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第5篇 电磁学 3

第12章 真空中的静电场 3

12.1 电荷库仑定律 3

12.1.1 电荷 3

12.1.2 电荷守恒定律 4

12.1.3 库仑定律 4

12.1.4 静电力的叠加原理 6

12.2 电场电场强度 8

12.2.1 电场 8

12.2.2 电场强度 9

12.2.3 点电荷的电场强度 10

12.2.4 电场强度的叠加原理 11

12.3 高斯定理 17

12.3.1 电场线 17

12.3.2 电通量 17

12.3.3 高斯定理 19

12.3.4 利用高斯定理求电场强度的分布 21

12.4 静电场的环路定理 电势 26

12.4.1 静电场的环路定理 26

12.4.2 电势能 27

12.4.3 电势 电势差 28

12.4.4 电势的计算 29

12.4.5 等势面 32

12.4.6 电场强度与电势的微分关系 33

本章提要 35

习题12 37

第13章 静电场中的导体和电介质 43

13.1 静电场中的导体 43

13.1.1 导体的静电平衡条件 43

13.1.2 处于静电平衡时实心导体的电荷分布 44

13.1.3 导体表面外附近一点的电场强度 44

13.1.4 孤立导体表面上的电荷分布 45

13.1.5 导体空腔 46

13.1.6 静电屏蔽 47

13.1.7 有导体存在时静电场的分析与计算 48

13.2 电容电容器 52

13.2.1 孤立导体的电容 52

13.2.2 电容器的电容 53

13.2.3 电容器电容的计算 53

13.2.4 电容器的并联和串联 55

13.3 静电场中的电介质 56

13.3.1 电介质的极化 56

13.3.2 极化强度 58

13.3.3 极化强度与极化电荷分布的关系 58

13.3.4 电介质中的电场强度 60

13.3.5 电位移矢量 有电介质时的高斯定理 61

13.4 静电场的能量 65

13.4.1 电容器储存的静电能 65

13.4.2 静电场的能量 66

本章提要 68

习题13 69

第14章 稳恒电流 75

14.1 电流强度 电流密度 75

14.1.1 电流强度 75

14.1.2 电流密度 75

14.2 欧姆定律的微分形式 焦耳定律的微分形式 76

14.2.1 欧姆定律的微分形式 76

14.2.2 焦耳定律的微分形式 77

14.3 电动势 稳恒电场 78

14.3.1 电动势 78

14.3.2 稳恒电场 79

14.3.3 电路上两点间的电势差 79

本章提要 80

习题14 80

第15章 稳恒磁场 82

15.1 磁场 磁感应强度 82

15.1.1 磁场 82

15.1.2 磁感应强度 83

15.1.3 磁感应线 84

15.2 毕奥-萨伐尔定律 85

15.2.1 毕奥-萨伐尔定律 85

15.2.2 运动电荷的磁场 86

15.2.3 毕奥-萨伐尔定律的应用 87

15.3 磁场的高斯定理 92

15.3.1 磁通量 92

15.3.2 磁场的高斯定理 93

15.4 安培环路定理 93

15.4.1 安培环路定理 93

15.4.2 安培环路定理的应用 95

15.5 洛伦兹力 100

15.5.1 洛伦兹力 100

15.5.2 带电粒子在磁场中的运动 100

15.5.3 应用磁场控制带电粒子的实例 101

15.5.4 霍耳效应 104

15.6 安培力 106

15.6.1 安培力公式 106

15.6.2 载流线圈在磁场中受到的力矩 110

15.6.3 安培力的功 113

本章提要 114

习题15 115

第16章 磁介质 122

16.1 顺磁质、抗磁质及其磁化 122

16.1.1 磁介质的分类 122

16.1.2 顺磁质和抗磁质的磁化 123

16.1.3 磁化强度与磁化电流 125

16.2 有磁介质存在时的高斯定理和安培环路定理 127

16.2.1 有磁介质存在时的高斯定理 127

16.2.2 有磁介质存在时的安培环路定理 127

16.3 铁磁质 130

16.3.1 铁磁质的磁滞回线 131

16.3.2 铁磁质的磁化机理 132

16.3.3 铁磁质的特点 132

16.3.4 铁磁材料的应用简介 133

本章提要 134

习题16 134

第17章 变化的电磁场 137

17.1 电磁感应定律 137

17.1.1 电磁感应现象 137

17.1.2 楞次定律 137

17.1.3 法拉第电磁感应定律 138

17.2 动生电动势 140

17.2.1 动生电动势的产生 140

17.2.2 洛伦兹力做功问题 141

17.2.3 动生电动势的计算 142

17.3 感生电动势 144

17.3.1 感生电动势的产生 144

17.3.2 感应电场与静电场 145

17.3.3 感生电动势的计算 146

17.3.4 涡电流 149

17.4 自感和互感 150

17.4.1 自感 150

17.4.2 互感 152

17.5 磁场的能量 155

17.6 位移电流 158

17.6.1 位移电流 158

17.6.2 全电流定律 159

17.6.3 位移电流的性质 160

17.7 麦克斯韦电磁场方程组 161

17.8 电磁波 162

17.8.1 电磁波的波动方程 162

17.8.2 电磁波的性质 163

17.8.3 电磁波的产生和传播 164

17.8.4 电磁波的能量 165

本章提要 166

习题17 168

第6篇 量子物理及其应用 177

第18章 量子物理基础 177

18.1 黑体辐射 普朗克量子假说 177

18.1.1 热辐射现象 177

18.1.2 基尔霍夫定律 177

18.1.3 黑体辐射 179

18.1.4 经典物理的困难 179

18.1.5 普朗克量子假说 180

18.2 光电效应 爱因斯坦光子理论 181

18.2.1 光电效应的实验规律 181

18.2.2 经典物理学解释光电效应规律遇到的困难 182

18.2.3 爱因斯坦光量子假设 183

18.3 康普顿效应 光的波粒二象性 184

18.3.1 康普顿效应 184

18.3.2 康普顿效应的理论解释 186

18.3.3 光的波粒二象性 187

18.4 玻尔的氢原子理论 188

18.4.1 氢原子光谱的规律 188

18.4.2 经典物理遇到的困难 189

18.4.3 玻尔的氢原子理论 189

18.4.4 氢原子轨道半径和能量的计算 190

18.4.5 氢原子光谱的能级公式 191

18.4.6 玻尔氢原子理论的缺陷 192

18.5 德布罗意波 不确定关系 193

18.5.1 德布罗意波 193

18.5.2 物质波的实验验证 195

18.5.3 实物粒子的波粒二象性 196

18.5.4 不确定关系 196

18.6 波函数及其统计解释 198

18.6.1 波函数的概念 198

18.6.2 波函数的统计解释 199

18.7 薛定谔方程 201

18.7.1 一维粒子的运动方程 201

18.7.2 一维粒子的薛定谔方程 202

18.7.3 三维情况下的薛定谔方程 203

18.8 薛定谔方程的简单应用 203

18.8.1 一维无限深势阱 203

18.8.2 一维势垒 隧道效应 205

18.9 氢原子 207

18.9.1 能量量子化 207

18.9.2 角动量量子化 207

18.9.3 角动量的空间量子化 208

18.9.4 电子的波函数 208

18.10 电子的自旋 原子的壳层结构 210

18.10.1 施特恩-格拉赫实验 210

18.10.2 电子的自旋 211

18.10.3 四个量子数 212

18.10.4 原子的壳层结构 212

18.11 晶体的能带结构 214

18.11.1 晶体的结构和能带 215

18.11.2 导体、半导体和绝缘体的能带结构 218

18.11.3 本征半导体与杂质半导体 220

18.12 激光 223

18.12.1 受激吸收 自发辐射和受激辐射 223

18.12.2 产生激光的基本条件 225

18.12.3 激光器 227

18.12.4 激光的特性及其应用 229

本章提要 230

习题18 232

第19章 原子核物理与粒子物理简介 237

19.1 原子核的基本性质 237

19.1.1 原子核的组成 237

19.1.2 原子核的大小 238

19.1.3 原子核的自旋与磁矩 239

19.2 核力和核模型 240

19.2.1 核力的性质 240

19.2.2 原子核模型 241

19.3 原子核的衰变 242

19.3.1 天然放射性现象 242

19.3.2 原子核的衰变规律 243

19.4 射线对人体的影响及其防护 244

19.4.1 射线的生物效应 244

19.4.2 辐射剂量 245

19.4.3 辐射的防护 246

19.4.4 放射性同位素的应用 246

19.5 原子核的结合能 裂变和聚变 247

19.5.1 原子核的质量亏损 247

19.5.2 原子核的结合能 248

19.5.3 核反应过程中的守恒定律 250

19.5.4 重核裂变及其应用 250

19.5.5 轻核聚变及其应用 253

19.6 粒子物理简介 254

19.6.1 粒子发现简介 254

19.6.2 粒子的分类 255

19.6.3 粒子的相互作用 255

19.6.4 强子结构的夸克模型 257

本章提要 259

习题19 260

第20章 物理学与高新技术 261

20.1 液晶 261

20.1.1 液晶的分类 261

20.1.2 液晶的光学特性 262

20.1.3 液晶的应用 264

20.2 纳米材料简介 266

20.2.1 纳米微粒的特性 266

20.2.2 纳米材料的制备 267

20.2.3 一种纳米新材料——碳纳米管 267

20.2.4 纳米材料的应用 268

20.3 等离子体 269

20.3.1 等离子体的分类 269

20.3.2 等离子体的基本性质 270

20.3.3 等离子体在磁场中的特性 271

20.3.4 等离子体的应用 272

20.4 扫描隧道显微镜 272

20.4.1 STM的工作原理 273

20.4.2 STM的基本结构 273

20.4.3 STM的工作模式 274

20.4.4 STM的特点 275

20.4.5 STM的应用 275

20.4.6 在STM基础上发展起来的各种新型显微镜 276

本章提要 277

习题20 277

习题参考答案 279

附录 书中物理量的符号及单位 287

参考文献 289