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第3篇 电磁学 1

第13章 静电场 1

13.1 电磁学的起源 1

13.1.1 中国古代电学和磁学的成就 1

13.1.2 近代对电的认识的发展 7

13.2 库仑定律 14

13.2.1 平方反比关系的提出 14

13.2.2 卡文迪什的论证 15

13.2.3 库仑扭秤实验 15

13.2.4 叠加原理 17

13.3 电场电场强度 19

13.3.1 超距作用与近距作用之争 19

13.3.2 电场强度的定义 20

13.3.3 电场强度叠加原理 21

13.3.4 场强的计算 22

13.4.1 电场线 26

13.4 高斯定理 26

13.4.2 电通量 27

13.4.3 高斯定理 30

13.5 高斯定理的应用 32

13.5.1 利用高斯定理求静电场的分布 32

13.5.2 求解有导体存在时的电场和电荷分布 36

13.6 电势 40

13.6.1 静电场的环路定理 40

13.5.3 电场线性质的证明 40

13.6.2 电势差和电势 42

13.6.3 电势叠加原理 45

13.7 电场的能量 47

13.7.1 电容器 48

13.7.2 电容器的静电能 49

13.7.3 电场的能量 50

思考题 51

习题 53

14.1.1 电流强度电流密度 56

14.1 稳恒电流电动势 56

第14章 磁场 56

14.1.2 电流的连续方程稳恒条件 57

14.1.3 欧姆定律 58

14.1.4 电动势 59

14.2 磁场磁感应强度 61

14.2.1 电流磁效应的发现 61

14.2.2 磁场 66

14.2.3 磁感应强度 68

14.3 毕奥-萨伐尔定律 69

14.3.1 毕奥-萨伐尔定律的发现 69

14.3.2 运动电荷的磁场 70

14.3.3 毕奥-萨伐尔定律的应用 71

14.4 磁通量磁场的“高斯定理” 76

14.4.1 磁感应线 76

14.4.2 磁通量 77

14.4.3 磁场的“高斯定理” 78

14.5.1 安培环路定理的表述和证明 79

14.5 安培环路定理 79

14.5.2 安培环路定理应用举例 81

14.6 磁场对运动电荷的作用 84

14.6.1 洛伦兹力 84

14.6.2 带电粒子在均匀磁场中的运动 85

14.6.3 质谱仪 87

14.6.4 回旋加速器 89

14.6.5 非均匀磁场的磁约束 91

14.7.1 安培力 92

14.7 磁场对载流导线的作用 92

14.7.2 平行无限长直电流间的相互作用力 93

14.7.3 载流线圈在均匀磁场中所受的力矩 94

思考题 96

习题 97

第15章 电磁感应 102

15.1 电磁感应定律的建立 102

15.1.1 电磁感应现象的发现 102

15.1.2 法拉第的科学思想方法 108

15.1.3 亨利和楞次的贡献 115

15.1.4 法拉第电磁感应定律 117

15.2 动生电动势和感生电动势 119

15.2.1 动生电动势 120

15.2.2 感生电动势感生电场 122

15.3 互感与自感 125

15.3.1 互感 125

15.3.2 自感 127

15.4.1 自感磁能 129

15.4 磁场的能量 129

15.4.2 磁场的能量 131

思考题 132

习题 134

第16章 电磁场和电磁波 137

16.1 位移电流 137

16.2 麦克斯韦电磁场理论的建立 141

16.2.1 法拉第观念的数学表示 142

16.2.2 场的概念与电磁场方程组 144

16.2.3 麦克斯韦的科学思想方法 146

16.3.1 赫兹实验 150

16.3 电磁波 150

16.3.2 电磁波的性质 154

16.3.3 光的电磁理论 155

16.3.4 电磁波谱 156

思考题 159

习题 159

17.1 光学的起源 160

17.1.1 中国古代光学的成就 160

第17章 光的干涉 160

第4篇 光学 160

17.1.2 古希腊时期的光学知识 166

17.1.3 近代对光的本性认识的发展 167

17.2 相干光源光程 182

17.2.1 光源发光与相干光源 182

17.2.2 光程 184

17.3.1 杨氏双缝干涉实验 186

17.3 分波阵面的双光束干涉 186

17.3.2 其它分波阵面的干涉实验 189

17.4 分振幅的双光束干涉等厚条纹 191

17.4.1 劈形膜的等厚条纹 192

17.4.2 牛顿环 194

17.4.3 增透膜 196

17.4.4 迈克耳孙干涉仪 197

思考题 199

习题 200

18.1.1 光的衍射现象 204

第18章 光的衍射 204

18.1 光的衍射现象和惠更斯-菲涅耳原理 204

18.1.2 惠更斯-菲涅耳原理 205

18.2 单缝的夫琅禾费衍射 206

18.3 光栅衍射 209

18.3.1 多缝的夫琅禾费衍射 209

18.3.2 光栅光谱 214

18.4.1 光学仪器的最小分辨角 216

18.4 光学仪器的分辨本领 216

18.4.2 显微镜的最小分辨距离 218

18.5 X射线的衍射 220

18.5.1 X射线的发现 220

18.5.2 X射线的衍射 221

18.6 全息照相 224

18.6.1 全息照片的拍摄 224

18.6.2 全息图象的观察 227

18.6.3 全息照相的特点 229

18.6.4 全息的应用 230

思考题 231

习题 232

第19章 光的偏振 235

19.1 光的偏振状态 235

19.1.1 自然光 235

19.1.2 偏振光 236

19.2.1 起偏和检偏 238

19.2 偏振光的产生 238

19.2.2 反射和折射时光的偏振 239

19.3 光在晶体中的传播双折射 241

19.3.1 双折射 241

19.3.2 单轴晶体中光的传播惠更斯作图法 243

19.3.3 偏振棱镜 245

19.4 波晶片椭圆偏振光和圆偏振光 246

19.4.1 波晶片 246

19.4.2 线偏振光通过各种波片后偏振状态的变化 248

思考题 250

习题 251

第5篇 原子物理学 254

第20章 量子假说与玻尔的氢原子理论 254

20.1 黑体辐射和普朗克的量子假说 254

20.1.1 热辐射的实验定律 254

20.1.2 黑体辐射的经典公式 257

20.1.3 普朗克的物理思想 259

20.1.4 普朗克的黑体辐射公式 261

20.1.5 普朗克的量子假说 264

20.1.6 普朗克对新生量子的态度 269

20.1.7 启示与教益 271

20.2 光电效应与爱因斯坦的光子假说 273

20.2.1 光电效应的发现 273

20.2.2 光电效应的实验规律 274

20.2.3 光的波动说遇到的困难 276

20.2.4 爱因斯坦的光量子假说 277

20.2.5 光的波粒二象性 279

20.3 康普顿散射 281

20.3.1 实验规律 282

20.3.2 量子解释 283

20.4 原子模型 288

20.4.1 汤姆孙的原子模型 288

20.4.2 卢瑟福的原子模型 289

20.5 氢光谱的实验规律 291

20.6.1 接受卢瑟福原子模型 295

20.6 玻尔氢原子理论的建立 295

20.6.2 分立定态概念的形成 296

20.6.3 玻尔的基本假设 299

20.6.4 氢原子的能级和光谱 300

20.6.5 玻尔理论的成功和缺陷 306

思考题 310

习题 312

第21章 量子力学的基本概念与基本原理 314

21.1 德布罗意的物质波假说 314

21.1.1 物质波思想的起源 315

21.1.2 物质波概念的提出 319

21.1.3 物质波思想的影响及实验验证 323

21.2 概率波 327

21.2.1 波粒二重性佯谬 327

21.2.2 玻恩的统计解释 329

21.2.3 电子双缝干涉实验 330

21.3.1 不确定关系的提出 334

21.3 不确定关系 334

21.3.2 不确定关系的物理解释 339

21.3.3 应用举例 341

21.4 关于量子力学完备性的争论 343

21.4.1 量子力学的概率解释之争 343

21.4.2 波包收缩 345

21.4.3 爱因斯坦的光子盒 347

21.4.4 EPR论证 349

21.5 薛定谔方程的提出 352

21.5.1 物理思想背景 353

21.5.2 波函数 358

21.5.3 定态薛定谔方程 359

21.5.4 薛定谔的科学思想及其理论的影响 361

21.6 薛定谔方程应用举例 363

21.6.1 势阱中的粒子 363

21.6.2 势垒和隧道效应 365

21.6.3 谐振子 367

21.6.4 氢原子 369

21.7 电子的自旋 374

21.8 原子的壳层结构 379

21.8.1 泡利不相容原理 379

21.8.2 能量最小原理 380

21.9 激光 381

21.9.1 激光诞生的历程 382

21.9.2 自发辐射、受激辐射和受激吸收 386

21.9.3 粒子数布居反转 389

21.9.4 光学谐振腔 392

21.9.5 激光的特性及其应用 395

思考题 396

习题 397

第22章 原子核 400

22.1 原子核的组成 400

22.1.1 早期的设想 400

22.1.2 中子的发现 402

22.1.3 原子核的组成 403

22.2.1 核质量 404

22.2 原子核的结合能 404

22.2.2 结合能 406

22.3 核力 409

22.3.1 核力的性质 409

22.3.2 核力的介子理论 411

22.4 放射性衰变的规律 415

22.4.1 指数衰变律 415

22.4.2 半衰期 416

22.4.3 平均寿命 417

22.4.4 放射性活度 417

22.5α衰变 418

22.5.1 α衰变的表示式 418

22.5.2 α衰变的条件 419

22.5.3 α衰变能与核能级图 420

22.5.4 α衰变的机制 422

22.6 β衰变 424

22.6.1 面临的难题 424

22.6.2 中微子假设及其证实 426

22.6.3 β衰变的表示式和衰变能 428

22.7 γ衰变 429

22.8 核反应 430

22.8.1 核反应的能量 430

22.8.2 反应截面 432

22.9 重核裂变和核能 433

22.9.1 核裂变的发现 433

22.9.2 核裂变的过程及条件 435

22.9.3 核裂变能量的利用 439

22.10 轻核聚变和核能 443

22.10.1 轻核聚变的过程和条件 443

22.10.2 热核聚变的几种约束形式 444

思考题 447

习题 448

第23章 基本粒子 451

23.1 基本力和基本粒子 451

23.1.1 四种相互作用力 451

23.1.2 基本粒子的分类 453

23.2 强子的夸克模型 457

23.2.1 夸克模型的确立 457

23.2.2 c夸克的发现 459

23.2.3 b夸克和t夸克的发现 461

23.3 夸克间的相互作用 464

23.3.1 夸克的“颜色” 464

23.3.2 色是强作用的根源 466

23.4.1 空间反演不变性和宇称守恒 467

23.4 弱作用中的对称性破缺 467

23.4.2 弱作用中宇称不守恒的发现 472

23.4.3 C，T变换下的对称性破缺 475

23.4.4 不对称性的来源 477

思考题 481

习题 482

习题答案 483

参考书目 491

附表 493

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