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第11章 气体动理论 1

11.1温度和理想气体的物态方程 1

11.1.1热力学系统 平衡态 状态参量 1

11.1.2温度 热力学第零定律 温标 3

11.1.3气体的三条实验定律 4

11.1.4理想气体物态方程 5

11.1.5实际气体的物态方程 6

11.2理想气体压强 温度的微观意义 8

11.2.1理想气体的微观模型 8

11.2.2理想气体的压强 9

11.2.3温度的微观意义 11

11.3能量均分定理 理想气体的内能 12

11.3.1自由度 12

11.3.2能量均分定理 14

11.3.3理想气体的内能 15

11.4麦克斯韦速率分布律 17

11.4.1速率分布函数 17

11.4.2麦克斯韦速率分布律 18

11.4.3三种统计速率 19

11.5气体的输运现象 分子的碰撞 23

11.5.1分子的平均碰撞频率 23

11.5.2平均自由程 24

11.5.3黏性现象 25

11.5.4热传导现象 26

11.5.5扩散现象 27

思考题 29

习题 30

知识窗口5等离子体物理 32

第12章 热力学基础 36

12.1热力学第一定律 36

12.1.1准静态过程 36

12.1.2功 热量 内能 37

12.1.3热力学第一定律 39

12.1.4摩尔热容 40

12.2典型的热力学过程 41

12.2.1等体过程 摩尔定容热容 41

12.2.2等压过程 摩尔定压热容 42

12.2.3等温过程 44

12.2.4绝热过程 44

12.2.5多方过程 45

12.3循环过程和卡诺循环 48

12.3.1循环过程 48

12.3.2热机效率 48

12.3.3制冷系数 50

12.3.4卡诺循环 50

12.4热力学第二定律 55

12.4.1热力学第二定律 55

12.4.2可逆过程与不可逆过程 56

12.4.3热力学第二定律的实质 57

12.4.4卡诺定理 58

12.5熵和熵增加原理 58

12.5.1熵 58

12.5.2熵变的计算 61

12.5.3熵增加原理 62

12.5.4玻耳兹曼熵关系式 62

12.5.5热力学第二定律的统计意义 63

思考题 64

习题 65

第13章 静电场 68

13.1电荷守恒定律 库仑定律 68

13.1.1电荷 电荷的量子化 68

13.1.2电荷守恒定律 69

13.1.3库仑定律 69

13.2电场强度 高斯定理 71

13.2.1电场强度 场强叠加原理 71

13.2.2高斯定理 77

13.2.3高斯定理的应用举例 80

13.3静电场的环路定理 电势 84

13.3.1电场力做功 静电场的环路定理 84

13.3.2电势 电势叠加原理 86

13.3.3电场强度和电势梯度的关系 89

13.4静电场中的导体 95

13.4.1导体的静电平衡 95

13.4.2静电平衡时导体上的电荷分布 98

13.5静电场中的电介质 103

13.5.1电介质的极化 103

13.5.2有电介质时的高斯定理和环路定理 105

13.6电容器 静电场的能量 108

13.6.1电容器的电容 108

13.6.2电容器的连接 110

13.6.3静电场的能量 111

思考题 113

习题 114

第14章 恒定磁场 118

14.1恒定电流 118

14.1.1电流 电流密度 118

14.1.2欧姆定律及其微分形式 120

14.2磁感应强度 毕奥-萨伐尔定律 121

14.2.1磁感应强度 121

14.2.2毕奥-萨伐尔定律 磁场叠加原理 122

14.3恒定磁场的高斯定理和安培环路定理 128

14.3.1恒定磁场的高斯定理 128

14.3.2安培环路定理 130

14.3.3安培环路定理应用举例 131

14.4磁场对运动电荷和载流导体的作用 134

14.4.1磁场对运动电荷的作用 134

14.4.2磁场对载流导体的作用 137

14.4.3磁场对载流线圈的作用 139

14.5磁介质 140

14.5.1磁介质 磁化强度 141

14.5.2有磁介质时的高斯定理和安培环路定理 143

14.5.3铁磁质 148

14.5.4超导体的电磁性质 151

思考题 152

习题 154

知识窗口6超导科技 159

第15章 电磁感应 电磁场 163

15.1电磁感应定律 163

15.1.1电磁感应现象 163

15.1.2法拉第电磁感应定律 165

15.1.3楞次定律 168

15.2动生电动势和感生电动势 170

15.2.1动生电动势 170

15.2.2感生电动势 感生电场 172

15.3自感和互感 磁场的能量 177

15.3.1自感 177

15.3.2互感 179

15.3.3磁场的能量 182

15.4电磁场 183

15.4.1位移电流 183

15.4.2麦克斯韦方程组 187

15.4.3电磁场的物质性 188

15.4.4电磁波的产生及基本性质 190

思考题 191

习题 192

第16章 量子物理基础 195

16.1玻尔的氢原子理论 195

16.1.1卢瑟福散射 195

16.1.2玻尔的氢原子理论 197

16.1.3玻尔理论的实验验证 200

16.2原子中的电子 202

16.2.1电子的自旋 202

16.2.2泡利原理 203

16.2.3原子的壳层结构 203

16.2.4碱金属原子 交换对称性 204

16.3薛定谔方程 206

16.3.1不确定关系 206

16.3.2波函数 207

16.3.3薛定谔方程 209

16.4薛定谔方程的应用举例 210

16.4.1一维无限深势阱 210

16.4.2一维势垒 212

16.4.3一维谐振子 213

思考题 214

习题 214

知识窗口7激光 215

第17章 固体物理简介 220

17.1晶体 220

17.1.1晶体的宏观特征 220

17.1.2晶体的微观结构 221

17.2晶体中粒子的结合力和结合能 226

17.2.1晶体中粒子的结合力 226

17.2.2晶体中粒子的结合能 230

17.3固体中的电子 233

17.3.1自由电子的能量分布 233

17.3.2金属导电的量子解释 239

17.4能带、导体和绝缘体 240

17.4.1能带 240

17.4.2导体 243

17.4.3绝缘体 243

17.4.4分子的振动能级和转动能级 243

17.5半导体 245

17.5.1半导体 245

17.5.2 pn结 247

17.5.3半导体器件 249

思考题 251

习题 251

第18章 核物理与粒子物理 253

18.1原子核的一般性质 253

18.1.1原子核的构成 253

18.1.2原子核的大小 255

18.1.3原子核的自旋和磁矩 257

18.2核力 原子核的结合能 258

18.2.1核力 258

18.2.2原子核的结合能 259

18.3原子核的放射性和衰变规律 260

18.3.1原子核的放射性 260

18.3.2放射性衰变规律 263

18.4原子核的裂变与聚变 265

18.4.1原子核的裂变 265

18.4.2原子核的聚变 266

18.5粒子及其分类 268

18.5.1基本粒子 268

18.5.2粒子的分类 270

18.6守恒定律 272

18.6.1重子数和轻子数守恒 272

18.6.2同位旋和奇异数守恒 273

18.6.3宇称守恒 274

18.7基本相互作用与标准模型 274

18.7.1基本相互作用 274

18.7.2夸克 276

18.7.3标准模型 277

思考题 279

习题 279

第19章 天体物理与宇宙学 280

19.1天体物理基础 280

19.1.1恒星的演化 281

19.1.2白矮星 283

19.1.3中子星 284

19.1.4黑洞 285

19.2广义相对论简介 287

19.2.1广义相对论的基本原理 287

19.2.2广义相对论的实验检验 289

19.3宇宙学简介 290

19.3.1宇宙膨胀 290

19.3.2.大爆炸理论 292

19.3.3宇宙背景辐射 294

思考题 296

知识窗口8介观物理 297

附录A 数学基础 300

附录B 21世纪100个科学难题 319

习题参考答案 323

参考文献 331