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第4篇 电磁学 3

第9章 真空中的静电场 3

9.1 电荷及其相互作用 3

9.1.1 电荷是量子化的 3

9.1.2 电荷守恒定律 4

9.1.3 库仑定律 4

9.1.4 静电力叠加原理 6

9.2 电场与电场强度 7

9.2.1 电场 7

9.2.2 电场强度 7

9.2.3 电场叠加原理 8

9.2.4 电场强度的计算 9

9.3 电场线与电场强度通量 17

9.3.1 电场线 17

9.3.2 电场强度通量 18

9.4 静电场的高斯定理与安培环路定理 21

9.4.1 静电场的高斯定理 21

9.4.2 应用高斯定理求电场强度 23

9.4.3 静电场的安培环路定理 28

9.5 电势与电势差 30

9.5.1 电势能 30

9.5.2 电势 32

9.5.3 电势差 32

9.5.4 电势的计算 33

9.6 电场强度与电势的关系 36

9.6.1 等势面 36

9.6.2 电场强度与电势的微分关系 38

9.7 电场对电荷的作用 41

9.7.1 带电粒子在电场中受力及其运动 41

9.7.2 电偶极子在均匀电场中所受的力矩 42

习题 43

第10章 静电场中的导体和电介质 48

10.1 静电场中的导体 48

10.1.1 导体的静电平衡条件 48

10.1.2 导体处于静电平衡时的性质 49

10.1.3 静电屏蔽 51

10.1.4 有导体存在时静电场的电场强度和电势的计算 52

10.2 电容与电容器 56

10.2.1 孤立导体的电容 56

10.2.2 电容器及其电容 56

10.2.3 电容器的连接方式 59

10.3 静电场中的电介质 60

10.3.1 电介质对电场的影响 60

10.3.2 电介质的极化 61

10.3.3 充满均匀电介质的电场 63

10.4 有电介质时的高斯定理与安培环路定理 64

10.4.1 有电介质时的高斯定理 64

10.4.2 有电介质时的安培环路定理 66

10.5 电场的能量 67

10.5.1 电容器储存的能量 67

10.5.2 电场的能量 67

习题 69

第11章 恒定磁场 73

11.1 恒定电流与恒定电场 73

11.1.1 电流和电流密度 73

11.1.2 电流的连续性方程 75

11.1.3 恒定电流和恒定电场 75

11.1.4 欧姆定律的微分形式 77

11.1.5 电动势 77

11.2 磁场与磁感应强度 79

11.2.1 磁场 79

11.2.2 磁感应强度 79

11.3 毕奥-萨伐尔定律及应用 80

11.3.1 毕奥-萨伐尔定律 80

11.3.2 磁场叠加原理 81

11.3.3 毕奥-萨伐尔定律的应用 82

11.3.4 运动电荷的磁场 87

11.4 磁感应线与磁通量 89

11.4.1 磁感应线 89

11.4.2 磁通量 90

11.5 磁场的高斯定理与安培环路定理 90

11.5.1 磁场的高斯定理 91

11.5.2 磁场的安培环路定理 91

11.5.3 应用安培环路定理求磁感应强度 93

11.6 磁场对电流的作用 98

11.6.1 安培定律 98

11.6.2 两平行无限长载流直导线间的相互作用力 100

11.6.3 磁场对载流线圈的作用 101

11.6.4 磁场力做功 103

11.7 磁场对运动电荷的作用 105

11.7.1 洛伦兹力 105

11.7.2 带电粒子在均匀磁场中的运动 106

11.7.3 霍尔效应 108

11.8 磁场中的磁介质 109

11.8.1 磁介质及其磁化 109

11.8.2 有磁介质时的高斯定理 111

11.8.3 有磁介质时的安培环路定理 112

11.8.4 铁磁质 114

习题 116

第12章 变化的磁场和电场 124

12.1 电磁感应的基本定律 124

12.1.1 法拉第电磁感应定律 124

12.1.2 楞次定律 127

12.2 动生电动势 128

12.2.1 动生电动势的非静电力 128

12.2.2 动生电动势的计算 129

12.3 感生电场假设 132

12.3.1 感生电动势的非静电力 132

12.3.2 感生电场的高斯定理与安培环路定理 132

12.3.3 感生电动势的计算 134

12.3.4 涡电流 137

12.3.5 导体在变化磁场里运动时的感应电动势 137

12.4 自感与互感 139

12.4.1 自感 139

12.4.2 互感 141

12.5 磁场的能量 144

12.5.1 自感储存的能量 144

12.5.2 磁场的能量 144

12.6 位移电流假设 146

12.6.1 位移电流 146

12.6.2 感生磁场的高斯定理与安培环路定理 148

12.7 麦克斯韦方程组 150

12.7.1 电场的性质 150

12.7.2 磁场的性质 151

12.7.3 麦克斯韦方程组积分形式 152

12.8 电磁波 153

12.8.1 电磁波的产生和传播 153

12.8.2 电磁波的性质 155

12.8.3 电磁波的能量 156

12.8.4 电磁波谱 157

习题 158

第5篇 近代物理学 165

第13章 狭义相对论 165

13.1 经典力学的伽利略变换与时空观 165

13.1.1 经典力学的伽利略变换 165

13.1.2 经典力学的时空观 166

13.1.3 经典力学的相对性原理 167

13.2 狭义相对论的基本原理 169

13.3 洛伦兹变换 170

13.3.1 洛伦兹坐标变换 170

13.3.2 洛伦兹速度变换 172

13.4 狭义相对论的时空观 174

13.4.1 长度缩短 174

13.4.2 时间延缓 176

13.4.3 同时的相对性 177

13.4.4 同时性与因果律 177

13.5 狭义相对论动力学基础 178

13.5.1 质量和速度的关系 178

13.5.2 动力学基本方程 179

13.5.3 质量和能量的关系 180

13.5.4 能量和动量的关系 182

习题 182

第14章 早期量子论 185

14.1 黑体辐射与普朗克量子假设 185

14.1.1 热辐射及其描述 185

14.1.2 黑体辐射规律 186

14.1.3 普朗克量子假设 187

14.2 光电效应与爱因斯坦光子假设 190

14.2.1 光电效应的实验规律 190

14.2.2 爱因斯坦光子假设 192

14.3 康普顿效应 194

14.3.1 康普顿效应 194

14.3.2 光的波粒二象性 198

14.4 氢原子光谱与玻尔理论 200

14.4.1 氢原子光谱规律 200

14.4.2 原子的核式结构模型 201

14.4.3 玻尔的氢原子理论 202

14.4.4 玻尔理论的成就与局限性 206

习题 206

第15章 量子力学初步 209

15.1 微观粒子的波粒二象性 209

15.1.1 德布罗意假设 209

15.1.2 德布罗意假设的实验验证 210

15.2 不确定关系 213

15.3 波函数及其统计解释 216

15.3.1 波函数 216

15.3.2 波函数的统计解释 217

15.4 态叠加原理 218

15.5 算符与平均值 220

15.5.1 力学量算符 220

15.5.2 本征值方程 221

15.5.3 平均值 221

15.6 薛定谔方程 222

15.6.1 薛定谔方程 222

15.6.2 定态薛定谔方程 223

15.7 薛定谔方程的应用 223

15.7.1 一维无限深方形势阱 223

15.7.2 隧道效应 227

15.7.3 一维线性简谐振子 229

15.7.4 氢原子 230

15.8 电子的自旋 233

15.8.1 施特恩-格拉赫实验 233

15.8.2 电子自旋假设 233

15.8.3 四个量子数 234

15.9 全同性原理 235

15.10 原子的壳层结构与元素周期表 236

15.10.1 泡利不相容原理 237

15.10.2 能量最小原理 238

习题 240

第16章 现代科学与高新技术物理基础专题 243

16.1 原子核物理 243

16.1.1 原子核的基本性质 243

16.1.2 原子核的结合能 246

16.1.3 原子核的衰变规律 248

16.1.4 原子核能的应用 254

16.2 粒子物理 257

16.2.1 粒子的分类 257

16.2.2 粒子的相互作用 260

16.2.3 粒子的一些特性和规律 261

16.2.4 强子的夸克模型 262

16.3 激光 264

16.3.1 自发辐射和受激辐射 264

16.3.2 激光器 265

16.3.3 激光产生的原理 266

16.3.4 氦-氖激光器 269

16.3.5 激光的特性和应用 270

16.4 固体的能带结构 271

16.4.1 电子共有化 271

16.4.2 能带的形成 272

16.4.3 导体、半导体和绝缘体 272

16.4.4 半导体的导电机制 273

16.4.5 半导体的特性及其应用 275

16.5 纳米技术 278

16.5.1 纳米技术的基本概念 278

16.5.2 扫描隧穿显微镜与纳米技术 278

16.5.3 纳米材料的奇异特性及应用 280

16.6 超导电性 282

16.6.1 超导体的发现与发展 282

16.6.2 超导体的基本性质 283

16.6.3 超导电性理论简介 285

16.6.4 超导的应用前景 285

习题 286

习题参考答案 288

参考文献 295

附录A 历年诺贝尔物理学奖获得者 296

附录B 常用基本物理常量 307

附录C 本书中常用物理量的符号和单位 308