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第三篇 电 磁学 3

第十章 静电场 3

10.1电荷和库仑定律 3

一、电荷和电荷守恒定律 3

二、库仑定律 4

10.2静电场和电场强度 6

一、电场和静电场 6

二、电场强度 7

三、电场强度的计算 7

10.3高斯定理 13

一、电场线 13

二、电场强度通量 14

三、高斯定理 16

10.4电势及其与电场强度的关系 20

一、静电场做功的特性——静电场属保守场 20

二、电势能、电势和电势差 21

三、等势面、电势梯度及其与电场强度的关系 26

10.5静电场中的导体 29

一、导体内的静电感应和静电平衡 29

二、有导体存在时静电场的电场强度分析与计算 32

三、导体空腔和静电屏蔽 33

10.6电容和电容器 35

一、孤立导体的电容 35

二、电容器及其电容 35

三、电容器的串联及并联 37

10.7静电场中的电介质（绝缘体） 39

一、电介质的极化 39

二、电极化强度及其与极化电荷的关系 42

三、极化电荷对电场及电容器电容的影响 44

四、有电介质时的高斯定理 46

10.8静电场的能量 50

一、电容器的静电能 51

二、静电场的静电能 51

思考题 54

习题 55

阅读材料 58

一、电的发现以及人类对电本性的初步认识 58

二、库仑定律的发现过程及其带来的启示 64

三、静电防护及静电应用举例 68

四、电介质的几种特殊物理效应及应用 71

五、静电幽默一则 77

阅读材料思考题 77

参考文献 77

第十一章恒定电流及其磁场（静磁场） 79

11.1恒定电流的条件及导电规律 79

一、电流和电流密度 79

二、电流的连续性方程以及产生恒定电流的条件 82

三、电源及电动势 82

11.2恒定电流的磁场（静磁场） 83

一、基本磁现象和磁的起源 83

二、磁感应强度 86

三、磁感应线和磁通量 88

11.3毕奥-萨伐尔定律 89

11.4磁场的高斯定理和安培环路定理 94

一、磁场的高斯定理 94

二、磁场的安培环路定理 95

11.5磁场对运动电荷的作用力 99

一、电荷在匀强磁场中的运动 99

二、电荷在非匀强磁场中的运动 101

三、霍尔效应和霍尔传感器 103

11.6磁场对电流的作用力 104

一、安培定律 105

二、闭合载流线圈在匀强磁场中所受力矩 108

11.7磁场对电流做功 109

一、载流导线在磁场中平动时安培力做功 110

二、载流线圈在磁场中转动时安培力做功 110

11.8磁场中的磁介质 112

一、关于物质磁性的概述 112

二、磁化强度和磁化电流 114

三、有磁介质时的安培环路定理 116

11.9铁磁质 118

一、铁磁质的磁化规律 119

二、铁磁质的磁化机理 120

三、常用铁磁质的分类和应用 121

思考题 123

习题 125

阅读材料 128

一、磁介质在日常生活和生产中的应用 128

二、磁场的几种特殊效应和应用 129

三、自旋电子学（磁电子学）简介 133

四、一道有趣的思考题 136

阅读材料思考题 137

参考文献 138

第十二章 电磁感应和电磁波 139

12.1电磁感应定律 139

一、电磁感应现象的发现 139

二、法拉第电磁感应定律 140

三、楞次定律 141

12.2动生电动势、感生电动势和感生电场 143

一、动生电动势 143

二、感生电动势和感生电场 146

三、涡流和磁阻尼 148

12.3自感和互感 149

一、自感 149

二、互感 151

12.4磁场的能量 153

一、自感磁能 153

二、互感磁能 153

三、磁场的能量密度 154

12.5位移电流和麦克斯韦方程组 155

一、位移电流和安培环路定理的推广 156

二、麦克斯韦方程组 158

12.6电磁振荡和电磁波 159

一、电磁振荡 159

二、电磁波 161

思考题 167

习题 169

阅读材料 171

一、电磁感应现象的应用 171

二、法拉第生平事迹 172

三、力场改变人类文明 175

四、麦克斯韦生平事迹 176

五、麦克斯韦建立电磁场理论的科学思想和方法 177

六、部分三相交流电基本常识 178

阅读材料思考题 180

第四篇 物理光学 183

第十三章 光的干涉 183

13.1光的相干性 183

13.2分波面双光束干涉 184

一、杨氏双缝干涉实验 184

二、劳埃德镜 186

13.3分振幅薄膜干涉 187

一、光程 187

二、透镜不引起附加的光程差 188

三、分振幅薄膜干涉 188

四、劈尖和牛顿环 190

13.4迈克耳孙干涉仪 193

13.5光的干涉现象的应用 195

一、全息照相 195

二、利用干涉现象检查光学器件的表面 197

思考题 197

习题 197

第十四章 光的衍射 199

14.1光的衍射 199

14.2惠更斯-菲涅耳原理 201

14.3夫琅禾费衍射 201

14.4光学仪器的分辨本领 205

14.5光栅衍射和光栅光谱 207

14.6 X射线衍射 213

思考题 215

习题 215

第十五章 光的偏振 217

15.1光的偏振状态 217

一、自然光 217

二、完全偏振光 218

三、部分偏振光 219

15.2线偏振光的获得和检验 220

15.3反射光和折射光的偏振 221

15.4双折射现象 223

15.5椭圆偏振光和圆偏振光 228

15.6偏振光的应用 230

一、立体电影和立体电视 230

二、偏振片在摄影中的应用举例 231

思考题 231

习题 232

阅读材料 233

一、光学发展简史 233

二、光子计算机简介 236

阅读材料思考题 237

第五篇 近代物理基础 242

第十六章 狭义相对论 242

16.1伽利略变换式 绝对时空观 242

一、伽利略变换式 242

二、经典力学的绝对时空观 244

16.2狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 244

一、狭义相对论的基本原理 244

二、洛伦兹变换式 245

三、相对论速度变换公式 247

16.3狭义相对论的时空观 248

一、同时的相对性 248

二、洛伦兹收缩 250

三、时间延缓 251

16.4相对论性动量和能量 252

一、动量与速度的关系 252

二、狭义相对论力学的基本方程 254

三、质量与能量的关系 254

四、动量与能量的关系 256

思考题 257

习题 258

阅读材料 259

爱因斯坦的科学思想和方法 259

阅读材料思考题 261

参考文献 261

第十七章 量子物理学 262

17.1经典力学遇到的困难 262

一、黑体辐射 262

二、光电效应 264

三、原子的线状光谱及稳定性 265

17.2普朗克-爱因斯坦的光量子论 267

17.3康普顿效应 270

17.4德布罗意的物质波 273

17.5玻尔的氢原子理论 274

一、氢原子的光谱规律 275

二、氢原子的玻尔理论 275

17.6量子力学的建立 278

17.7波函数及概率解释 279

17.8不确定关系 281

17.9薛定谔方程 283

17.10一维无限深势阱 286

17.11一维方势垒 隧道效应 扫描隧穿电子显微镜 288

一、一维方势垒 288

二、隧道效应 289

17.12氢原子的量子理论 291

一、能量量子化和主量子数 292

二、角动量量子化和角量子数 292

三、空间量子化和磁量子数 292

17.13电子自旋：施特恩-格拉赫实验 293

17.14泡利不相容原理、原子的壳层结构及元素周期表 295

一、泡利不相容原理 295

二、原子的壳层结构、元素周期表 296

17.15激光 298

一、物质与光相互作用的规律 298

二、粒子数反转 300

三、激光的特点 301

四、激光的应用 302

17.16半导体及晶体管 303

一、固体的能带理论 303

二、本征半导体和杂质半导体 305

三、PN结 305

四、晶体三极管 307

五、晶体管的发明及意义 309

17.17超导电性 311

思考题 313

习题 313

阅读材料 314

一、诺贝尔物理学奖离我们很近 314

二、数码相机小常识 316

三、量子计算机简介 318

阅读材料思考题 319

参考文献 319