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第11章　静电场 1

11.1 电荷 1

目录 1

11.2　库仑定律 3

11.2.1 电力 3

11.2.2　点电荷 3

11.2.3　库仑定律 4

11.2.4　电力叠加原理 4

11.3.2　电场强度 5

11.3　电场强度 5

11.3.1 电场 5

11.3.3　电场强度的计算 6

11.4　高斯定理 13

11.4.1 电场线 13

11.4.2 电通量 14

11.4.3　高斯定理 15

11.5　高斯定理的应用 17

11.6　环流定理　电势 19

11.6.1　环流定理 20

11.6.2　环流定理的物理意义 20

11.6.3　电势差和电势 21

11.7　电势的计算 22

11.7.1　点电荷电场中的电势 22

11.7.2　点电荷系电场中的电势 22

11.7.3　连续分布电荷电场中的电势 22

11.8.1　等势面 25

11.8　电势与电场强度的关系 25

11.8.2　等势面的性质 26

11.8.3　电势梯度 26

习题11 29

思考题11 31

第12章　导体电学 34

12.1　静电场中的导体 34

12.1.1　导体的微观结构 34

12.1.2　导体的静电平衡 34

12.1.3　静电平衡下导体上的电荷分布 35

12.1.4　静电屏蔽 37

12.1.5　尖端放电及其应用 37

12.2　电容和电容器 40

12.2.1　孤立导体的电容 40

12.2.2　电容器的电容 41

12.2.3　几种常见的电容器 41

12.2.4　电容器的连接 43

12.3.1　电流强度和电流密度 44

12.3　传导电流 44

12.3.2　欧姆定律的微分形式 45

12.3.3　焦耳定律的微分形式 46

12.4　电动势　稳恒电场 47

12.4.1　电动势 47

12.4.2　稳恒电场 48

12.4.3　电路上两点间的电势差 49

习题12 50

思考题12 51

13.1.2　电介质极化的微观模型 52

13.1.1　现象 52

第13章　电介质 52

13.1　电介质的极化 52

13.2　极化强度和极化电荷 54

13.2.1　电极化强度 54

13.2.2　极化电荷 55

13.3　介质中的静电场 56

13.3.1　介质中的场强 56

13.3.2　介质中静电场的规律 57

13.3.3　介质电极化率 57

13.4　电位移矢量 58

13.4.1 闭合曲面内的极化电荷 58

13.4.2　电位移矢量 58

13.4.3　电位移矢量的应用 59

13.5　静电场能 60

13.5.1　带电体系的静电能 60

13.5.3　电容器储存的静电能 61

13.5.2　点电荷之间的相互作用能 61

13.5.4　静电场能　电场能量密度 62

习题13 65

思考题13 66

第14章　稳恒磁场 67

14.1　磁场的描述 67

14.1.1　基本磁现象 67

14.1.2　磁感应强度及洛伦兹力公式 67

14.2.1　毕奥－萨伐尔定律 69

14.2　毕奥－萨伐尔定律 69

14.2.2　毕奥－萨伐尔定律的应用 70

14.3　磁高斯定理　安培环路定理 75

14.3.1　磁通量 75

14.3.2　磁高斯定理 76

14.3.3　安培环路定理 76

14.3.4　安培环路定理的应用 78

14.4　磁场对载流导线的作用 82

14.4.1　安培力公式 82

14.4.2　载流线圈在磁场中受到的力矩 83

14.4.3　磁力的功 85

14.5　带电粒子的运动 88

14.5.1　运动带电粒子的磁场 88

14.5.2　带电粒子在匀强磁场中的运动 89

14.5.3　霍耳效应 90

习题14 92

思考题14 95

15.1.1　电子的磁矩 97

15.1　顺磁性和抗磁性 97

第15章　磁介质 97

15.1.2　磁场中的核外电子 98

15.1.3　抗磁性和顺磁性 98

15.2　磁化强度和磁化电流 100

15.2.1　磁化强度 100

15.2.2　磁化电流 100

15.3　介质中的磁场　磁场强度 102

15.3.2　磁场强度　介质中磁场的安培环路定理 103

15.3.1　介质中磁场的高斯定理 103

15.3.3　各向同性的磁介质 104

15.4　铁磁性 105

15.4.1　铁磁质的磁滞回线 106

15.4.2　铁磁质的理论解释 106

15.4.3　磁材料的应用 107

习题15 108

思考题15 109

第16章　变化的电磁场 110

16.1　电磁感应定律 110

16.1.1　电磁感应现象 110

16.1.2　法拉第定律 111

16.2　动生电动势 113

16.2.1　动生电动势的产生 113

16.2.2　洛伦兹力做功问题 115

16.2.3　动生电动势的计算 115

16.3.1　感生电动势和感应电场 117

16.3　感生电动势 117

16.3.2　感应电场的性质 119

16.3.3　涡电流和趋肤效应 120

16.3.4　感生电动势的计算 121

16.4 自感和互感 125

16.4.1 自感 125

16.4.2　互感 126

16.5.1　LR电路 129

16.5　电容和电感电路中的暂态过程 129

16.5.2　RC电路 131

16.6　磁场能量 132

16.6.1 自感磁能 132

16.6.2　互感磁能 133

16.7　位移电流 135

16.7.1　位移电流假设 135

16.7.2　全电流定律 137

16.7.3　位移电流性质 138

16.8　麦克斯韦电磁场方程组 140

习题16 141

思考题16 143

第17章　电磁波 145

17.1　电磁波波动方程 145

17.2　电磁波的性质 146

17.2.1　性质 146

17.2.2　坡因廷矢量 148

17.3　振荡电偶极子的辐射 149

17.3.1　电磁波的产生 149

17.2.3　辐射压强 149

17.3.2　赫兹实验 151

习题17 152

思考题17 153

第18章　光的干涉 154

18.1　光的相干性 154

18.1.1　光的电磁理论 154

18.1.2　光源的发光机制与特点 156

18.1.3　光的相干性 157

18.2.1　杨氏双缝实验 159

18.2　双缝干涉 159

18.2.2　应用分波阵面方法的其他实验 160

18.3　薄膜干涉 162

18.3.1　薄膜干涉的复杂性 162

18.3.2　等倾干涉条纹 163

18.3.3　等厚干涉条纹 165

18.3.4　增透膜和增反膜 167

18.3.5　迈克尔逊干涉仪 168

习题18 170

思考题18 170

第19章　光的衍射 173

19.1　光的衍射现象 173

19.1.1　惠更斯－菲涅耳原理 174

19.1.2　单缝夫琅禾费衍射 174

19.2　圆孔衍射和光学仪器的分辨本领 177

19.3　光栅衍射 179

19.3.1　衍射光栅 179

19.3.2　光栅方程 180

19.3.3　光栅光谱和分辨本领 181

19.4　X射线的衍射 183

习题19 185

思考题19 186

第20章　光的偏振 187

20.1　光的偏振现象 187

20.1.1　偏振光和自然光 187

20.1.2　偏振片　马吕斯定律 189

20.2　反射和折射时的偏振现象 191

20.3　晶体的双折射现象 192

20.4　偏振光的获得与检验 194

习题20 195

思考题20 195

第21章　量子光学基础 197

21.1 引言 197

21.2　普朗克的能量子假说 197

21.2.1　热辐射现象 197

21.2.2　黑体辐射的基本规律 199

21.2.3　普朗克的能量子假说 201

21.3　爱因斯坦的光量子假设 202

21.3.1　光电效应 202

21.3.2　爱因斯坦的光量子假设 203

21.3.3　康普顿效应 205

21.4　氢原子光谱　玻尔理论 209

21.4.1　氢原子光谱实验规律 209

21.4.3　玻尔理论 211

21.4.2　经典原子模型的困难 211

21.5　激光器的工作原理 214

21.5.1　自发辐射、受激辐射和受激吸收 214

21.5.2　粒子数反转和光放大 216

21.5.3　激光器的工作原理 216

习题21 219

思考题21 220

22.1.2　德布罗意物质波假设 221

22.1.1　光的波粒二象性 221

22.1　实物粒子的波动性 221

第22章　量子力学基础 221

22.1.3　物质波的实验验证 223

22.2　波函数及统计解释 224

22.2.1　波函数 224

22.2.2　波函数的统计解释 224

22.2.3　微观粒子的波粒二象性 225

22.3　不确定性关系 226

22.3.1　位置和动量不确定关系 226

22.3.2　能量和时间不确定关系 228

22.4　薛定谔方程 229

22.4.1　薛定谔方程的建立 229

22.4.2　定态薛定谔方程 231

22.5　力学量算符的本征值问题 232

22.5.1　力学量的算符表示 232

22.5.2　算符的本征值问题 233

22.6　薛定谔方程的应用 233

22.6.1　一维无限深势阱中的粒子 234

22.6.2　一维谐振子（抛物线势阱） 238

22.6.3　一维散射问题 240

22.7　氢原子量子理论 242

22.7.1　角动量算符的本征值问题 243

22.7.2　氢原子的能量和电子几率密度 245

22.8　电子的自旋　泡利不相容原理 246

22.8.1 电子的自旋 246

22.8.2　泡利不相容原理 248

习题22 249

思考题22 250

第23章　固体的量子理论 251

23.1 晶体 251

23.2　固体的能带结构 252

23.2.1　能带 252

23.2.2　能带的宽度 254

23.2.3　满带、导带和价带 254

23.2.4　导体、半导体和绝缘体 255

23.3.1　近满带和空穴 256

23.3　半导体的电子论 256

23.3.2　n型半导体和p型半导体 257

23.3.3　p-n结 258

23.4　超导电现象 260

23.4.1　零电阻 260

23.4.2　完全抗磁性 261

23.4.3　临界磁场与临界电流 262

23.4.4　两类超导体 262

23.4.5　BCS理论 263

习题23 264

思考题23 265

第24章　原子核物理和粒子物理简介 266

24.1　原子核的基本性质 266

24.1.1　原子核的组成 266

24.1.2　原子核的模型 268

24.1.3　核力和介子 269

24.2.1　原子核的自旋 270

24.2　原子核的量子性质 270

24.2.2　原子核的磁矩 271

24.2.3　核磁共振 272

24.3　原子核的放射性衰变 273

24.3.1　放射性衰变规律 273

24.3.2　α衰变 274

24.3.3　β衰变 275

24.4.1　原子核的结合能 276

24.4　核裂变和核聚变 276

24.3.4　γ衰变 276

24.4.2　重核的裂变 278

24.4.3　轻核的聚变 280

24.5　粒子物理简介 281

24.5.1　粒子及其分类 282

24.5.2　强子的夸克模型 283

24.5.3　基本粒子的相互作用 286

24.5.4　粒子的对称性和守恒定律 287

参考答案 290