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第四篇 电磁学 3

第九章 真空中的静电场 3

第一节电荷 库仑定律 3

一、电荷 3

二、库仑定律 4

知识拓展 我国古代对电现象的认识 7

第二节电场强度 电场强度叠加原理 8

一、电场强度 8

二、电场强度叠加原理 9

三、场强的计算 9

四、电场线 14

第三节高斯定理及其应用 16

一、任意矢量场的通量 16

二、电场强度通量 16

三、高斯定理 17

四、高斯定理的应用 18

第四节静电场的环路定理 电势 21

一、静电场力做功与路径无关 21

二、静电场的环路定理 22

三、电势和电势差 23

四、电势的计算 24

第五节电场强度与电势的微分关系 26

一、等势面 26

二、电场强度与电势的微分关系 27

习题 28

第十章 静电场中的导体和电介质 34

第一节静电场中的导体 34

一、导体的静电平衡 34

二、孤立导体形状对电荷分布的影响 36

三、封闭金属壳内外的静电场 37

第二节电容器及其电容 40

一、孤立导体的电容 40

二、电容器的电容 40

知识拓展 电容式传感器 43

三、电容器的连接 43

第三节电介质及其极化 45

一、电介质的特点 45

二、电介质的极化 46

三、电极化强度 47

四、电极化强度与场强的关系 48

五、极化电荷与极化强度的关系 48

第四节有介质时静电场的高斯定理 49

一、电介质中的场强 49

二、电位移矢量 有介质时静电场的高斯定理 50

三、有介质存在时高斯定理的应用 50

第五节电场的能量 52

一、电容器储存的静电能 53

二、电场的能量 53

习题 54

第十一章 恒定电流的磁场 59

第一节恒定电流 59

一、电流 电流密度 59

二、电流的连续性方程 61

知识拓展 我国古代对磁的认识 61

第二节电源 电动势 62

一、非静电力 62

二、电源 电动势 62

第三节磁场 磁感应强度 63

一、奥斯特实验 63

二、磁现象的本质 64

三、磁感应强度的定义 65

第四节毕奥-萨伐尔定律及应用 66

一、毕奥-萨伐尔定律 66

二、毕奥-萨伐尔定律的应用 67

第五节磁通量 磁场的高斯定理 70

一、磁感应线 70

二、磁场的高斯定理 71

第六节安培环路定理及应用 72

一、安培环路定理 72

二、安培环路定理的应用 74

第七节带电粒子在电磁场中的运动 77

一、带电粒子在电磁场中所受的力 77

二、带电粒子在匀强磁场中的运动 78

三、磁聚焦 78

四、霍耳效应 80

知识拓展 量子霍耳效应和分数霍耳效应 81

第八节磁场对载流导线的作用 82

一、安培力 82

二、磁场对载流线圈的作用 83

知识拓展 安培力清除太空垃圾的设想 86

第九节磁介质的磁化 87

一、介质的分类 87

二、顺磁质和抗磁质的磁化 87

三、磁化强度 88

四、磁化电流 89

五、磁介质中的安培环路定理 磁场强度 90

六、铁磁质 93

习题 96

第十二章 电磁感应及电磁场基本方程 102

第一节电磁感应的基本定律 102

一、电磁感应现象 102

二、楞次定律 104

三、法拉第电磁感应定律 104

第二节动生电动势 107

一、动生电动势的形成 107

二、动生电动势的计算 108

三、交流发电机 109

第三节感生电动势和感生电场 110

一、感生电动势 感生电场 110

二、电子感应加速器的基本原理 111

三、涡电流 113

知识拓展 电磁炮 114

第四节自感和互感 115

一、自感电动势 自感 115

二、互感电动势 互感 117

第五节磁场的能量 119

一、通电电感器的磁能 119

二、磁场的能量 120

第六节位移电流 麦克斯韦方程组的积分形式 121

一、位移电流 121

二、电磁场 麦克斯韦方程组的积分形式 123

习题 125

第五篇 波动光学 133

第十三章 光的干涉 133

第一节光波 单色光的相干性 133

一、光波 133

二、单色光 134

三、光的相干性 134

四、光波的干涉 135

知识拓展 中国古代对光的认识 137

第二节分波面干涉 138

一、相干光的获取方法 138

二、杨氏双缝干涉 139

三、其他分波面干涉装置 142

第三节分振幅干涉 143

一、等倾干涉 144

二、增透膜和增反膜 146

三、等厚干涉 147

第四节迈克耳孙干涉仪 151

习题 153

第十四章 光的衍射 155

第一节惠更斯—菲涅耳原理 155

一、光的衍射现象 155

二、惠更斯—菲涅耳原理 156

第二节夫琅禾费单缝衍射 157

一、实验装置和现象 157

二、夫琅禾费单缝衍射的光强 158

三、衍射图样的特点分析 159

第三节夫琅禾费圆孔衍射 光学仪器的分辨本领 161

一、夫琅禾费圆孔衍射 161

二、光学仪器的分辨率 161

第四节光栅衍射及光栅光谱 164

一、光栅衍射现象 164

二、光栅的衍射规律 165

三、光栅光谱 166

第五节X射线的衍射 167

一、X射线 167

二、X射线的衍射 168

习题 171

第十五章 光的偏振 174

第一节光的偏振性 马吕斯定律 174

一、自然光 175

二、偏振光 175

三、马吕斯定律 176

四、偏振的应用 178

第二节布儒斯特定律 180

一、反射光和折射光的偏振 180

二、布儒斯特定律 180

第三节光的双折射现象 182

一、晶体的双折射 182

二、晶体的主折射率，正晶体、负晶体 182

三、晶体偏振器件 183

四、偏振光的干涉 184

第四节旋光现象 185

知识拓展 光计算机 186

习题 187

第六篇 近代物理基础 191

第十六章 相对论基础 191

第一节狭义相对论产生的历史背景和实验基础 191

一、历史背景 191

二、迈克耳孙—莫雷实验 192

第二节狭义相对论的基本假设与洛伦兹变换 193

一、狭义相对论的两个基本假设 193

二、洛伦兹变换 194

第三节狭义相对论的时空观 196

一、相对论时空理论不破坏因果律 196

二、同时的相对性 197

三、长度收缩 198

四、时间膨胀 200

第四节狭义相对论速度变换 201

第五节狭义相对论动力学基础 202

一、质量与速度的关系 202

二、相对论质点动力学方程 203

三、质能关系 204

四、能量和动量关系 205

第六节广义相对论简介 206

一、广义相对论的两个基本原理 206

二、惯性质量和引力质量 206

三、惯性力与引力的等效 207

四、广义相对论的实验检验 208

习题 210

第十七章 量子物理基础 213

第一节黑体辐射 普朗克能量量子假设 213

一、黑体辐射 213

二、普朗克量子假设 215

第二节光电效应 爱因斯坦光子理论 216

一、光电效应及其实验规律 216

二、光电效应与经典波动理论的矛盾 217

三、爱因斯坦光子理论 218

四、光的波粒二象性 219

第三节氢原子光谱 玻尔的氢原子理论 220

一、氢原子光谱的实验规律 220

二、里兹合并原则 221

三、原子核式结构及困难 221

四、玻尔理论的基本假设 222

五、氢及类氢离子的玻尔理论 222

六、玻尔理论的局限性 224

第四节实物粒子的波粒二象性 不确定关系 226

一、实物粒子的波粒二象性 226

二、不确定性原理 227

第五节波函数 薛定谔方程 229

一、波函数及其物理意义 229

二、薛定谔方程 230

第六节氢原子的量子力学描述 232

一、氢原子的定态薛定谔方程 232

二、氢原子的量子力学处理结果 233

习题 236

第十八章 物理学进展与应用 238

第一节混沌现象 238

一、决定论的可预测性 238

二、决定论的不可预测性 238

三、混沌及其应用 240

第二节耗散结构 240

一、宇宙正在走向死亡吗 240

二、生命过程的自组织现象 241

三、无生命世界的自组织现象 242

四、开放系统的熵变 243

五、偏离平衡的系统 244

六、远离平衡的系统 245

七、从涨落到有序 246

第三节磁光效应和磁光盘 247

一、法拉第磁光效应 247

二、塞曼效应 248

三、克尔磁光效应和磁光盘 250

第四节左手介质 251

一、左手介质的理论基础 251

二、左手介质的人工实现和实验验证 252

三、左手介质的奇异特性 253

四、左手介质的应用前景 253

第五节扫描隧道显微镜与量子围栏 254

一、扫描隧道显微镜 254

二、扫描隧道显微镜的工作原理 254

三、量子围栏 255

第六节激光冷却与捕陷原子 256

第七节玻色-爱因斯坦凝聚 258

一、玻色-爱因斯坦凝聚的由来 258

二、玻色-爱因斯坦凝聚的形成条件 259

三、实现玻色-爱因斯坦凝聚的探索 260

四、前景展望 260

第八节近代物理学与现代医学 261

一、生物力学在医学中的应用 261

二、热学在医学中的应用 262

三、光学在医学中的应用 262

四、射线与放射性核素在医学中的应用 263

五、电磁学在医学中的应用 264

六、声学在医学中的应用 265

七、纳米技术在医学中的应用 265

第九节物质构成之迷——基本粒子的新发现 266

一、介子与核力 267

二、反粒子的发现 268

三、强子分类的“八重法” 268

四、新颖的夸克模型 270

五、顶夸克的发现 272

六、夸克的味和色 273

参考答案 277