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第3篇 电磁学 3

第10章 静电场 3

10.1 近代对电的认识的发展 3

10.2 库仑定律 7

10.2.1 平方反比关系的提出 7

10.2.2 卡文迪什的论证 7

10.2.3 库仑扭秤实验 8

10.2.4 叠加原理 9

10.3 电场 电场强度 9

10.3.1 超距作用与近距作用之争 9

10.3.2 电场强度的定义 10

10.3.3 电场强度叠加原理 11

10.3.4 场强的计算 11

10.4 高斯定理 14

10.4.1 电场线 14

10.4.2 电通量 15

10.4.3 高斯定理的表述和证明 16

10.5 高斯定理的应用 18

10.5.1 利用高斯定理求静电场的分布 18

10.5.2 求解有导体存在时的电场和电荷分布 20

10.5.3 电场线性质的证明 22

10.6 电势 22

10.6.1 静电场的环路定理 22

10.6.2 电势差和电势 24

10.6.3 电势叠加原理 26

10.7 电场的能量 27

10.7.1 电容器 27

10.7.2 电容器的静电能 28

10.7.3 电场的能量 29

思考题 30

习题 31

第11章 磁场 33

11.1 稳恒电流 电动势 33

11.1.1 电流 电流密度 33

11.1.2 电流的连续方程 稳恒条件 34

11.1.3 欧姆定律 34

11.1.4 电动势 35

11.2 磁场 磁感应强度 36

11.2.1 电流磁效应的发现 36

11.2.2 磁场 39

11.2.3 磁感应强度 40

11.3 毕奥－萨伐尔定律 40

11.3.1 毕奥－萨伐尔定律的发现 40

11.3.2 运动电荷的磁场 41

11.3.3 毕奥－萨伐尔定律的应用 42

11.4 磁通量 磁场的“高斯定理” 45

11.4.1 磁感应线 45

11.4.2 磁通量 46

11.4.3 磁场的“高斯定理” 46

11.5 安培环路定理 47

11.5.1 安培环路定理的表述和证明 47

11.5.2 安培环路定理应用举例 48

11.6 磁场对运动电荷的作用 50

11.6.1 洛伦兹力 50

11.6.2 带电粒子在均匀磁场中的运动 51

11.6.3 质谱仪 52

11.6.4 回旋加速器 53

11.6.5 非均匀磁场的磁约束 54

11.7 磁场对载流导线的作用 55

11.7.1 安培力 55

11.7.2 平行无限长直电流间的相互作用力 56

11.7.3 载流线圈在均匀磁场中所受的力矩 57

思考题 58

习题 59

第12章 电磁感应和电磁场 62

12.1 电磁感应定律的建立 62

12.1.1 电磁感应现象的发现 62

12.1.2 法拉第的科学思想方法 64

12.1.3 亨利和楞次的贡献 65

12.1.4 法拉第电磁感应定律 66

12.2 动生电动势和感生电动势 68

12.2.1 动生电动势 68

12.2.2 感生电动势 感生电场 70

12.3 互感与自感 72

12.3.1 互感 72

12.3.2 自感 73

12.4 自感磁能与磁场能量 74

12.4.1 自感磁能 74

12.4.2 磁场的能量 75

12.5 位移电流 76

12.6 麦克斯韦电磁场理论的建立 79

12.6.1 法拉第观念的数学表示 80

12.6.2 场的概念与电磁场方程组 81

12.6.3 麦克斯韦的科学思想方法 82

12.7 电磁波 83

12.7.1 赫兹实验 83

12.7.2 电磁波的性质 86

12.7.3 光的电磁理论 86

12.7.4 电磁波谱 87

思考题 89

习题 90

第4篇 光学 95

第13章 光的干涉 95

13.1 近代对光的本性认识的发展 95

13.1.1 微粒说与波动说之争 95

13.1.2 波动理论的确立及实验证明 98

13.2 相干光源 光程 102

13.2.1 光源发光与相干光源 102

13.2.2 光程 103

13.3 分波阵面的双光束干涉 105

13.3.1 杨氏双缝干涉实验 105

13.3.2 其他分波阵面的干涉实验 107

13.4 分振幅的双光束干涉 等厚条纹 108

13.4.1 劈形膜的等厚干涉条纹 109

13.4.2 牛顿环 110

13.4.3 增透膜 111

13.4.4 迈克耳孙干涉仪 112

思考题 113

习题 113

第14章 光的衍射 116

14.1 光的衍射现象和惠更斯－菲涅耳原理 116

14.1.1 光的衍射现象 116

14.1.2 惠更斯－菲涅耳原理 117

14.2 单缝的夫琅禾费衍射 117

14.3 光栅衍射 119

14.3.1 多缝的夫琅禾费衍射 119

14.3.2 光栅光谱 122

14.4 光学仪器的分辨本领 123

14.4.1 光学仪器的最小分辨角 123

14.4.2 显微镜的最小分辨距离 124

14.5 X射线的衍射 125

14.5.1 X射线的发现 125

14.5.2 X射线衍射的布拉格公式 126

14.5.3 X射线衍射分析的原理和方法 128

14.5.4 DNA纤维的X射线衍射分析 132

14.6 全息照相 137

14.6.1 全息照片的拍摄 137

14.6.2 全息图像的观察 138

14.6.3 全息照相的特点 139

14.6.4 全息的应用 140

思考题 140

习题 141

第15章 光的偏振 143

15.1 光的偏振状态 143

15.1.1 自然光 143

15.1.2 偏振光 144

15.2 偏振光的产生 145

15.2.1 起偏和检偏 145

15.2.2 反射和折射时光的偏振 146

15.3 光在晶体中的传播 双折射 147

15.3.1 双折射 147

15.3.2 单轴晶体中光的传播 惠更斯作图法 148

15.3.3 偏振棱镜 150

15.4 波晶片 椭圆偏振光和圆偏振光 150

15.4.1 波晶片 150

15.4.2 线偏振光通过各种波片后偏振状态的变化 151

思考题 153

习题 153

第5篇 原子物理学 157

第16章 量子假说与玻尔的氢原子理论 157

16.1 黑体辐射和普朗克的量子假说 157

16.1.1 热辐射的实验定律 157

16.1.2 黑体辐射的经典公式 159

16.1.3 普朗克的黑体辐射公式 160

16.1.4 普朗克对新生量子的态度 162

16.1.5 启示与教益 163

16.2 光电效应与爱因斯坦的光子假说 164

16.2.1 光电效应的发现 164

16.2.2 光电效应的实验规律 165

16.2.3 光的波动说遇到的困难 166

16.2.4 爱因斯坦的光量子假说 166

16.2.5 光的波粒二象性 168

16.3 康普顿散射 169

16.3.1 实验规律 169

16.3.2 量子解释 170

16.4 原子模型 173

16.4.1 汤姆孙的原子模型 174

16.4.2 卢瑟福的原子模型 174

16.5 氢光谱的实验规律 175

16.6 玻尔氢原子理论的建立 178

16.6.1 接受卢瑟福原子模型 178

16.6.2 分立定态概念的形成 179

16.6.3 玻尔的基本假设 180

16.6.4 氢原子的能级和光谱 181

16.6.5 玻尔理论的成功和缺陷 184

思考题 187

习题 188

第17章 量子力学的基本概念与基本原理 190

17.1 德布罗意的物质波假说 190

17.1.1 物质波概念的提出 190

17.1.2 物质波理论的应用 192

17.1.3 物质波思想的影响及实验验证 193

17.2 概率波 196

17.2.1 波粒二重性佯谬 196

17.2.2 玻恩的统计解释 197

17.2.3 电子双缝干涉实验 198

17.3 不确定关系 200

17.3.1 不确定关系的提出 200

17.3.2 不确定关系的物理解释 203

17.3.3 应用举例 204

17.4 关于量子力学完备性的争论 205

17.4.1 量子力学的概率解释之争 205

17.4.2 爱因斯坦的光子盒 206

17.5 薛定谔方程的提出 208

17.5.1 物理思想背景 208

17.5.2 波函数 210

17.5.3 定态薛定谔方程 211

17.5.4 薛定谔的科学思想及其理论的影响 212

17.6 薛定谔方程应用举例 213

17.6.1 势阱中的粒子 213

17.6.2 势垒和隧道效应 214

17.6.3 谐振子 216

17.7 量子力学对氢原子的描述 217

17.7.1 波函数 217

17.7.2 能量和角动量 218

17.7.3 电子被发现的概率的分布 220

17.8 电子自旋和四个量子数 221

17.8.1 电子的自旋 221

17.8.2 四个量子数 224

思考题 225

习题 225

第18章 原子、分子结构与化学键 227

18.1 原子的壳层结构 227

18.1.1 泡利不相容原理 227

18.1.2 电子壳层的填充 228

18.1.3 原子的电子层结构与元素周期表 229

18.1.4 原子结构与元素性质变化的周期性 230

18.2 离子键 232

18.2.1 离子键的形成 232

18.2.2 离子键的特征 233

18.3 共价键分子 234

18.3.1 氢分子离子H2+ 234

18.3.2 氢分子H2 237

18.3.3 共价键的类型、特点和键参数 238

18.3.4 杂化轨道理论 241

18.4 氢键和分子晶体 243

18.4.1 氢键 243

18.4.2 氢键型分子晶体 244

18.5 纳米科技 245

18.5.1 纳米科技概述 246

18.5.2 纳米技术的工具和手段 246

18.5.3 纳米技术的应用前景 247

18.6 激光 250

18.6.1 激光诞生的历程 250

18.6.2 自发辐射、受激辐射和受激吸收 252

18.6.3 粒子数布居反转 254

18.6.4 光学谐振腔 256

18.6.5 激光的特性及其应用 258

思考题 258

习题 259

第19章 原子核 261

19.1 原子核的组成 261

19.1.1 早期的设想 261

19.1.2 中子的发现 262

19.1.3 原子核的组成 263

19.2 原子核的结合能 263

19.2.1 核质量 263

19.2.2 结合能 264

19.3 核力 266

19.3.1 核力的性质 266

19.3.2 核力的介子理论 268

19.4 放射性衰变的规律 270

19.4.1 指数衰变律 270

19.4.2 半衰期 270

19.4.3 平均寿命 271

19.4.4 放射性活度 271

19.5 α衰变 272

19.5.1 α衰变的表示式 272

19.5.2 α衰变的条件 272

19.5.3 α衰变能与核能级图 273

19.5.4 α衰变的机制 275

19.6 β衰变 275

19.6.1 面临的难题 276

19.6.2 中微子假设及其证实 277

19.6.3 β-衰变的表示式和衰变能 278

19.7 γ衰变 278

19.8 核反应 279

19.8.1 核反应的能量 279

19.8.2 反应截面 280

19.9 重核裂变和核能 281

19.9.1 核裂变的发现 281

19.9.2 核裂变的过程及条件 282

19.9.3 核裂变能量的利用 284

19.10 轻核聚变和核能 287

19.10.1 轻核聚变的过程和条件 287

19.10.2 热核聚变的几种约束形式 288

思考题 289

习题 290

第20章 基本粒子 292

20.1 基本力和基本粒子 292

20.1.1 四种相互作用力 292

20.1.2 基本粒子的分类 293

20.2 强子的夸克模型 295

20.2.1 夸克模型的确立 296

20.2.2 c夸克的发现 296

20.2.3 b夸克和t夸克的发现 298

20.3 夸克间的相互作用 300

20.3.1 夸克的“颜色” 300

20.3.2 色是强作用的根源 301

20.4 弱作用中的对称性破缺 302

20.4.1 空间反演不变性和宇称守恒 302

20.4.2 弱作用中宇称不守恒的发现 304

20.4.3 C,T变换下的对称性破缺 306

20.4.4 不对称性的来源 307

思考题 310

习题 310

附表 311

附表1 原子的电子层结构 311

附表2 元素周期表 314

附表3 能量转换因子 315

附表4 希腊字母 315

习题答案 316

参考文献 322