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第11章 静电场 1

11.1电荷及其相互作用 1

11.1.1电荷 1

11. 1. 2电荷守恒定律 2

11. 1. 3电荷的量子性 2

11.1.4电荷的相对论不变性 2

11. 1.5库仑定律 2

11. 2电场 电场强度 3

11.2. 1电场 3

11.2.2利用场强叠加原理解电场问题 5

11. 3电场线 电通量 8

11. 3. 1电场线 8

11.3.2电通量 8

11.4高斯定理 10

11.4.1高斯定理 10

11.4.2高斯定理应用举例 11

11. 5静电场的环路定理 电势能 14

11. 5. 1静电力的功 15

11. 5. 2电势能 电势 16

11. 5. 3电势的计算 17

11.6等势面 场强与电势的关系 20

11. 6. 1等势面 20

11. 6.2场强与电势关系 21

11.7静电场中的电偶极子 23

11. 7. 1外电场对电偶极子的力矩和取向作用 23

11.7.2电偶极子在电场中的电势能和平衡位置 23

习题 23

第12章 静电场中的导体和电介质 26

12. 1静电场中的导体 26

12.1.1导体的静电平衡条件 26

12. 1. 2静电平衡时导体上的电荷分布 27

12. 1. 3静电屏蔽 29

12. 2电容电电容器 30

12. 2. 1孤立导体的电容 30

12. 2. 2电容器 31

12.2.3几种常见电容器电容的计算 31

12.3静电场中的电介质 33

12. 3. 1电介质的电极化 33

12. 3.2电极化的微观机理 33

12.4电介质中的电场 高斯定理 电位移 35

12. 4. 1电介质中的电场 35

12.4.2有介质时的高斯定理 35

12. 5电场的能量 38

12. 5. 1带电电容器的能量 38

12. 5. 2电场的能量 39

习题 41

专题D大气电场 44

第13章 电流和稳恒磁场 49

13. 1 恒恒定电流条件和导电规律 49

13.1.1电流强度和电流密度 49

13. 1.2电流密度 49

13. 1.3电流的连续性方程 稳恒电流 50

13. 1.4稳恒电场的建立 51

13. 1. 5欧姆定律的微分形式 52

13. 1. 6电功率和焦耳定律 53

13.2磁感应强度 磁场对电流的作用 53

13. 2. 1基本磁现象 53

13. 2.2安培定律 毕奥-萨伐尔定律 55

13. 2.3磁感强度B的定义 56

13. 2.4毕奥-萨伐尔定律的应用 56

13. 3磁场的基本特征 59

13. 3. 1磁感线 磁通量& 5 9

13. 3. 2磁场的高斯定理 60

13. 3. 3磁场的安培环路定理 61

13.4磁场对运动电荷的作用 63

13.4. 1带电粒子在磁场中的运动 63

13.4.2磁场对载流导线的作用 66

13. 5磁介质的磁化 69

13. 5. 1顺磁性和抗磁性 69

13. 5. 2原子中电子的磁矩 69

13. 5. 3磁化强度和磁化电流 70

13. 5. 4介质中的磁场 72

习题 74

专题E晴天大气电导率、体电荷和电流 77

第14章 电磁感应 83

14.1电磁感应的基本定律 83

14. 1. 1电磁感应现象 83

14. 1. 2楞次定律 84

14.1.3法拉第电磁感应定律 84

14. 2动生电动势 85

14. 2. 1动生电动势 86

14.2.2洛伦兹力传递能量不做功 86

14.3感生电动势 涡旋电场 涡旋电流 88

14. 3. 1涡旋电场 88

14.3.2感生电动势 88

14. 3. 3涡电流 89

14. 4自感应与互感应 90

14. 4. 1自感应 90

14. 4.2互感应 91

14. 5磁场能量 磁场能量密度 94

14.6位移电流 电磁场理论 96

14.6. 1问题的提出 96

14. 6.2位移电流的提出 96

14. 6. 3全电流安培环路定律 97

14. 6.4麦克斯韦方程组 98

14.6. 5电磁场的物质性 99

习题 100

第15章 几何光学 103

15. 1 几何光学的基本定律 103

15. 1. 1光波与光线 103

15. 1. 2 几何光学的基本定律 104

15. 2球面反射的成像公式 106

15. 3球面镜成像的作图法 107

15.4球面镜的横向放大率 108

15. 5球面折射成像 109

15. 6薄透镜 111

15. 6.1傍轴光线条件下的薄透镜物像公式 111

15. 6.2薄透镜焦点和焦距 112

15. 6.3薄透镜成像的作图法 113

15. 7光学仪器 114

15. 7. 1眼睛 115

15. 7. 2放大镜 115

15. 7. 3显微镜 116

15. 7. 4望远镜 117

习题 117

第16章 光的干涉 119

16.1光源 光的单色性和光的相干性 119

16. 1. 1光源 119

16. 1. 2光的单色性 119

16. 1. 3光的相干性 120

16. 2双缝干涉 121

16. 2. 1杨氏双缝干涉 121

16. 2.2菲涅耳双面镜实验 125

16. 2. 3劳埃德镜实验 126

16. 2. 4干涉条纹可见度 127

16. 3光程与光程差 127

16. 3. 1光程 127

16. 3. 2光程差 127

16. 3. 3薄透镜不引起附加光程差 128

16.4薄膜干涉 128

16.4. 1薄膜干涉 128

16. 4. 2等倾干涉（膜为平行平面） 130

16.4. 3等厚干涉（膜的上下两个表面不平行） 132

16.4. 4干涉仪 135

习题 137

第17章 光的衍射 139

17. 1光的衍射现象 惠更斯-菲涅耳原理 139

17. 1. 1光的衍射现象 139

17.1.2惠更斯-菲涅耳原理 139

17. 1. 3衍射的分类 140

17.2单缝的夫琅禾费衍射 140

17. 2. 1单缝的夫琅禾费衍射 140

17.2.2光强的计算-振幅矢量法 143

17.3圆孔衍射 光学仪器的分辨率 146

17. 3. 1圆孔的夫琅禾费衍射 146

17. 3. 2光学仪器的分辨率 147

17.4平面衍射光栅 148

17.4. 1平面衍射光栅 148

17.4.2光栅衍射条纹的形成 149

17.4. 3光栅光谱 152

17.4.4光线斜入射时的光栅方程、相控阵雷达 154

17. 5 X射线的衍射 156

17. 5. 1布拉格方程 156

习题 157

第18章 光的偏振 159

18. 1自然光和偏振光 马吕斯定律 159

18.1.1自然光 159

18. 1.2线偏振光 部分偏振光 160

18. 1.3圆偏振光和椭圆偏振光 160

18. 1. 4 偏振片的起偏和检偏 160

18. 1. 5马吕斯定律 162

18. 2反射和折射时光的偏振 164

18. 2. 1布儒斯特定律 164

18.2.2玻璃堆法（获得偏振光方法） 165

18. 3光的双折射 167

18.3. 1光的双折射现象 167

18.3.2惠更斯原理在双折射中的应用 168

18. 3. 3尼科耳棱镜 169

18.3.4二向色性 170

18.4偏振光的干涉及应用 170

18. 4. 1偏振光的干涉 170

18. 5光的吸收 色散和散射 171

18. 5. 1光的吸收 171

18.5.2光的色散 172

18. 5. 3光的散射 173

习题 174

专题F大气散射的基本理论与现象 175

第19章 早期量子论和量子力学基础 180

19. 1热辐射 普朗克的量子假说 180

19. 1. 1热辐射 180

19. 1.2基尔霍夫辐射定律 180

19. 1.3黑体辐射实验定律 181

19. 1.4普朗克能量子假说 普朗克公式 183

19. 2光电效应 爱因斯坦的光子理论 187

19. 2. 1光电效应的实验规律 187

19. 2.2光的波动说的缺陷 188

19.2. 3爱因斯坦光子理论（1905年） 188

19. 3康普顿效应 190

19.3.1康普顿实验 190

19. 3. 2康普顿效应的量子解释 191

19.4氢原子光谱 玻尔的氢原子理论 193

19. 4. 1氢原子光谱的实验规律 193

19.4. 2玻尔的氢原子理论 196

19. 5德布罗意波 波粒二象性 199

19. 5. 1德布罗意波 199

19. 5.2戴维孙-革末实验 199

19.5.3微观粒子的波粒二象性 200

19. 6不确定度关系 204

19. 7波函数 薛定谔方程 206

19. 7. 1波函数及其统计解释 206

19. 7. 2薛定谔方程 207

19. 8势阱中的粒子 209

19. 8. 1一维无限深势阱 209

19.8.2维方势垒 隧道效应 212

19. 8. 3一维谐振子 214

19. 9氢原子的量子理论 215

19. 9. 1氢原子的定态薛定谔方程 215

19.9.2量子化条件和量子数 216

19.9.3基态径向波函数和电子分布概率 217

19. 10电子的自旋 原子的电子壳层结构 218

19.10. 1施特恩一格拉赫实验 218

19.10.2电子的自旋 219

19. 10. 3原子的壳层结构 220

习题 222

第20章 固体和激光的量子理论简介 224

20. 1晶体 224

20. 1. 1关于晶体的基本概念和方法 224

20. 1.2一些晶格的实例 224

20. 1.3确定晶格的常用方法——X射线衍射 225

20.2晶体的结合类型 226

20.3能带 227

20. 3. 1电子共有化 227

20. 3.2能带的形成 228

20. 3. 3金属的自由电子模型 229

20. 3. 4满带、导带和禁带 230

20. 3. 5导体、半导体和绝缘体 231

20.4半导体 232

20.4. 1本征半导体与杂质半导体 232

20. 4. 2 pn结 233

20. 4. 3半导体的光敏与热敏特性 234

20. 5超导电性 235

20. 5. 1超导现象与发展简史 235

20. 5. 2超导体的特性 236

20. 5.3 BCS理论简介 238

20.5.4超导电性的应用前景 238

20. 6团簇和纳米材料 239

20. 6. 1团簇或纳米材料 239

20. 6.2纳米粒子的性质 239

20. 6. 3纳米技术的应用及其前景 241

20. 7激光 245

20. 7. 1自发辐射与受激辐射 246

20. 7.2产生激光的基本条件 246

20. 7. 3激光的特性和应用 249

习题 249

第21章 核物理与粒子物理简介 251

21. 1原子核的基本性质 251

21. 1. 1原子核的成分与电荷 251

21. 1.2原子核的大小与密度 251

21. 1. 3原子核的自旋和磁矩 252

21. 1.4核磁共振 253

21.2原子核的结合能和核力 254

21.2. 1原子核的质量亏损和结合能 254

21. 2. 2核力 255

21. 3原子核的衰变 256

21. 3. 1 αβ和γ衰变 256

21.3.2放射性衰变定律 258

21.3.3放射性强度 258

21. 4 粒子物理 259

21. 4. 1粒子的性质 260

21. 4.2粒子间的相互作用 261

21.4. 3夸克模型 262

习题 264

部分习题参考答案 265

参考文献 271

附录 常用物理基本常数 272