第12章 真空中的静电场 1
12.1 电荷守恒定律 库仑定律 1
12.1.1 电荷 电荷的量子化 1
12.1.2 电荷守恒定律 2
12.1.3 库仑定律 2
12.2 电场强度 电场强度叠加原理 4
12.2.1 电场 4
12.2. 2电场强度 电场强度叠加原理 4
12.2.3 电场强度的计算 5
12.3 静电场的高斯定理 10
12.3.1 电场线 电通量 10
12.3.2 静电场的高斯定理 12
12.3.3 高斯定理的应用举例 14
12.4 静电场的环路定理 17
12.4.1 电场力做功 17
12.4.2 静电场的环路定理 18
12.4.3 电势能 19
12.5 电势 电势叠加原理 20
12.5.1 电势 电势叠加原理 20
12.5.2 电势差 21
12.5.3 电势的计算 21
12.6 电场强度和电势梯度的关系 23
12.6.1 等势面 23
12.6.2 电势梯度 24
12.6.3 电场强度和电势梯度的关系 25
小结 28
思考题 30
习题 30
物理学家简介 高斯 34
附录12A 闪电 36
第13章 静电场中的导体和电介质 38
13.1 静电场中的导体 38
13.1.1 导体的静电平衡 38
13.1.2 静电平衡时导体上的电荷分布 40
13.1.3 静电屏蔽 42
13.2 静电场中的电介质 44
13.2.1 电介质 44
13.2.2 电介质的极化 45
13.2.3 电极化强度 46
13.2.4 电极化强度与极化电荷的关系 47
13.2.5 有电介质时的静电场 49
13.3 有电介质时的高斯定理和环路定理 51
13.3.1 有电介质时的高斯定理 电位移 51
13.3.2 有电介质时的高斯定理的应用举例 53
13.3.3 有电介质时的环路定理 56
13.3.4 静电场的边界条件 57
13.4 电容器 58
13.4.1 电容器及其电容 58
13.4.2 电容器电容的计算 59
13.4.3 电容器的联接 61
13.5 静电场的能量 63
13.5.1 电容器的静电能 63
13.5.2 静电场的能量 63
小结 66
思考题 68
习题 68
物理学家简介 欧姆 72
附录13A 生物电现象 73
第14章 真空中的恒定磁场 76
14.1 恒定电流 76
14.1.1 电流和电流密度 76
14.1.2 连续性方程和恒定条件 77
14.2 恒定电路 78
14.2.1 简单电路 78
14.2.2 复杂电路 81
14.2.3 无源二端线性网络等值电阻计算法 83
14.3 磁感应强度 毕奥－萨伐尔定律 86
14.3.1 磁场 磁感应强度 86
14.3.2 毕奥-萨伐尔定律 磁感应强度叠加原理 88
14.3.3 磁感应强度的计算 88
14.3.4 运动电荷的磁场 磁矩 91
14.4 恒定磁场的高斯定理和安培环路定理 92
14.4.1 磁感应线 磁通量 92
14.4.2 恒定磁场的高斯定理 93
14.4.3 恒定磁场的安培环路定理 93
14.4.4 安培环路定理的应用举例 94
14.5 磁场对运动电荷的作用 96
14.5.1 磁场对运动电荷的作用 洛伦兹力 96
14.5.2 带电粒子在均匀磁场中的运动 97
14.5.3 带电粒子在非均匀磁场中的运动 98
14.5.4 带电粒子在电场和磁场中的运动 99
14.5.5 霍尔效应 99
14.6 磁场对载流导线和载流线圈的作用 101
14.6.1 磁场对载流导线的作用 安培定律 101
14.6.2 电流单位“安培”的定义 102
14.6.3 磁场对载流线圈的作用 磁力矩 103
14.6.4 磁场力的功 104
小结 105
思考题 106
习题 107
物理学家简介 安培 110
第15章 恒定磁场中的磁介质 113
15.1 物质的磁性 113
15.1.1 磁介质 113
15.1.2 顺磁质和抗磁质的磁化 114
15.1.3 磁化强度 115
15.1.4 磁化电流 115
15.2 有磁介质时的安培环路定理和高斯定理 116
15.2.1 有磁介质时的安培环路定理磁场强度 116
15.2.2 有磁介质时安培环路定理的应用举例 117
15.2.3 有磁介质时的高斯定理 119
15.2.4 磁场的边界条件 119
15.3 铁磁质 120
15.3.1 磁畴 121
15.3.2 磁化曲线 122
15.3.3 磁滞回线 122
15.4 超导体的电磁性质 123
小结 124
思考题 125
习题 126
物理学家简介 费曼 127
第16章 电磁感应和电磁场 130
16.1 电磁感应定律 130
16.1.1 电磁感应现象 130
16.1.2 楞次定律 131
16.1.3 法拉第电磁感应定律 132
16.2 动生电动势和感生电动势 135
16.2.1 动生电动势 135
16.2.2 感生电动势 137
16.2.3 感生电场 137
16.2.4 涡流 140
16.3 自感和互感 140
16.3.1 自感 140
16.3.2 互感 142
16.4 磁场的能量 144
16.4.1 自感磁能 144
16.4.2 磁场的能量 145
16.5 电磁场和电磁波 146
16.5.1 位移电流 全电流安培环路定理 146
16.5.2 麦克斯韦方程组 148
16.5.3 电磁场的物质性和绝对性 电磁场量的相对性 149
16.5.4 电磁波的产生及其基本性质 150
16.5.5 电磁波谱 152
16.6 交流电路 153
16.6.1 简谐交流电 153
16.6.2 简单交流电路的解法 154
16.6.3 交流电的功率 156
16.6.4 三相交流电 157
16.7 暂态过程 谐振电路 160
16.7.1 RL电路的暂态过程 160
16.7.2 RC电路的暂态过程 160
16.7.3 LC谐振电路 161
小结 162
思考题 163
习题 163
物理学家简介 法拉第 165
第17章 几何光学 168
17.1 几何光学的基本定律 168
17.1.1 光的直线传播定律 168
17.1.2 光的反射定律 169
17.1.3 光的折射定律 169
17.2 光在平面上的反射和折射 170
17.2.1 光在平面上的反射成像 170
17.2.2 光在平面上的折射成像 171
17.2.3 全反射 173
17.3 光在球面上的反射和折射 174
17.3.1 符号法则 174
17.3.2 光在球面上的反射成像 175
17.3.3 光在球面上的折射成像 176
17.4 薄透镜 178
17.4.1 薄透镜的成像公式 179
17.4.2 薄透镜的横向放大率 181
17.4.3 薄透镜的作图求像法 181
17.5 光学仪器 182
17.5.1 人的眼睛 182
17.5.2 放大镜 183
17.5.3 显微镜 184
17.5.4 望远镜 185
17.5.5 照相机 186
小结 187
思考题 188
习题 189
物理学家简介 狄拉克 189
第18章 光的干涉 192
18.1 光的干涉现象 192
18.1.1 光源 192
18.1.2 光的相干性 192
18.1.3 干涉的分类 193
18.1.4 光程 光程差 194
18.2 杨氏双缝干涉 197
18.2.1 杨氏双缝干涉的实验装置 197
18.2.2 明暗条纹的位置和条纹间距 197
18.2.3 杨氏双缝干涉图样的特点 199
18.2.4 劳埃德镜 199
18.3 薄膜干涉——等倾干涉 200
18.3.1 等倾干涉条纹 200
18.3.2 增透膜和增反膜 202
18.4 薄膜干涉——等厚干涉 203
18.4.1 劈尖 203
18.4.2 牛顿环 204
18.5 迈克耳孙干涉仪 207
18.6 光的空间相干性和时间相干性 208
18.6.1 光的空间相干性 209
18.6.2 光的时间相干性 210
小结 211
思考题 213
习题 213
物理学家简介 托马斯·杨 215
第19章 光的衍射 217
19.1 光的衍射现象 217
19.1.1 光的衍射现象 217
19.1.2 惠更斯－菲涅耳原理 218
19.1.3 衍射的分类 218
19.2 夫琅禾费单缝衍射 219
19.2.1 单缝衍射的实验装置 219
19.2.2 单缝衍射的光强分布 219
19.2.3 单缝衍射图样的特点 221
19.3 夫琅禾费圆孔衍射 223
19.3.1 夫琅禾费圆孔衍射 223
19.3.2 光学仪器的分辨本领 223
19.4 光栅衍射 225
19.4.1 衍射光栅 225
19.4.2 光栅方程 226
19.4.3 谱线的缺级 227
19.4.4 衍射光谱 227
19.5 晶体的X射线衍射 229
19.5.1 晶格点阵 X射线 229
19.5.2 布拉格方程 229
19.5.3 劳厄相和德拜相 230
小结 230
思考题 232
习题 232
物理学家简介 菲涅耳 233
第20章 光的偏振 235
20.1 光的偏振现象 235
20.1.1 光的偏振性与五种偏振态 235
20.1.2 自然光与线偏振光 235
20.1.3 部分偏振光 236
20.2 马吕斯定律 237
20.2.1 起偏和检偏 237
20.2.2 马吕斯定律 238
20.3 反射光和折射光的偏振 239
20.3.1 反射起偏 239
20.3.2 布儒斯特定律 240
20.3.3 透射起偏 240
20.4 光的双折射现象 240
20.4.1 双折射现象 240
20.4.2 光轴与主平面 241
20.4.3 o光和e光的相对光强 241
20.4.4 波片 242
20.5 偏振光的干涉 243
20.5.1 偏振光干涉的实验装置 243
20.5.2 线偏振光干涉的强度分布 244
20.5.3 显色偏振 245
20.5.4 会聚偏振光的干涉 245
20.6 人工双折射和旋光现象 246
20.6.1 电光效应 246
20.6.2 光弹性效应 247
20.6.3 旋光现象 248
20.7 光与物质的相互作用 248
20.7.1 光的吸收 249
20.7.2 光的散射 249
20.7.3 光的色散 250
小结 251
思考题 252
习题 253
物理学家简介 海森伯 255
第21章 物质的本性 257
21.1 热辐射 黑体 257
21.1.1 热辐射 257
21.1.2 黑体 258
21.2 黑体的经典辐射定律 258
21.2.1 基尔霍夫定律 258
21.2.2 斯忒藩－玻耳兹曼定律 259
21.2.3 维恩位移定律 260
21.2.4 维恩公式和瑞利－金斯公式 260
21.3 普朗克的能量子假说和黑体辐射公式 261
21.3.1 普朗克的能量子假说 261
21.3.2 黑体辐射公式 261
21.4 光电效应 262
21.4.1 光电效应 262
21.4.2 爱因斯坦的光量子理论 264
21.4.3 光的本性 264
21.5 康普顿散射 266
21.5.1 康普顿散射的实验结果 266
21.5.2 康普顿散射的理论解释 267
21.5.3 光电效应与康普顿散射的关系 268
21.6 物质的本性 269
21.6.1 德布罗意波的假设 269
21.6.2 德布罗意波的实验证明 270
21.6.3 物质的本性 271
小结 272
思考题 273
习题 273
物理学家简介 德布罗意 274
第22章 量子物理基础 276
22.1 玻尔的氢原子理论 276
22.1.1 卢瑟福散射 276
22.1.2 玻尔的氢原子理论 277
22.1.3 玻尔理论的实验验证 279
22.2 原子中的电子 281
22.2.1 电子的自旋 281
22.2.2 泡利原理 282
22.2.3 原子的壳层结构 282
22.2.4 碱金属原子 交换对称性 283
22.3 激光 284
22.3.1 激光原理 284
22.3.2 激光器 286
22.3.3 激光的特性和应用 288
22.3.4 激光冷却与原子囚禁 288
22.4 薛定谔方程 289
22.4.1 波函数及其概率解释 289
22.4.2 不确定关系 291
22.4.3 薛定谔方程 292
22.5 薛定谔方程的应用举例 293
22.5.1 一维无限深势阱 293
22.5.2 一维势垒 295
22.5.3 一维谐振子 295
小结 296
思考题 297
习题 298
物理学家简介 尼尔斯·玻尔 299
第23章 固体物理简介 301
23.1 晶体 301
23.1.1 晶体的宏观特征 301
23.1.2 晶体的微观结构 302
23.2 晶体中粒子的结合力和结合能 305
23.2.1 晶体中粒子的结合力 305
23.2.2 晶体中粒子的结合能 307
23.3 固体中的电子 309
23.3.1 自由电子的能量分布 309
23.3.2 金属导电的量子解释 313
23.4 能带、导体和绝缘体 314
23.4.1 能带 314
23.4.2 导体 315
23.4.3 绝缘体 316
23.4.4 分子的转动能级和振动能级 316
23.5 半导体 317
23.5.1 半导体 317
23.5.2 pn结 318
23.5.3 半导体器件 319
小结 320
思考题 321
习题 322
物理学家简介 薛定谔 323
附录23A 美丽而神秘的晶体 324
第24章 核物理与粒子物理 328
24.1 原子核的一般性质 328
24.1.1 原子核的构成 328
24.1.2 原子核的大小 330
24.1.3 原子核的自旋和磁矩 330
24.2 核力 原子核的结合能 331
24.2.1 核力 331
24.2.2 原子核的结合能 332
24.3 原子核的放射性和衰变规律 333
24.3.1 原子核的放射性 333
24.3.2 放射性衰变规律 334
24.4 原子核的裂变与聚变 336
24.4.1 原子核的裂变 336
24.4.2 原子核的聚变 337
24.5 粒子及其分类 338
24.5.1 基本粒子 338
24.5.2 粒子的分类 339
24.6 守恒定律 340
24.6.1 重子数和轻子数守恒 340
24.6.2 同位旋和奇异数守恒 341
24.6.3 宇称守恒 341
24.7 基本相互作用与标准模型 342
24.7.1 基本相互作用 342
24.7.2 夸克 343
24.7.3 标准模型 344
小结 345
思考题 346
习题 346
物理学家简介 卢瑟福 347
第25章 天体物理与字宙学 350
25.1 天体物理基础 350
25.1.1 恒星的演化 350
25.1.2 白矮星 352
25.1.3 中子星 352
25.1.4 黑洞 353
25.2 广义相对论简介 354
25.2.1 广义相对性原理 354
25.2.2 广义相对论的等效原理 355
25.2.3 弯曲时空和光线引力偏折 355
25.2.4 引力红移 356
25.2.5 引力辐射 356
25.3 宇宙学简介 356
25.3.1 宇宙膨胀 357
25.3.2 大爆炸理论 357
25.3.3 宇宙背景辐射 359
小结 360
思考题 361
物理学家简介 史蒂芬·霍金 361
第26章 现代科学与高新技术的物理基础专题 364
26.1 介观物理 364
26.1.1 介观物理的特征长度和基本概念 364
26.1.2 介观物理中的Landauer-Bü-ttiker公式 366
26.1.3 Aharonov-Bohm振荡 368
26.1.4 普适电导涨落 368
26.1.5 弹道输运 369
26.1.6 库仑阻塞 370
26.1.7 近藤效应 371
26.2 等离子体物理 373
26.2.1 等离子体与等离子体物理 373
26.2.2 等离子体的基本特征和重要参量 374
26.2.3 等离子体物理发展简史 377
26.2.4 受控热核聚变 377
26.3 ZnO基材料的压电、铁电、介电与多铁性质 380
26.3.1 ZnO概述 380
26.3.2 ZnO的制备工艺 381
26.3.3 ZnO的铁电性质 382
26.3.4 ZnO的压电性质 383
26.3.5 ZnO的介电性质 383
26.3.6 ZnO的多铁性质 384
26.3.7 结论与展望 384
26.4 超导科技 385
26.4.1 超导体概述 385
26.4.2 超导体的种类 386
26.4.3 超导体的应用 389
26.5 光信息存储 391
26.5.1 光信息存储概述 391
26.5.2 光信息存储原理与特点 392
26.5.3 光信息存储的前景 393
26.6 非线性光学 394
26.6.1 非线性光学概述 394
26.6.2 非线性光学的原理 394
26.6.3 常见的非线性光学现象 395
26.7 纳米科技 398
26.7.1 纳米科技概述 398
26.7.2 纳米科技的研究领域 400
26.7.3 纳米科技前景的展望 402
26.8 团簇中的弱相互作用 403
26.8.1 弱相互作用团簇 403
26.8.2 国内外在该方向的研究现状 405
26.8.3 理论研究方法 405
26.9 太阳能电池 406
26.9.1 太阳能电池概述 406
26.9.2 太阳能电池的原理 407
26.9.3 太阳辐射及光谱 408
26.9.4 常见的太阳能电池材料 409
26.10 核电 413
26.10.1 核电概述 413
26.10.2 核能和平利用的历程 414
26.10.3 核电站原理与分类 414
26.10.4 世界上典型的商用核电站 415
26.10.5 中国已建、在建和筹建的核电站 418
26.11 六方YMnO3多铁性薄膜 420
26.11.1 多铁材料概述 420
26.11.2 六方YMnO3的结构特征 421
26.11.3 六方YMnO3薄膜的制备工艺 421
26.11.4 六方YMnO3薄膜的电学性质 423
26.11.5 六方YMnO3薄膜的反铁磁性与磁电耦合 425
26.11.6 结论与展望 425
26.12 第三代宽带隙半导体材料SiC 427
26.12.1 SiC半导体材料与应用 427
26.12.2 SiC的结构和性质 428
26.12.3 SiC单晶制备进展 430
26.12.4 主要SiC器件 432
26.12.5 SiC薄膜制备 434
附录 443
附录A 历届诺贝尔物理学奖获得者 443
附录B 21世纪100个科学难题 449
习题参考答案 452
关键词索引 464
参考文献 477