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第4篇 电磁学1

第9章 真空中的静电场1

9.1 电荷及其相互作用1

9.1.1 电荷是量子化的1

9.1.2 电荷守恒定律2

9.1.3 库仑定律2

9.1.4 静电力叠加原理3

9.2 电场与电场强度4

9.2.1 电场4

9.2.2 电场强度5

9.2.3 电场叠加原理5

9.2.4 电场强度的计算6

9.3 电场线与电通量14

9.3.1 电场线14

9.3.2 电通量16

9.4 静电场的高斯定理与安培环路定理18

9.4.1 静电场的高斯定理18

9.4.2 应用高斯定理求电场强度20

9.4.3 静电场的安培环路定理25

9.5 电势与电势差26

9.5.1 电势能26

9.5.2 电势27

9.5.3 电势差28

9.5.4 电势的计算28

9.6 电场强度与电势的关系32

9.6.1 等势面32

9.6.2 电场强度与电势的微分关系33

习题36

第10章 静电场中的导体和电介质40

10.1 静电场中的导体40

10.1.1 导体的静电平衡条件40

10.1.2 导体处于静电平衡时的性质40

10.1.3 静电屏蔽43

10.1.4 有导体存在时静电场的电场强度和电势计算43

10.2 电容与电容器46

10.2.1 孤立导体的电容46

10.2.2 电容器及其电容47

10.2.3 电容器的连接方式49

10.3 静电场中的电介质50

10.3.1 电介质对电场的影响50

10.3.2 电介质的极化52

10.3.3 充满均匀电介质的电场53

10.4 有电介质时的高斯定理与安培环路定理54

10.4.1 有电介质时的高斯定理54

10.4.2 有电介质时的安培环路定理56

10.5 电场的能量56

10.5.1 电容器储存的能量56

10.5.2 电场的能量57

习题58

第11章 稳恒磁场62

11.1 稳恒电流与稳恒电场62

11.1.1 电流和电流密度62

11.1.2 电流的连续性方程63

11.1.3 稳恒电流和稳恒电场64

11.1.4 欧姆定律的微分形式65

11.1.5 电动势66

11.2 磁场与磁感应强度67

11.2.1 磁场67

11.2.2 磁感应强度67

11.3 毕奥-萨伐尔定律68

11.3.1 毕奥-萨伐尔定律68

11.3.2 磁场叠加原理69

11.3.3 毕奥-萨伐尔定律的应用69

11.3.4 运动电荷的磁场74

11.4 磁感应线与磁通量75

11.4.1 磁感应线75

11.4.2 磁通量76

11.5 磁场的高斯定理与安培环路定理77

11.5.1 磁场的高斯定理77

11.5.2 磁场的安培环路定理77

11.5.3 应用安培环路定理求磁感应强度79

11.6 磁场对电流的作用83

11.6.1 安培定律83

11.6.2 两平行无限长载流导线间的相互作用力85

11.6.3 磁场对载流线圈的作用86

11.6.4 磁场力的功87

11.7 磁场对运动电荷的作用89

11.7.1 洛伦兹力89

11.7.2 带电粒子在均匀磁场中的运动90

11.7.3 霍尔效应92

11.8 磁场中的磁介质93

11.8.1 磁介质及其磁化93

11.8.2 有磁介质时的高斯定理95

11.8.3 有磁介质时的安培环路定理95

11.8.4 铁磁质97

习题99

第12章 变化的电场和磁场104

12.1 电磁感应的基本定律104

12.1.1 法拉第电磁感应定律104

12.1.2 楞次定律107

12.2 动生电动势107

12.2.1 动生电动势的非静电力107

12.2.2 动生电动势的计算108

12.3 感生电场假设110

12.3.1 感生电场的非静电力110

12.3.2 感生电场的高斯定理和安培环路定理111

12.3.3 感生电动势的计算112

12.3.4 涡电流115

12.3.5 导体在变化磁场里运动时的感应电动势115

12.4 自感与互感117

12.4.1 自感117

12.4.2 互感119

12.5 磁场的能量121

12.5.1 自感储存的能量121

12.5.2 磁场的能量122

12.6 位移电流假设123

12.7 麦克斯韦方程组127

12.7.1 电场的性质127

12.7.2 磁场的性质128

12.7.3 麦克斯韦方程组积分形式129

12.8 电磁波130

12.8.1 电磁波的产生和传播130

12.8.2 电磁波的性质131

12.8.3 电磁波的能量131

12.8.4 电磁波谱132

习题133

第5篇 近代物理学138

第13章 狭义相对论138

13.1 经典力学的伽利略变换与时空观138

13.1.1 经典力学的伽利略变换138

13.1.2 经典力学的时空观139

13.1.3 力学相对性原理140

13.2 狭义相对论的基本原理141

13.3 洛伦兹变换142

13.3.1 洛伦兹坐标变换142

13.3.2 洛伦兹速度变换144

13.4 狭义相对论的时空观146

13.4.1 长度缩短146

13.4.2 时钟延缓148

13.4.3 同时的相对性148

13.4.4 同时性与因果律149

13.5 狭义相对论动力学基础150

13.5.1 质量和速度的关系150

13.5.2 动力学基本方程151

13.5.3 质量和能量的关系151

13.5.4 能量和动量的关系153

习题153

第14章 早期量子论156

14.1 黑体辐射与普朗克量子假设156

14.1.1 热辐射及其描述156

14.1.2 黑体辐射规律157

14.1.3 普朗克量子假设158

14.2 光电效应与爱因斯坦光子假设160

14.2.1 光电效应的实验规律160

14.2.2 爱因斯坦光子假设162

14.2.3 光的波粒二象性164

14.3 康普顿效应165

14.4 氢原子光谱与玻尔理论169

14.4.1 氢原子光谱规律169

14.4.2 原子的核型结构170

14.4.3 玻尔的氢原子理论171

14.4.4 玻尔理论的成就与局限性174

习题175

第15章 量子力学基础177

15.1 微观粒子的波粒二象性177

15.1.1 德布罗意假设177

15.1.2 德布罗意假设的实验验证178

15.2 测不准关系181

15.3 波函数及其统计解释183

15.3.1 波函数183

15.3.2 波函数的统计解释184

15.4 态叠加原理185

15.5 算符与平均值187

15.5.1 力学量算符187

15.5.2 本征值方程188

15.5.3 平均值188

15.6 薛定谔方程189

15.6.1 薜定谔方程189

15.6.2 定态薛定谔方程189

15.7 薛定谔方程的应用190

15.7.1 一维无限深方形势阱190

15.7.2 隧道效应193

15.7.3 一维线性简谐振子195

15.7.4 氢原子196

15.8 电子的自旋198

15.8.1 斯特恩-盖拉赫实验198

15.8.2 电子自旋假设199

15.8.3 四个量子数199

15.9 全同性原理200

15.10 原子的壳层结构与元素周期表202

15.10.1 泡利不相容原理202

15.10.2 能量最小原理203

习题204

第16章 现代科学与高新技术物理基础专题207

16.1 原子核物理207

16.1.1 原子核的基本性质207

16.1.2 原子核的大小209

16.1.3 原子核的自旋209

16.1.4 核力210

16.1.5 原子核的结合能210

16.2 原子核的衰变规律211

16.2.1 放射性元素211

16.2.2 原子核衰变的规律212

16.2.3 核衰变的位移定则214

16.2.4 探测放射性现象的方法214

16.2.5 放射性同位素的应用215

16.2.6 获得高能粒子的方法217

16.3 原子核能的应用217

16.3.1 裂变反应217

16.3.2 聚变反应218

16.4 粒子物理219

16.4.1 粒子的分类220

16.4.2 粒子的相互作用222

16.4.3 粒子的一些特性和规律223

16.4.4 强子的夸克模型224

16.5 激光225

16.5.1 自发辐射和受激辐射225

16.5.2 激光器226

16.5.3 激光产生的原理227

16.5.4 氦氖激光器230

16.5.5 激光的特性和应用231

16.6 固体的能带结构231

16.6.1 电子共有化232

16.6.2 能带的形成232

16.6.3 导体、半导体和绝缘体233

16.6.4 半导体的导电机制234

16.6.5 半导体的特性及其应用235

16.7 纳米技术238

16.7.1 纳米技术的基本概念238

16.7.2 扫描隧道显微镜与纳米技术238

16.7.3 纳米态物质的奇异特性及应用239

16.8 超导电性241

16.8.1 超导体的发现与发展241

16.8.2 超导体的基本性质242

16.8.3 超导电性理论简介243

16.8.4 超导的应用前景244

习题245

附录A 历年诺贝尔物理学奖获得者247

附录B 常用基本物理常量256

附录C 本书中常用物理量的符号和单位257

习题参考答案259

参考文献264