二、静电平衡时导体上的电荷分布 36

三、静电屏蔽 39

12-2 静电场中的电介质 42

一、电介质的影响 42

二、电介质的极化 43

12-3 高斯定理在电介质中的表达 44

一、高斯定理在介质中的表达式 44

二、介质中高斯定理的应用 46

12-4 电容器及其电容 47

一、孤立导体的电容 47

二、电容器的电容 48

三、几种常见电容器 49

12-5 静电场的能量 53

一、电容器储能 53

二、静电场的能量 能量密度 54

思考题12 56

练习题12 57

第十三章 真空中恒定电流的磁场 60

13-1 磁现象及其本源 60

一、基本磁现象 60

二、磁性的本源 62

13-2 磁场的高斯定理 63

一、磁感应强度B的定义 63

二、磁场的高斯定理 63

13-3 毕奥-萨伐尔定律 66

一、毕奥-萨伐尔定律 66

二、运动电荷的磁场 67

三、毕奥-萨伐尔定律的应用 68

13-4 安培环路定理 73

一、安培环路定理 73

二、安培环路定理的应用 75

13-5 磁场对电流的作用 78

一、磁场对载流导线的作用力 78

二、磁场对载流钱圈的作用 81

三、磁力的功 84

13-4 带电粒子在磁场中的运动 86

一、带电粒子在均匀磁场中的运动 磁聚焦 86

二、带电粒子在非均匀磁场中的运动 磁镜 磁约束 88

三、霍尔效应 89

思考题13 91

练习题13 91

第十四章 磁场中的磁介质 95

14-1 磁介质 95

一、磁化现象 95

二、介质中的磁场 相对磁导率 96

三、磁介质分类 97

14-2 顺磁质和抗磁质的磁化机制 98

一、分子磁矩和分子环流 98

二、顺磁质和抗磁质 100

14-3 安培环路定理在介质中的表达 101

14-4 铁磁质 104

一、铁磁质的磁化规律 104

二、铁磁材料 106

三、磁畴 107

思考题14 108

练习题14 108

第十五章 变化的电场和磁场 电磁波 111

15-1 电磁感应定律 111

一、电磁感应现象 111

二、电磁感应定律 113

15-2 动生电动势 117

一、动生电动势的产生 117

二、关于洛伦兹力不做功的问题 119

15-3 感生电动势 感生电场 123

15-4 自感应和互感应 126

一、自感现象 自感系数 自感电动势 126

二、互感现象 互感系数 互感电动势 129

15-5 磁场的能量 131

一、自感磁能 131

二、磁场的能量 磁能密度 132

15-6 麦克斯韦电磁场理论简介 134

一、变化的电场产生磁场 134

二、麦克斯韦方程组 138

15-7 电磁波简介 140

一、电磁波的辐射和传播 140

二、电磁波的波动方程 142

三、平面电磁波 143

四、电磁波谱 电磁波的应用 145

思考题15 146

练习题15 146

第五篇 光学 153

第十六章 几何光学 153

16-1 几何光学的基本定律 153

一、反射定律 全反射 153

二、折射定律 折射率 154

16-2 光的反射成像和折射成像 155

一、平面镜成像 155

二、球面镜成像 156

16-3 薄透镜 159

一、薄透镜 159

二、薄透镜成像公式 160

三、常用薄透镜成像规律 161

四、几何光学应用 162

思考题16 168

练习题16 169

第十七章 光的干涉 171

17-1 光源 光波的叠加 171

一、光的电磁理论 171

二、光波的叠加 光的干涉 172

三、光程 光程差与相位差 178

17-2 双缝干涉 180

一、杨氏双缝 180

二、其他分波阵面装置 菲涅耳双镜（双面镜、双棱镜） 184

三、洛埃镜与半波损失现象 184

17-3 薄膜干涉 薄膜的等倾干涉 186

一、薄膜干涉的一般性讨论 186

二、等倾干涉 192

17-4 薄膜的等厚干涉 194

17-5 迈克耳孙干涉仪 198

一、迈克耳孙干涉仪设计原理 198

二、“迈干”的应用 200

思考题17 201

练习题17 201

第十八章 光的衍射 203

18-1 单缝夫琅禾费衍射 203

一、光的衍射现象 203

二、惠更斯-菲涅耳原理 204

三、单缝夫琅禾费衍射 205

18-2 光栅衍射 214

一、光栅衍射现象和衍射原理 214

二、光栅衍射强度 215

三、光栅光谱 220

18-3 光学仪器的分辨率 222

一、夫琅禾费圆孔衍射 222

二、瑞利判据 222

三、最小分辨角和仪器的分辨率 223

18-4 X射线衍射 布拉格方程 224

一、X射线衍射 224

二、布拉格方程 225

思考题18 226

练习题18 227

第十九章 光的偏振 229

19-1 光的偏振特性 229

一、自然光 229

二、线偏振光 230

三、椭圆偏振光和圆偏振光 230

四、起偏与检偏 231

五、马吕斯定律 231

19-2 反射和折射时光的偏振 布儒斯特定律 232

一、布儒斯特定律 232

二、玻璃片堆 布儒斯特定律的应用 234

19-3 双折射现象 235

一、晶体的双折射现象 235

二、利用惠更斯原理作图 238

三、几种获得线偏振光的棱镜 239

19-4 偏振光的干涉 240

一、波晶片 椭圆偏振光和圆偏振光 240

二、偏振光的干涉 242

三、物质偏振性的应用 244

思考题19 247

练习题19 248

第六篇 量子物理 253

第二十章 早期量子论 253

20-1 黑体辐射 普朗克的量子假设 253

一、热辐射 253

二、绝对黑体及其辐射实验规律 254

三、普朗克的量子假设 256

20-2 光电效应 257

一、光电效应的实验规律 257

二、光的波动学说的缺陷 258

三、爱因斯坦光子假设 259

20-3 康普顿效应 261

一、康普顿散射的实验规律 262

二、康普顿效应的量子理论 263

三、光的波粒二象性 266

20-4 玻尔的氢原子理论 266

一、氢原子光谱 266

二、经典理论的缺陷 267

三、玻尔的氢原子理论 268

四、玻尔理论解释氢原子光谱 269

思考题20 270

练习题20 270

第二十一章 量子力学基础 273

21-1 德布罗意物质波 273

一、德布罗意假设 273

二、德布罗意波的实验验证 274

三、德布罗意波的统计解释 276

21-2 不确定度关系 277

一、不确定量 277

二、不确定度关系 278

21-3 波函数 薛定谔方程 280

一、波函数 280

二、薛定谔方程 282

三、定态薛定谔方程 283

21-4 一维无限深方势阱中的粒子 284

21-5 一维方势垒 隧道效应 287

21-6 氢原子的量子力学理论 291

一、氢原子的量子化状态 291

二、氢原子中电子的几率分布 292

三、电子的自旋 293

21-7 多电子原子中电子的分布 296

思考题21 298

练习题21 298

第二十二章 激光和固体的量子理论 300

22-1 激光原理 300

一、受激吸收 自发辐射和受激辐射 300

二、激光产生的条件 302

22-2 激光器 302

一、红宝石激光器 302

二、氦-氖激光器 304

三、自由电子激光 305

22-3 固体的能带结构 307

一、电子共有化与能带的形成 307

二、能带中电子的分布 308

22-4 电子在能带中的填充和运动 309

一、满带、空带和导带 309

二、绝缘体 导体和半导体 310

22-5 半导体的应用 311

一、半导体的掺杂 311

二、pn结 312

三、半导体器件 313

22-6 超导电性 315

一、超导电现象 315

二、超导的磁性 318

三、超导电性的理论解释（BCS理论） 322

四、超导电性应用 323

思考题22 323

练习题22 324

附录A 327

一、场论基础知识 327

二、场论在电磁学中的应用 330

附录B 334