下册 324
第四篇 电磁学 324
第10章 真空中的静电场 324
10.1 静电场的基本现象和基本规律 325
10.1.1 摩擦起电和两种电荷 325
10.1.2 静电感应和电荷守恒定律 325
10.1.3 物质的电结构以及导体、绝缘体和半导体 326
10.2 真空中的库仑定律 327
10.2.1 电荷和库仑定律 327
10.2.2 静电场力的叠加原理 329
10.2.3 应用库仑定律解题的步骤 332
10.3 静电场和电场强度 333
10.3.1 静电场 333
10.3.2 电场强度矢量 333
10.3.3 场强叠加原理 336
10.4 电场线、电通量和高斯定理 341
10.4.1 电场线 341
10.4.2 电通量 343
10.4.3 静电场的高斯定理 344
10.4.4 高斯定理的应用 347
10.4.5 应用高斯定理求场强分布的几点说明 351
10.5 静电场力所做的功、电势能、电势差和电势 352
10.5.1 静电场力所做的功 352
10.5.2 电势能 354
10.5.3 电势差 355
10.5.4 电势 356
10.5.5 电场力所做的功和电势差的关系 356
10.5.6 电势叠加原理和电势的计算 358
10.6 等势面以及场强与电势的关系 362
10.6.1 等势面 362
10.6.2 电势与场强的微分关系 363
10.7 带电粒子在静电场中受到的力及其运动 366
10.7.1 电偶极子在电场中受到的力与力矩 366
10.7.2 带电粒子在匀强电场中的运动 366
本章内容简介（英文） 368
习题10 370
第11章 静电场中的导体和电介质 377
11.1 静电场中的导体 377
11.1.1 金属导体微观结构的特征 377
11.1.2 导体的静电平衡条件 377
11.1.3 导体处于静电平衡时的性质 378
11.1.4 导体面电荷密度和场强的关系 379
11.1.5 导体空腔的电荷分布（导体壳） 382
11.2 静电场中的电介质 384
11.2.1 电介质的极化及微观机制 384
11.2.2 极化强度矢量和极化电荷的关系 386
11.2.3 电位移矢量和有电介质时的高斯定理 388
11.3 电容器和电容 392
11.3.1 孤立导体的电容 392
11.3.2 电容器和电容器的电容 393
11.3.3 电容器电容的计算 394
11.3.4 电介质对电容器电容的影响 396
11.3.5 电容器的串联和并联 397
11.4 静电场的能量 400
11.4.1 点电荷系的相互作用能 400
11.4.2 电荷连续分布的带电体系的静电能 401
11.4.3 电容器的静电能 402
11.4.4 电场的能量和能量密度 403
本章内容简介（英文） 407
习题11 409
静电场检测题 414
第12章 稳恒电流 418
12.1 电流和电流密度 418
12.1.1 电流的形成 418
12.1.2 电流 418
12.1.3 电流密度 419
12.1.4 稳恒电流和电场 420
12.2 一段不含源电路的欧姆定律 420
12.2.1 欧姆定律和电阻 420
12.2.2 电阻定律和电阻率 421
12.2.3 欧姆定律的微分形式 423
12.2.4 金属导电的经典电子理论 423
12.3 电流的功、功率和焦耳定律 425
12.3.1 电流的功和功率 425
12.3.2 焦耳定律 426
12.4 电阻的串联和并联 426
12.4.1 电阻的串联 426
12.4.2 电阻的并联 427
12.4.3 分压电路和分流电路 427
12.5 电源和电动势 428
12.5.1 电源 428
12.5.2 电动势 429
12.6 闭合电路和一段含源电路的欧姆定律 430
12.6.1 闭合电路的欧姆定律 430
12.6.2 一段含源电路的欧姆定律 431
12.7 基尔霍夫定律 432
12.7.1 基尔霍夫第一定律 432
12.7.2 基尔霍夫第二定律 433
本章内容简介（英文） 436
习题12 438
第13章 真空中稳恒电流的磁场 440
13.1 基本的磁现象 440
13.1.1 早期对磁现象的认识 440
13.1.2 磁场 442
13.2 磁感应强度、磁感应线、磁通量和磁场中的高斯定理 443
13.2.1 磁感应强度 443
13.2.2 磁感应线 444
13.2.3 磁感应通量 445
13.2.4 磁场的高斯定理 446
13.3 毕奥—萨伐尔—拉普拉斯定律 448
13.3.1 毕奥—萨伐尔—拉普拉斯定律 448
13.3.2 磁场叠加原理 448
13.3.3 关于毕奥—萨伐尔—拉普拉斯定律的几点说明 449
13.3.4 毕奥—萨伐尔—拉普拉斯定律的应用 449
13.4 安培环路定理及其应用 454
13.4.1 安培环路定理 454
13.4.2 安培环路定理的证明 455
13.4.3 安培环路定理的应用 456
13.5 运动电荷的磁场 460
13.6 磁场对电流的作用 461
13.6.1 安培定律 461
13.6.2 两无限长直载流导线间的作用力 464
13.6.3 载流线圈在磁场中所受的力和力矩 465
13.7 带电粒子在磁场中的运动 466
13.7.1 洛仑兹力 467
13.7.2 带电粒子在均匀磁场中的运动 468
13.7.3 带电粒子在均匀电场和均匀磁场中的运动 469
本章内容简介（英文） 472
习题13 474
第14章 磁介质 482
14.1 磁介质的磁化和磁导率 482
14.1.1 磁场中磁介质的磁化 482
14.1.2 磁介质的磁导率 482
14.1.3 磁介质的分类 483
14.1.4 磁介质磁化的微观机制 483
14.1.5 磁化强度矢量 485
14.1.6 磁化强度与分子电流的关系 485
14.2 磁场强度矢量、有磁介质时的安培环路定理和高斯定理 486
14.3 磁介质的磁化规律以及磁化率与磁导率 488
14.4 铁磁质 489
14.4.1 铁磁质的一般特性 489
14.4.2 铁磁质的磁化规律 489
14.4.3 铁磁质的分类和应用 491
14.4.4 铁磁性的起因 493
本章内容简介（英文） 495
习题14 497
第15章 电磁感应 500
15.1 法拉第电磁感应定律 500
15.1.1 电磁感应现象 500
15.1.2 法拉第电磁感应定律 502
15.1.3 楞次定律 503
15.2 动生电动势和交流发电机原理 506
15.2.1 动生电动势和洛仑兹力 506
15.2.2 动生电动势的计算 507
15.3 感生电动势和涡旋电场 511
15.3.1 感生电动势和涡旋电场 511
15.3.2 感生电动势的计算 512
15.4 自感和互感 515
15.4.1 自感现象及其实验观察 515
15.4.2 自感系数和自感电动势 516
15.4.3 互感现象和互感系数 517
15.5 自感磁能和互感磁能 520
15.5.1 自感磁能 520
15.5.2 互感磁能 521
15.5.3 磁场的能量 522
15.6 位移电流和麦克斯韦方程组 523
15.6.1 静电场、静磁场的基本方程 524
15.6.2 涡旋电场所满足的方程 525
15.6.3 位移电流 525
15.6.4 麦克斯韦方程组的积分形式 529
15.6.5 麦克斯韦方程组的微分形式 531
15.6.6 麦克斯韦方程组的意义 532
本章内容简介（英文） 533
习题15 535
第16章 电磁振荡和电磁波 540
16.1 电磁振荡 540
16.1.1 无阻尼自由振荡回路 540
16.1.2 无阻尼自由振荡的规律 541
16.2 电磁波的产生和传播 543
16.2.1 振荡回路的改进 543
16.2.2 振荡电偶极子发射的电磁波 544
16.2.3 E和H的表达式 545
16.3 电磁波的性质和能量 546
16.3.1 电磁波的性质 546
16.3.2 电磁波的能量 547
16.3.3 振荡偶极子的发射总功率 549
16.3.4 赫兹实验 549
16.4 电磁波谱 550
16.4.1 无线电波 550
16.4.2 红外线 550
16.4.3 可见光 551
16.4.4 紫外线 551
16.4.5 X射线 551
16.4.6 γ射线 552
本章内容简介（英文） 553
习题16 555
阅读材料 科学家系列简介（三） 557
静磁学和电磁场检测题 560
第五篇 光学的物理基础 567
第17章 波动光学基础 567
第一部分 光的干涉 567
17.1 光波、光源、光的相干叠加和非相干叠加 567
17.1.1 光的电磁理论 567
17.1.2 光源及其发光特征 568
17.1.3 光波叠加原理 569
17.1.4 光波的相干叠加和非相干叠加 570
17.1.5 相干条件、相干光和相干光源 571
17.1.6 获得相干光源的基本方法 572
17.1.7 光程、相差和光程差 572
17.1.8 干涉条纹的可见度 573
17.1.9 光通过薄透镜的等光程性 574
17.2 由分波前法产生的光的干涉 574
17.2.1 杨氏双缝实验 574
17.2.2 洛埃镜实验 577
17.3 由分振幅法产生的光的干涉——薄膜干涉 578
17.3.1 平行平面膜产生的干涉 579
17.3.2 等厚干涉 583
17.4 迈克耳孙干涉仪 588
17.4.1 迈克耳孙干涉仪 588
17.4.2 相干长度和相干时间 589
第二部分 光的衍射 590
17.5 光的衍射现象和惠更斯—菲涅耳原理 590
17.5.1 光的衍射现象与衍射的分类 590
17.5.2 惠更斯—菲涅耳原理 591
17.6 单狭缝夫琅和费衍射 592
17.6.1 夫琅和费衍射的实验 592
17.6.2 菲涅耳半波带法 593
17.6.3 单缝衍射图样及光强分布 594
17.7 圆孔夫琅和费衍射 596
17.7.1 圆孔夫琅和费衍射 596
17.7.2 光学仪器的分辨本领 597
17.7.3 人眼的分辨本领 599
17.7.4 光谱仪器的色分辨本领 599
17.8 衍射光栅 600
17.8.1 平面透射光栅 600
17.8.2 光栅光谱 603
17.8.3 光栅光谱仪的色分辨本领 603
17.8.4 光栅的色散本领 603
第三部分 光的偏振 605
17.9 自然光和偏振光 606
17.9.1 光的偏振现象 606
17.9.2 偏振片、起偏器和检偏器 608
17.9.3 马吕斯定律 608
17.10 光在各向同性介质分界面上反射和折射时的偏振 610
17.10.1 反射和折射时的偏振现象 610
17.10.2 布儒斯特定律 611
17.10.3 玻璃片的检偏 611
17.11 光的双折射现象 613
17.11.1 晶体的双折射现象 613
17.11.2 双折射现象的物理解释 614
17.11.3 偏振器件 615
本章内容简介（英文） 617
习题17 620
阅读材料 科学家系列简介（四） 628
波动光学检测题 631
第六篇 近代物理和现代工程技术简介 635
第18章 狭义相对论基础 635
18.1 力学相对性原理、伽利略变换和经典力学时空观 635
18.1.1 伽利略时空坐标变换 636
18.1.2 力学相对性原理 636
18.1.3 牛顿的绝对时空观 637
18.2 狭义相对论的两个基本假设和洛仑兹变换 639
18.2.1 相对论产生的历史背景 639
18.2.2 相对论实验基础 639
18.2.3 狭义相对论的两个基本假设 641
18.2.4 洛仑兹变换 642
18.3 狭义相对论时空观 645
18.3.1 相对论时空结构 645
18.3.2 长度收缩 646
18.3.3 同时性的相对性 647
18.3.4 时钟变慢 648
18.3.5 狭义相对论时空观 650
18.4 狭义相对论动力学基础 651
18.4.1 相对论动量、能量 651
18.4.2 质能关系 653
18.4.3 质能关系的物理意义 654
18.4.4 相对论力学方程 655
本章内容简介（英文） 657
习题18 660
第19章 量子物理基础 662
19.1 热辐射和普朗克的辐射量子论 662
19.1.1 热辐射及其描述方法 662
19.1.2 绝对黑体辐射和基尔霍夫定律 664
19.1.3 绝对黑体辐射的实验规律 665
19.1.4 绝对黑体辐射的经典理论解释 667
19.1.5 普朗克的量子论 667
19.1.6 光测高温方法 669
19.2 光电效应和爱因斯坦光量子理论 671
19.2.1 光电效应的发现 671
19.2.2 光电效应的实验规律 672
19.2.3 光电效应的经典解释 673
19.2.4 光电效应的量子解释 673
19.2.5 爱因斯坦的光量子理论 675
19.2.6 光子 676
19.3 康普顿效应和光的波粒二象性 677
19.3.1 X射线 677
19.3.2 康普顿散射的实验装置 678
19.3.3 康普顿散射的实验结果 678
19.3.4 经典考虑 678
19.3.5 康普顿的量子解释 679
19.3.6 光的波粒二象性 681
19.4 氢原子光谱规律和玻尔的氢原子理论 683
19.4.1 氢原子的光谱 683
19.4.2 玻尔的氢原子理论 684
19.4.3 玻尔模型的实验验证 687
19.4.4 玻尔理论所得的结论 689
19.4.5 玻尔理论的局限性 690
19.5 实物粒子的波粒二象性 691
19.5.1 光的波粒二象性 691
19.5.2 实物粒子的波粒二象性 691
19.5.3 德布罗意波 693
19.6 不确定关系 695
19.6.1 不确定关系的简单导出 695
19.6.2 不确定关系的表述和含义 695
19.7 波函数及其统计解释 697
19.7.1 波函数 697
19.7.2 波函数的统计解释 698
19.7.3 薛定谔方程 699
19.8 一维无限深势阱 700
19.9 量子隧道效应 703
19.10 氢原子的量子力学处理和电子自旋 707
19.10.1 氢原子的量子力学处理 707
19.10.2 电子自旋 709
19.11 多电子原子和原子的壳层结构 710
19.11.1 氦原子的光谱和能级 710
19.11.2 泡利不相容原理 712
19.11.3 原子的电子壳层结构 712
本章内容简介（英文） 720
习题19 723
阅读材料 科学家系列简介（五） 727
相对论和量子物理检测题 731
第20章 能源和核能技术简介 735
20.1 能源概念简述 735
20.1.1 能源的类型 735
20.1.2 能源的转化 736
20.1.3 能源的利用 737
20.2 原子核的性质和裂变 738
20.2.1 原子核的基本性质 738
20.2.2 原子核的裂变 746
20.3 链式反应和核能的利用 749
20.3.1 链式反应 749
20.3.2 实现链式反应的条件 750
20.3.3 原子核反应堆 751
20.3.4 原子反应堆的应用 752
20.3.5 原子弹 753
20.4 轻原子核的聚变反应和核能的利用 753
20.4.1 轻原子核的聚变 753
20.4.2 太阳中的原子核聚变 754
20.4.3 热核反应 755
20.5 其他能源简介 758
20.5.1 太阳能及其利用 758
20.5.2 风能及其利用 759
20.5.3 海洋能的开发和利用 760
20.5.4 地热能 761
20.5.5 氢能的利用 762
习题20 764
第21章 激光原理及其应用 765
21.1 激光的基本原理 765
21.1.1 粒子数按能级的分布 765
21.1.2 光与物质的作用 766
21.1.3 粒子数反转分布 767
21.1.4 光振荡 768
21.2 激光器 771
21.2.1 激光器种类 771
21.2.2 固体激光器 771
21.2.3 气体激光器 772
21.3 激光的特性 774
21.4 激光技术的应用 775
21.4.1 激光在工业方面的应用 775
21.4.2 激光在能源方面的应用 776
21.4.3 激光在医学方面的应用 777
21.4.4 激光在军事上的应用 778
21.4.5 激光在农业方面的应用 778
21.4.6 激光的其他应用 778
习题21 779
第22章 红外辐射技术原理及其应用简介 780
22.1 红外线及红外辐射源 780
22.1.1 红外线的发现和红外波段的划分 780
22.1.2 红外辐射源的类型及特点 780
22.2 红外辐射的传输特性 782
22.2.1 红外辐射在传输媒质中的衰减规律 782
22.2.2 红外辐射在大气中的传输特性 782
22.2.3 红外辐射在凝聚态媒质中的传播 784
22.3 红外辐射的探测特性 784
22.3.1 红外探测器的特性参数 784
22.3.2 红外辐射探测器的种类 785
22.3.3 红外成像器件 786
22.4 红外技术的应用 786
22.4.1 红外测温技术 786
22.4.2 红外遥感技术 787
22.4.3 红外加热技术及其应用 788
22.4.4 红外新技术成果的应用 789
习题22 791
第23章 纳米科技及应用简介 792
23.1 纳米科学技术及其产生 792
23.1.1 纳米科技 792
23.1.2 纳米科技的诞生 792
23.1.3 发展纳米科技的意义 793
23.2 蓬勃发展中的纳米科技 794
23.2.1 纳米材料学（nanometer materials science） 795
23.2.2 纳米电子学（nanoeletronics） 798
23.2.3 纳米生物学（nanobiology） 799
23.3 纳米科技研究的工具 802
23.3.1 高分辨透射电镜（HRTEM） 802
23.3.2 扫描隧道显微镜（STM） 803
23.3.3 原子力显微镜（AFM） 803
23.4 纳米科技的安全性问题 805
23.4.1 纳米技术与人体健康的安全问题 805
23.4.2 纳米生物技术与生态安全问题 806
23.4.3 纳米技术与社会安全问题 806
习题23 807