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第10章 静电场 1

10.1电荷 库仑定律 1

10.1.1电荷 1

10.1.2库仑定律 3

10.2电场 电场强度 4

10.2.1电场 4

10.2.2电场强度 5

10.2.3电场强度的计算 6

10.3高斯定理及应用 9

10.3.1电场线 9

10.3.2电通量 10

10.3.3高斯定理 11

10.3.4高斯定理的应用 13

10.4静电场的环路定理 电势 16

10.4.1静电场的环路定理 16

10.4.2电势能 17

10.4.3电势 18

10.4.4电势的计算 19

10.5电场强度与电势的微分关系 21

10.5.1等势面 21

10.5.2电场强度与电势关系 22

10.6静电场中的导体 24

10.6.1静电场中导体的静电平衡 24

10.6.2静电平衡时导体上的电荷分布 25

10.6.3空腔导体 26

10.7电容 电容器 29

10.7.1孤立导体的电容 29

10.7.2电容器的电容 30

10.7.3几种常见电容的计算 30

10.7.4电介质对电容器的影响 31

10.8静电场中的电介质 32

10.8.1电介质的极化 32

10.8.2电介质对电场的作用 32

10.8.3极化的方式 33

10.8.4电介质中的高斯定理 34

10.9静电场的能量 37

10.9.1电容器的能量 37

10.9.2电场的能量 37

10.9.3电场的能量密度 38

10.9.4范德格拉夫静电高压起电机 39

本章提要 40

习题10 42

第11章 稳恒磁场 46

11.1磁场 磁感应强度 46

11.1.1基本磁现象 46

11.1.2磁场和磁感应强度 47

11.2毕奥-萨伐尔定律 48

11.2.1毕奥-萨伐尔定律 48

11.2.2毕奥-萨伐尔定律的应用 49

11.2.3运动电荷的磁场 51

11.3稳恒磁场的高斯定理 53

11.3.1磁场线 53

11.3.2磁通量 54

11.3.3磁场中的高斯定理 55

11.4安培环路定理及应用 55

11.4.1安培环路定理 55

11.4.2安培环路定理应用实例 57

11.5磁场对运动电荷的作用 60

11.5.1带电粒子在均匀磁场中的运动 60

11.5.2带电粒子在电场和磁场中的运动 62

11.6磁场对载流导线的作用 64

11.6.1载流导线在磁场中所受的力 64

11.6.2磁场对载流线圈的作用 66

11.7磁介质 70

11.7.1磁介质及其分类 70

11.7.2磁介质的磁化 71

11.7.3磁介质中的安培环路定理 73

11.8铁磁质 74

11.8.1磁畴 75

11.8.2铁磁质的磁化规律 75

11.8.3铁磁材料分类及应用 77

本章提要 78

习题11 79

选读材料 等离子体 82

第12章 电磁感应 84

12.1电磁感应定律 84

12.1.1电磁感应现象 84

12.1.2电动势 85

12.1.3法拉第电磁感应定律 86

12.1.4楞次定律 87

12.2动生电动势和感生电动势 88

12.2.1动生电动势 88

12.2.2感生电动势 93

12.2.3电磁感应的应用 95

12.3自感与互感 97

12.3.1自感 97

12.3.2互感 99

12.4磁场能量与能量密度 102

12.4.1电感线圈的能量 102

12.4.2磁场能量 103

12.4.3磁场的能量密度 104

12.5电磁场基本方程 105

12.5.1位移电流 105

12.5.2麦克斯韦方程组 108

本章提要 110

习题12 111

选读材料 传感技术 113

第13章量子论 116

13.1黑体辐射 能量子概念 116

13.1.1黑体 黑体辐射 116

13.1.2经典物理陷入困境 118

13.1.3普朗克的能量子概论 119

13.2光电效应 光的粒子性 121

13.2.1光电效应实验 121

13.2.2光电效应与波动理论矛盾 122

13.2.3爱因斯坦的光子理论 123

13.2.4光的波粒二象性 124

13.3康普顿散射 125

13.3.1康普顿散射实验 125

13.3.2康普顿散射与波动理论矛盾 126

13.3.3光子理论成功解释康普顿散射 126

13.4氢原子结构的玻尔理论 129

13.4.1氢原子光谱的实验规律 129

13.4.2氢原子光谱与经典电磁学矛盾 131

13.4.3玻尔的氢原子理论 131

13.4.4玻尔理论的成功和局限性 135

13.5微观粒子的波动性 136

13.5.1德布罗意波 136

13.5.2德布罗意波的实验证据 137

13.5.3德布罗意波的统计解释 139

13.5.4德布罗意波的应用——电子显微镜 140

13.6测不准关系 142

13.6.1位置与动量测不准关系 142

13.6.2能量与时间测不准关系 143

13.6.3测不准关系的讨论 144

13.7波函数 薛定谔方程 147

13.7.1波函数 147

13.7.2薛定谔方程 148

13.8一维定态问题 150

13.8.1一维无限深方势阱 150

13.8.2一维方势垒 隧道效应 154

13.8.3一维谐振子 157

13.9定态薛定谔方程应用于氢原子 159

13.9.1氢原子的定态薛定谔方程 159

13.9.2氢原子的求解结果 160

13.10电子自旋 162

13.10.1施特恩-格拉赫实验 162

13.10.2电子自旋 165

13.11原子的壳层结构 166

13.11.1四个量子数 166

13.11.2壳层结构 167

本章提要 169

习题13 172

选读材料 黑洞 白洞 虫洞 174

第14章 原子核与基本粒子 182

14.1原子核的基本性质 182

14.1.1原子核的构成 182

14.1.2原子核的电荷数与质量数 182

14.1.3原子核的大小与密度 184

14.1.4原子核的自旋与磁矩 184

14.1.5核力 187

14.1.6原子核的结合能 188

14.2原子核的放射性衰变 190

14.2.1原子核的稳定性 190

14.2.2原子核衰变 191

14.2.3放射性衰变规律 192

14.3原子核反应 196

14.3.1核反应的实现 197

14.3.2核反应的类型 198

14.3.3核反应过程的守恒定律 199

14.4重核裂变核能利用 199

14.4.1开发核能的原理 200

14.4.2原子核裂变 201

14.4.3链式反应与反应堆 204

14.5轻核聚变 未来的环保能源 205

14.5.1基本的轻核聚变反应 206

14.5.2受控热核聚变反应 206

14.6基本粒子 209

14.6.1粒子家族史回顾 209

14.6.2粒子的分类 211

14.6.3强子结构的夸克模型 214

14.6.4相互作用的标准模型 216

14.6.5对称性与对称性破缺 219

14.6.6中微子质量问题 222

本章提要 226

习题14 227

第15章 新技术原理与应用 230

15.1超导电性 230

15.1.1超导的基本特性 230

15.1.2超导体的微观机制 233

15.1.3超导材料的分类 233

15.1.4约瑟夫森效应 234

15.1.5超导电性的应用 236

15.2纳米科技 237

15.2.1纳米材料学 238

15.2.2纳米电子学 242

15.2.3纳米生物学 242

15.2.4纳米工程 机械学 243

15.3玻色-爱因斯坦凝聚态 243

15.3.1玻色-爱因斯坦凝聚态 243

15.3.2 BEC实验研究的历史 244

15.3.3 BEC的形成条件与实现途径 244

15.3.4碱金属原子气体BEC的实验实现 245

15.3.5原子波激射器 247

15.3.6 BEC的应用前景 248

本章提要 249

习题15 250

习题参考答案 251

参考文献 262

附录 263