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第Ⅳ篇 电磁学 3

第9章 静电场 3

9.1 电荷及其相互作用 3

一、带电与不带电 4

二、电荷的量子化“夸克禁闭” 4

三、起电 电荷守恒定律 4

四、点电荷间的相互作用规律 5

9.2 从力的观点描述电场的物质性——电场强度E 7

一、电场强度E 7

二、电场强度叠加原理 7

三、电场线 8

四、电场强度的计算方法 9

9.3 静电场的高斯定理 17

一、电场强度通量Φe 17

二、静电场高斯定理 19

三、运用高斯定理计算E的思路和方法 21

9.4 从功能观点描述电场的物质性——电势V 24

一、静电场力做功的特性 24

二、电势V 26

三、静电场的环路定理 27

四、电势的计算方法 27

五、等势面 30

六、电场强度和电势的关系 电势梯度 31

9.5 静电场中的导体 32

一、静电感应与静电平衡 32

二、表面电荷的分布特性 尖端放电 33

三、静电屏蔽 36

课间小憩 等电势与高压带电作业 38

9.6 静电场中的电介质 42

一、电介质的极化机理 43

课间小憩 微波炉的加热原理 44

二、电介质中的电场强度 45

三、有电介质时的电场基本定理 46

物理之窗 新型智能材料——电流变液 48

9.7 导体的电容 电场能量 49

一、孤立导体的电容 50

二、电容器 50

三、电容器的串、并联 53

9.8 电场能量 55

课间小憩 导电性塑料 58

内容提要 59

练习9静电场 62

第10章 恒定磁场 72

10.1 恒定电流的基本概念 73

一、电流的形成 73

二、电流密度 73

三、欧姆定律的微分形式 74

四、电源电动势 75

10.2 磁场 76

一、磁现象 76

二、激发磁场的场源 77

三、从力的观点描述磁场的物质性——磁感强度B 79

课间小憩 地磁场 81

10.3 电流激发磁场的基本规律 83

一、传导电流激发磁场的规律 83

二、运动电荷产生的磁场 86

10.4 表述磁场性质的两条定理 88

一、磁场的高斯定理 88

二、安培环路定理 89

10.5 磁场对运动电荷和载流导线的作用 93

一、带电粒子在磁场中的运动 94

二、霍耳效应 96

课间小憩 磁流体发电机 98

三、磁场对载流导线的作用 安培定律 99

四、磁场对载流线圈的作用 磁力矩 102

五、磁力（磁力矩）的功 103

趣味物理 电磁轨道炮 104

10.6 磁介质对磁场的影响 106

一、磁介质的分类 106

二、磁介质的磁化 107

三、介质中的安培环路定理 107

四、铁磁质 109

内容提要 111

练习10恒定磁场 112

第11章 电磁感应及电磁场 122

11.1 电磁感应的实验研究 122

一、实验现象观察 123

二、实验结果分析 124

11.2 电磁感应的基本定律 125

一、法拉第电磁感应定律 125

物理学家M.法拉第 127

二、楞次定律 130

11.3 动生电动势 131

11.4 感生电动势 134

一、感应电场 感生电动势 134

二、涡电流 137

11.5 互感与自感 140

一、互感 140

二、自感 143

11.6 磁场的能量 145

物理之窗 阿尔法磁谱仪 148

11.7 麦克斯韦电磁场理论 149

一、位移电流 150

二、全电流安培环路定理 152

物理学家J.麦克斯韦 154

三、麦克斯韦方程组 155

11.8 电磁波 157

一、电磁波的理论预见 157

二、赫兹实验 158

三、电磁波的基本性质 159

四、坡印廷矢量S 160

五、电磁波谱 161

课间小憩 红外技术 162

内容提要 164

练习11电磁感应及电磁场 166

第Ⅴ篇 热学 177

第12章 热运动的统计描述 177

12.1 热现象与热运动 177

一、热现象 177

课间小憩 壮观的“和平”号“流星雨” 178

二、热现象的宏观规律 179

三、分子热运动的物理图像 180

12.2 统计规律 183

一、统计规律的概念 183

二、生活中的统计规律 184

三、统计规律的描述 185

四、统计规律的特点 188

12.3 理想气体物态方程 189

一、平衡态与状态参量 189

二、理想气体物态方程 190

课间小憩 真实气体的范德瓦耳斯方程 191

12.4 压强和温度的微观意义 192

一、理想气体的微观模型 192

二、压强的微观本质 193

三、温度的微观本质 195

趣味物理 方均根速率与大气成分 197

12.5 理想气体的内能 198

一、运动自由度 198

二、能量按自由度均分定理 199

三、理想气体的内能 200

12.6 麦克斯韦速率分布律 201

一、分子速率分布的实验测定 201

二、麦克斯韦速率分布律 203

三、三种统计速率 206

课间小憩 飞行高度计的设计原理 207

12.7 平均自由程与碰撞频率 208

内容提要 210

练习12热运动的统计描述 211

第13章 热力学 216

13.1 准静态过程 216

一、准静态过程 217

二、准静态过程的功 218

三、热量Q 220

13.2 热力学第一定律 220

一、等体过程 221

二、等压过程 222

三、等温过程 225

四、绝热过程 226

五、多方过程 228

物理之窗 液体气体——焦耳-汤姆孙效应 229

13.3 循环过程 230

一、循环过程的一般概念 231

二、卡诺循环 234

13.4 热力学第二定律 238

一、自然过程的不可逆性 238

二、热力学第二定律及其微观意义 239

13.5 熵与熵增加原理 240

一、宏观态与微观态 241

二、热力学概率与熵 243

三、熵增加原理 243

物理学家L.玻耳兹曼 244

内容提要 245

练习13热力学 247

第Ⅵ篇 近代物理 255

第14章 相对论 255

14.1 狭义相对论的两条基本原理和洛伦兹变换 255

一、狭义相对论的基本原理 256

二、洛伦兹变换 257

物理学家A.爱因斯坦 260

14.2 相对论时空观 262

一、同时性的相对性 262

二、时间度量的相对性 时间膨胀 264

趣味物理 孪生子效应 266

三、空间度量的相对性 长度收缩 267

四、两种时空观 269

14.3 相对论动力学 270

一、相对论性动量 270

二、相对论运动方程 272

三、质量和能量的关系 272

物理之窗 质能关系与核能利用 275

四、动量和能量的关系 277

14.4 广义相对论简介 278

一、广义相对论的两条基本原理 278

二、广义相对论的预言和验证 279

内容提要 281

练习14相对论 282

第15章 光的量子性 286

15.1 普朗克量子论 286

一、黑体辐射 286

二、普朗克量子论 288

物理学家M.普朗克 290

15.2 爱因斯坦的光子学说 291

一、光电效应的实验规律 291

二、爱因斯坦的光子学说 293

三、运用光子学说对光电效应规律的诠释 293

四、光的波粒二象性 294

15.3 康普顿效应 297

一、康普顿散射实验 297

二、光子学说对康普顿效应的诠释 298

15.4 玻尔氢原子理论 301

一、氢原子光谱规律 301

二、玻尔氢原子理论 302

物理学家N.玻尔 306

内容提要 308

练习15 光的量子性 310

第16章 量子力学引论 313

16.1 实物粒子的波粒二象性 314

一、德布罗意波 314

物理学家L.德布罗意 315

二、物质波的实验验证 316

趣味物理 德布罗意波与玻尔的量子条件 319

16.2 不确定关系 320

物理学家W.海森伯 322

16.3 物质波波函数的统计解释 324

一、波函数 324

二、玻恩对物质波的统计解释 325

16.4 薛定谔方程 326

一、自由粒子的薛定谔方程 326

二、保守力场（势场）中粒子的一维定态薛定谔方程 327

16.5 薛定谔方程的应用 328

一、一维无限深方势阱 328

趣味物理 量子隧道效应 331

二、氢原子的量子力学描述 332

16.6 多电子原子中的电子分布 336

一、施特恩-格拉赫实验 电子自旋 336

二、四个量子数 337

三、多电子原子的壳层结构 338

内容提要 339

练习16量子力学引论 341

第17章 量子理论的应用 344

17.1 激光 344

一、激光的形成机理 344

二、激光器的结构 347

三、激光器件 349

课间小憩 我国第一台激光器 350

物理前沿 自由电子激光 352

四、激光的特性与应用 353

17.2 固体的能带理论 354

一、固体的能带 354

二、导体、半导体和绝缘体的能带结构 357

三、半导体的导电机理 359

四、半导体器件 362

课间小憩 改变世界的蓝光LED 363

内容提要 364

练习17量子理论的应用 365

附录 367

附录Ⅰ 基本物理常量及有关数据的计算用值 367

附录Ⅱ 希腊字母表 368

附录Ⅲ 常用数学公式 368

一、平面三角 368

二、初等代数 369

三、初等几何 370

四、矢量 370

五、微积分 370

六、曲率概念 371

参考文献 372