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第1章 流体力学基础 1

1.1 理想流体的定常流动 2

1.1.1 理想流体 2

1.1.2 定常流动 3

1.1.3 流线与流管 3

1.1.4 理想流体的连续性方程 4

1.2 理想流体的伯努利方程 5

1.2.1 伯努利方程的推导 5

1.2.2 伯努利方程的应用 7

1.3 黏性流体的运动 9

1.3.1 流体的流动形态与雷诺数 9

1.3.2 层流与黏性力 10

1.3.3 泊肃叶定律 11

1.3.4 斯托克斯定律 12

习题 13

第2章 气体动理论 15

2.1 气体动理论的基本概念 16

2.1.1 宏观态与微观态 16

2.1.2 统计的规律性 17

2.1.3 统计规律的定量分析 17

2.1.4 等概率假设 18

2.2 分子平均平动动能统计分布规律 19

2.2.1 理想气体压强 19

2.2.2 温度的统计意义 21

2.3 分子能量的统计分布 23

2.3.1 玻耳兹曼能量分布律 23

2.3.2 能量按自由度均分原理 24

2.4 分子速率统计分布 27

2.4.1 麦克斯韦速率分布律 27

2.4.2 三种速率 28

2.5 分子碰撞的统计分布 30

2.5.1 分子的平均碰撞频率 31

2.5.2 分子的平均自由程 32

2.6 气体中的输运过程 32

2.6.1 黏滞现象 33

2.6.2 扩散现象 33

2.6.3 热传导现象 34

习题 34

第3章 热力学基础 37

3.1 热力学第一定律 38

3.1.1 热力学系统、热力学状态参量、内能 38

3.1.2 准静态过程的功 38

3.1.3 热量、热容 40

3.1.4 热力学第一定律 40

3.2 理想气体的热力学过程 41

3.2.1 等体过程 41

3.2.2 等压过程 42

3.2.3 等温过程 43

3.2.4 绝热过程 44

3.3 循环过程 卡诺循环 45

3.3.1 循环过程 45

3.3.2 循环效率 46

3.3.3 卡诺循环 49

3.4 热力学第二定律 53

3.4.1 热力学第二定律的两种表述 53

3.4.2 热力学第二定律的微观意义 54

3.4.3 热力学第二定律的统计意义 54

3.5 熵与熵增加原理 56

3.5.1 熵概念的引入 56

3.5.2 熵增加原理 58

3.5.3 熵变的计算 58

3.6 熵的应用 58

3.6.1 信息熵与遗传密码 58

3.6.2 生命系统的负熵 60

习题 60

第4章 静电场 恒定电场 63

4.1 电荷与库仑定律 64

4.1.1 电荷 64

4.1.2 库仑定律 64

4.2 电场的提出 65

4.3 静电场的描述 66

4.3.1 描述电场的力的特性——电场强度 66

4.3.2 描述电场的能量特性——电势 69

4.4 静电场的规律 72

4.4.1 描述电场和场源电荷关系的定理——高斯定理 72

4.4.2 静电场的环路定理 74

4.5 对称性分析的应用 74

4.6 静电场与导体和电介质的相互作用 76

4.6.1 静电场中的导体 77

4.6.2 静电场中的电介质 78

4.7 静电场的能量 80

4.8 恒定电场与电源电动势 81

4.8.1 恒定电场 81

4.8.2 电源电动势 82

4.8.3 温差电动势 83

4.9 生物膜内、外的电势差 85

4.10 电场在生物科学中的应用 87

4.10.1 静电生物效应的应用 87

4.10.2 细胞和生物胶粒的电泳 88

4.10.3 细胞电场诱导融合 90

习题 91

第5章 恒定磁场 93

5.1 磁现象与磁场 94

5.1.1 磁现象 94

5.1.2 磁本质 94

5.2 磁场的描述 95

5.2.1 磁感应强度 95

5.2.2 毕奥-萨伐尔定律 96

5.2.3 磁感线 97

5.3 磁场的基本规律 98

5.3.1 高斯定理 98

5.3.2 安培环路定理 99

5.4 磁场对运动电荷、电流及载流线圈的作用 100

5.4.1 洛伦兹力 100

5.4.2 安培力 102

5.4.3 力矩 103

5.5 磁场中的磁介质 104

5.5.1 顺磁质与抗磁质 104

5.5.2 铁磁质 105

5.5.3 磁介质中的高斯定理 105

5.6 生物组织的磁性 107

习题 108

第6章 交变电磁场 111

6.1 电磁感应现象 112

6.2 法拉第电磁感应定律 楞次定律 113

6.2.1 法拉第电磁感应定律 113

6.2.2 楞次定律 113

6.3 动生电动势 114

6.4 感生电动势 感生电场 116

6.4.1 感生电动势 感生电场 116

6.4.2 涡电流 117

6.5 电磁波 117

习题 119

第7章 光的波动性 121

7.1 光波及其相干条件 122

7.1.1 光波 122

7.1.2 光程 122

7.2 分波阵面干涉 124

7.2.1 杨氏实验 124

7.2.2 光强分布 126

7.2.3 劳埃德镜实验 127

7.3 分振幅干涉 127

7.3.1 薄膜的等倾干涉 127

7.3.2 薄膜的等厚干涉 130

7.4 迈克耳孙干涉仪 133

7.5 人工膜BLM厚度的测量 134

7.6 光的衍射 135

7.6.1 光的衍射现象 135

7.6.2 惠更斯-菲涅耳原理 136

7.6.3 单缝的夫琅禾费衍射 136

7.6.4 光栅的衍射 139

7.7 光学仪器的分辨率 143

7.7.1 圆孔衍射 143

7.7.2 光学仪器的分辨率 144

7.7.3 显微镜的分辨率 146

7.8 光的偏振 147

7.8.1 自然光与偏振光 148

7.8.2 反射和折射时光的偏振 149

7.8.3 偏振片的起偏和检偏马吕斯定律 152

7.9 椭圆偏振光和圆偏振光 波片 154

7.9.1 椭圆偏振光和圆偏振光 154

7.9.2 波片 155

7.10 偏光显微镜、相衬显微镜 155

7.10.1 偏光显微镜 155

7.10.2 相衬显微镜 156

7.11 物质的旋光性及其应用 158

7.12 圆二色性、旋光色散 159

习题 162

第8章 光的量子性 163

8.1 热辐射与普朗克量子假说 164

8.1.1 热辐射 164

8.1.2 黑体辐射的规律 164

8.1.3 黑体辐射定律 165

8.1.4 普朗克量子假说 166

8.2 光电效应与爱因斯坦光子说 168

8.2.1 光电效应实验规律 168

8.2.2 爱因斯坦光子理论 169

8.2.3 爱因斯坦光电效应方程 170

8.2.4 光电效应的应用 171

8.3 康普顿-吴有训效应 172

8.4 光的波粒二象性 175

8.5 人类对光的本质认识的发展 177

习题 178

第9章 量子力学初步 179

9.1 德布罗意波与电子衍射实验 180

9.1.1 德布罗意波 180

9.1.2 电子显微镜 182

9.2 不确定关系 183

9.3 薛定谔方程 186

9.3.1 波函数 186

9.3.2 波函数的统计解释 186

9.3.3 薛定谔方程 187

9.4 薛定谔方程的应用——势阱和势垒 188

9.4.1 一维势阱中的粒子 188

9.4.2 方势垒的穿透 隧道效应 190

9.5 扫描隧穿显微镜 192

9.5.1 扫描隧穿显微镜的原理 192

9.5.2 扫描隧穿显微镜系统 193

9.5.3 扫描隧穿显微镜与电子显微镜的比较 194

9.5.4 扫描隧穿显微镜在生命科学中的应用 194

9.6 原子结构的量子理论 195

9.6.1 氢原子光谱的规律性 195

9.6.2 用薛定谔方程处理氢原子 196

9.6.3 电子自旋 200

9.7 原子壳层结构 201

9.8 核磁共振 202

9.8.1 核磁共振基本原理 202

9.8.2 核磁共振谱测量 204

9.9 量子生物学简介 205

习题 207

第10章 光谱分析基础及应用 209

10.1 光谱分析的种类 210

10.2 光的吸收与散射 212

10.2.1 光的吸收 212

10.2.2 吸收定律 212

10.2.3 光的散射 214

10.2.4 拉曼散射 215

10.2.5 光合作用 217

10.3 原子光谱 217

10.3.1 原子的发射光谱 217

10.3.2 原子吸收光谱 219

10.4 分子光谱 220

10.4.1 转动能级与转动光谱 221

10.4.2 振动能级与振动光谱 221

10.4.3 振转能级与振转光谱 222

10.4.4 分子的电子光谱 223

10.5 遥感技术及其在农业、林业中的应用 225

10.5.1 遥感技术概述 225

10.5.2 红外遥感 225

10.5.3 遥感技术在农业、林业中的应用 225

10.6 荧光和磷光 227

10.7 X射线谱及其应用 229

10.7.1 X射线的产生及其谱线 229

10.7.2 X射线晶体衍射 231

10.7.3 X射线在生物学中的应用 232

习题 232

第11章 物质的放射性及其应用 233

11.1 原子核的一般性质 234

11.1.1 原子核的组成 234

11.1.2 原子核的大小与核力 235

11.1.3 原子核的结合能 235

11.2 核的放射性衰变 237

11.2.1 放射性的发现 237

11.2.2 放射性衰变规律 237

11.2.3 生物衰变常量与14C鉴年法 239

11.3 放射性衰变的类型与核反应 241

11.3.1 放射性衰变的类型 241

11.3.2 原子核反应 242

11.4 射线与物质的相互作用 243

11.4.1 带电粒子与物质的相互作用 243

11.4.2 光子与物质的相互作用 245

11.4.3 中子与物质的相互作用 246

11.5 放射性探测器 246

11.6 辐射剂量 250

11.7 放射性核素的应用 252

11.7.1 放射性核素在工业方面的应用 252

11.7.2 放射性核素在科学研究中的应用 253

11.7.3 放射性核素在生物学和医学中的应用 255

习题 257

附录 259

附表1常用物理常量表 260

附表2国际单位制的词头 261

参考文献 263