第四篇 电磁学（磁学部分及电磁场理论） 2
第11章 恒定电流 2
11.1 电流和电阻 2
11.1.1 电流 电流密度矢量 2
11.1.2 电流的微观模型 电阻率 4
11.2 电流的连续性方程 恒定条件 9
11.3 电源及其电动势 10
11.3.1 非静电力 10
11.3.2 电动势 11
11.4 电功率与电路 12
11.4.1 电功率 12
11.4.2 电路 13
思考题 14
习题 15
第12章 恒定磁场 16
12.1 基本磁现象 16
12.2 磁场 磁感应强度 17
12.3 毕奥-萨伐尔定律 20
12.3.1 毕奥-萨伐尔定律 20
12.3.2 应用 21
12.4 运动电荷的磁场 24
12.5 磁场的高斯定理 25
12.5.1 磁感应线 25
12.5.2 磁通量 26
12.5.3 磁场的高斯定理 27
12.6 安培环路定理 28
12.6.1 安培环路定理 28
12.6.2 安培环路定理的应用 30
12.7 带电粒子在磁场中的运动 33
12.7.1 带电粒子在均匀磁场中的运动规律 33
12.7.2 应用 35
12.8 载流导线在磁场中的受力 40
12.8.1 载流导线在磁场中的受力安培定律 40
12.8.2 电流单位安培的定义 41
12.8.3 闭合载流线圈在均匀磁场中受力、力矩及其应用 42
12.9 应用拓展 46
12.9.1 磁约束——托卡马克装置 46
12.9.2 电磁炮 48
思考题 49
习题 50
第13章 电磁感应 53
13.1 电磁感应的基本定律 53
13.1.1 电磁感应现象的发现 53
13.1.2 楞次定律 56
13.1.3 法拉第电磁感应定律 56
13.1.4 感应电动势的指向 57
13.1.5 其他相关问题 58
13.2 在磁场中运动的导体内的感应电动势——动生电动势 60
13.2.1 动生电动势 60
13.2.2 用洛伦兹力解释动生电动势 60
13.2.3 计算动生电动势的公式 61
13.2.4 洛伦兹力不做功 61
13.3 感生电动势与感生电场 65
13.3.1 问题的提出 65
13.3.2 感生电场与感生电动势 66
13.3.3 电子感应加速器 68
13.4 涡电流 69
13.4.1 涡电流 69
13.4.2 涡电流的有效利用 69
13.5 自感应与自感 72
13.5.1 自感现象 72
13.5.2 自感与自感电动势 72
13.6 互感应与互感 74
13.6.1 互感现象 74
13.6.2 互感与互感电动势 75
13.6.3 变压器 78
13.7 磁场的能量 80
13.7.1 自感磁能 80
13.7.2 磁能密度 81
13.7.3 互感磁能 83
13.8 应用拓展——水力发电、火力发电及风力发电 84
13.8.1 水力发电 85
13.8.2 火力发电 86
13.8.3 风力发电 88
思考题 90
习题 91
第14章 物质的磁性 95
14.1 磁介质的磁化与磁介质的分类 95
14.1.1 磁介质及其磁化 95
14.1.2 磁介质的分类 96
14.2 磁化强度 磁化电流 97
14.2.1 分子电流假说 97
14.2.2 分子磁矩——顺磁性 98
14.2.3 附加磁矩△m——抗磁性 99
14.2.4 磁化强度 99
14.2.5 磁化电流 100
14.3 用磁场强度表示的安培环路定理 101
14.3.1 磁场强度 用磁场强度表示的安培环路定理 101
14.3.2 磁场强度、磁感应强度、磁化强度之间的关系 102
14.4 铁磁质 103
14.4.1 铁磁质的磁化规律——磁滞回线 104
14.4.2 铁磁质的分类 105
14.4.3 铁磁质的磁化机理 106
14.5 磁路 108
14.5.1 磁路 108
14.5.2 磁路的欧姆定律 108
14.5.3 磁路与电路的类比 109
14.6 2007年诺贝尔物理学奖简介——巨磁电阻效应 110
14.6.1 2007年诺贝尔物理学奖 110
14.6.2 巨磁矩效应 111
14.7 地磁场 112
14.8 拓展阅读——磁记录与磁记录材料 114
14.8.1 磁记录 115
14.8.2 磁记录方式 116
14.8.3 磁记录材料 116
14.8.4 磁记录与日常生活 119
14.8.5 磁记录展望 120
思考题 121
习题 121
第15章 麦克斯韦方程组 电磁场与电磁波 123
15.1 麦克斯韦电磁场理论 125
15.1.1 涡旋电场假说 125
15.1.2 位移电流假说 126
15.1.3 麦克斯韦-安培环路定理 129
15.2 麦克斯韦方程组 130
15.2.1 普遍情况下的高斯定理 130
15.2.2 麦克斯韦方程组 131
15.2.3 电磁场的边界条件 132
15.3 电磁场与电磁波 133
15.3.1 电磁场与电磁波 133
15.3.2 电磁振荡 无阻尼自由电磁振荡方程 133
15.3.3 电磁辐射 136
15.3.4 平面电磁波 137
15.3.5 电磁场的能量 坡印廷矢量 138
15.4 赫兹实验 电磁波谱 140
15.4.1 赫兹实验 140
15.4.2 电磁波谱 145
15.5 应用拓展——雷达原理及应用 146
15.5.1 雷达分类 146
15.5.2 雷达的工作原理 148
15.5.3 雷达应用举例 151
思考题 153
习题 154
第五篇 波动光学 158
引言 158
第16章 光的干涉 160
16.1 光是电磁波 光源 160
16.1.1 光的电磁特性 160
16.1.2 光源 161
16.2 光的相干性 光程 162
16.2.1 相干光 162
16.2.2 光程与光程差 163
16.2.3 相干光的获得 164
16.3 杨氏双缝实验 164
16.3.1 杨氏双缝实验 165
16.3.2 菲涅耳双面镜实验 167
16.3.3 劳埃德镜实验 168
16.4 薄膜干涉 169
16.4.1 平行薄膜的干涉 169
16.4.2 薄膜干涉的应用 增透膜和增反膜 171
16.5 劈尖干涉 牛顿环 173
16.5.1 劈尖干涉 173
16.5.2 牛顿环 176
16.6 迈克耳孙干涉仪 177
16.6.1 干涉仪结构及分析 177
16.6.2 干涉图样的讨论 178
16.7 应用拓展——干涉理论实际应用 180
16.7.1 干涉法测量微小量 180
16.7.2 OCT光学相干断层扫描技术 181
16.7.3 迈克耳孙干涉仪的应用 181
思考题 182
习题 183
第17章 光的衍射 185
17.1 光的衍射现象 185
17.2 惠更斯-菲涅耳原理 186
17.2.1 惠更斯-菲涅耳原理 186
17.2.2 菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射 187
17.3 单缝的夫琅禾费衍射 188
17.3.1 衍射装置和现象 188
17.3.2 单缝衍射图样分析 188
17.3.3 分析与讨论 190
17.4 圆孔的夫琅禾费衍射 光学仪器分辨率 191
17.5 光栅衍射 194
17.5.1 光栅 194
17.5.2 光栅衍射条纹的形成 195
17.5.3 光栅衍射的讨论 196
17.6 X射线的衍射 198
17.6.1 X射线 199
17.6.2 劳厄实验 199
17.6.3 布拉格方程 199
17.7 应用拓展——衍射理论实际应用 200
17.7.1 全息技术 200
17.7.2 光谱仪 201
17.7.3 光学信息处理 201
思考题 202
习题 203
第18章 光的偏振 205
18.1 光的偏振态 起偏与检偏 205
18.1.1 光的偏振态 205
18.1.2 起偏与检偏 206
18.2 马吕斯定律 207
18.3 反射和折射时光的偏振 209
18.3.1 反射起偏 布儒斯特定律 209
18.3.2 折射起偏 玻璃堆 210
18.4 光的双折射 211
18.4.1 双折射现象 211
18.4.2 晶体的有关概念 211
18.4.3 惠更斯原理在双折射中的应用 212
18.4.4 晶体双折射应用 213
18.5 偏振光的干涉及应用 214
18.5.1 波片 214
18.5.2 偏振光的干涉及应用 215
18.6 应用拓展——偏振理论实际应用 217
18.6.1 立体电影 217
18.6.2 摄影用偏光镜 217
18.6.3 偏光显微镜 218
思考题 219
习题 219
第六篇 近代物理学 222
引言 222
第19章 狭义相对论 224
19.1 相对性原理 224
19.1.1 牛顿力学满足相对性原理 224
19.1.2 伽利略变换 225
19.1.3 电磁学规律“不”满足相对性原理 227
19.2 迈克耳孙-莫雷实验 228
19.3 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 230
19.3.1 物理学面临的困境 230
19.3.2 狭义相对论的基本原理 231
19.3.3 洛伦兹变换 232
19.3.4 洛伦兹速度变换 232
19.4 狭义相对论时空观 233
19.4.1 时间延缓 234
19.4.2 长度收缩 235
19.4.3 同时性的相对性 236
19.4.4 一般情形下的时空 237
19.5 相对论动力学 237
19.5.1 相对论的动量、质量 238
19.5.2 狭义相对论力学的基本方程 238
19.5.3 质量与能量的关系 239
19.5.4 动量与能量的关系 240
19.6 质能相当关系在核物理方面的应用 241
19.6.1 原子核的结合能 241
19.6.2 重核裂变 242
19.6.3 热核聚变 244
19.7 应用拓展 245
19.7.1 辐射的利用与危害 245
19.7.2 宇宙大爆炸理论 247
思考题 248
习题 249
第20章 光的量子性 252
20.1 热辐射 252
20.1.1 热辐射现象 252
20.1.2 绝对黑体 基尔霍夫辐射定律 253
20.2 黑体辐射实验及理论困难普朗克的能量量子假设 255
20.2.1 黑体辐射实验定律 255
20.2.2 经典理论对黑体辐射的解释 256
20.2.3 普朗克的能量量子假说普朗克黑体辐射公式 257
20.3 光电效应 259
20.3.1 光电效应的实验规律 259
20.3.2 爱因斯坦的光子假说与光电效应的解释 261
20.3.3 光的波粒二象性 263
20.4 康普顿效应 264
20.4.1 实验现象 264
20.4.2 康普顿效应的理论解释 265
20.5 原子概念发展的历史 原子结构 267
20.5.1 早期的原子理论 267
20.5.2 支持原子理论的实验证据 267
20.5.3 物质的原子结构 269
20.5.4 卢瑟福原子模型 271
20.6 玻尔氢原子理论 272
20.6.1 原子光谱及其规律 272
20.6.2 玻尔氢原子理论 275
20.6.3 玻尔理论的局限和意义 277
20.7 弗兰克-赫兹实验 277
20.8 应用拓展——钠元素的黄光之谜 279
思考题 280
习题 281
第21章 量子物理学基础 283
21.1 德布罗意波 实物粒子的波粒二象性 283
21.1.1 德布罗意假说 284
21.1.2 德布罗意波的实验证实 285
21.1.3 电子波动性的实际应用 286
21.2 海森伯不确定关系 287
21.3 波函数及其统计学诠释 薛定谔方程 291
21.3.1 物质波波函数及其统计学诠释 291
21.3.2 薛定谔方程 292
21.4 一维定态薛定谔方程的应用 296
21.4.1 一维无限深势阱问题 296
21.4.2 一维势垒 隧道效应 298
21.5 氢原子结构 301
21.5.1 氢原子的薛定谔方程 301
21.5.2 三个量子数 302
21.6 空间量子化的进一步讨论：空间量子化实验验证 施特恩-格拉赫实验 307
21.6.1 电子的轨道磁矩 307
21.6.2 空间量子化的表现 308
21.6.3 施特恩-格拉赫实验 309
21.7 电子的自旋 原子的壳层结构 310
21.7.1 电子自旋 310
21.7.2 原子的壳层结构 311
21.7.3 能量最低原理 312
21.8 应用拓展——电子隧道效应的应用 313
思考题 315
习题 316
附录1 参考文献 319
附录2 基本天文数据 320
附录3 数学基础——矢量 321
附录4 级数展开和近似公式 323
附录5 基本积分公式 324