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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

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