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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H2237

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