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