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第十二章 静电场 1

§12．1 电荷和电荷守恒库仑定律 1

一、电荷和电荷守恒定律 1

二、物质的电结构 3

三、库仑定律 4

四、例题 7

§12．2 电场 电场强度电场的叠加原理 8

一、电场 8

二、电场强度 8

三、场强叠加原理 9

四、例题 10

一、电场线和电通量 13

§12．3 电场线和电通量高斯定理 13

二、高斯定理及其应用 15

三、例题 17

§12．4 静电场的环路定理 电势差泊松方程 20

一、静电场的环路定理 20

二、电势差和电势 20

三、场强与电势的关系 22

四、泊松方程和拉普拉斯方程 23

五、例题 24

§12．5 导体的静电平衡 电容电容器 26

一、导体的静电平衡条件 26

二、导体表面的电荷分布和电场 27

三、尖揣效应静电屏蔽 29

四、电容电容器 30

五、电容器的联接 33

§12．6 电介质的极化介质中的高斯定理 34

一、介质的极化 34

二、电极化强度和极化电荷密度 35

三、电位移矢量D有介质时的高斯定理 37

四、例题 38

§12．7 静电场的边界条件 40

一、两种介质交界面上电位移的法向分墨连续 40

二、两种介质交界面上电场强度的切向分量连续 41

§12．8 带电体系的能量静电场的能量 42

一、带电体系的能量 42

二、电场的能量 44

三、例题 45

§12．9 库仑阻塞和单电子隧穿 47

§12．10 稳恒电流欧姆定律 基尔霍夫定律 49

一、电流的连续性方程稳恒电流 49

二、欧姆定律电动势 50

三、基尔霍夫定律 53

四、例题 56

思考题 57

习题 60

第十三章 磁场 68

§13．1 基本磁现象 电流的磁效应 68

一、基本磁现象 68

二、电流的磁效应 68

一、磁场磁感应强度 70

§13．2 磁场 磁场的高斯定理 70

二、磁感应线磁场的高斯定理 71

§13．3 磁场对电流元的作用磁矩 72

一、磁场对电流元的作用安培公式 72

二、磁场对平面载流线圈的作用磁矩 73

三、例题 75

§13．4 毕奥-萨伐尔定律 75

一、毕奥-萨伐尔定律 75

二、例题 76

§13．5 安培环路定理 80

一、安培环路定理 80

二、例题 82

一、洛伦兹力 84

§13．6 带电粒子在电场和磁场中的运动 84

二、带电粒子在磁场中的运动 85

三、回旋加速器 88

四、质谱仪 90

五、霍耳效应 91

§13．7 磁介质有介质时的安培环路定理 93

一、磁介质和磁化强度矢量 93

二、磁化电流 94

三、有磁介质时的安培环路定理 96

四、铁磁质 97

五、铁磁质的磁化机理 98

六、磁光效应 98

七、磁场的边界条件 99

八、例题 100

§13．8 磁学的应用 101

一、地震预报和气候预测 101

二、磁流体及其应用 102

三、磁示踪和磁性药物 103

四、电磁陷阱 104

§13．9 磁场的矢势和AB效应 105

一、磁场的矢势 105

二、AB效应 106

三、例题 107

附录矢量运算公式 108

思考题 109

习题 110

一、电磁感应现象 115

§14．1 电磁感应现象和电磁感应定律 115

第十四章 电磁感应和电磁场 115

二、法拉第电磁感应定律 117

三、楞次定律 117

四、例题 119

§14．2 动生电动势和感生电动势 120

一、动生电动势 120

二、感生电动势与感生电场 122

三、块状导体中的电磁感应现象 124

四、电磁感应现象的一些应用 126

五、例题 129

§14．3 自感与互感 131

一、自感应 131

二、互感应 132

三、例题 133

一、自感磁能 135

§14．4 磁场的能量 135

二、互感磁能 138

三、磁场的能量 139

四、例题 140

§14．5 位移电流与感生磁场 142

一、位移电流 142

二、感生磁场 144

三、例题 145

§14．6 麦克斯韦方程组 147

一、麦克斯韦方程组 147

§14．7 超导体 149

一、超导电现象 149

二、电磁场的性质 149

二、库珀对和BCS理论 152

三、第二类超导体 152

四、高温超导体 153

五、超导体的应用简介 153

§14．8 核磁共振 154

思考题 157

习题 159

第十五章 交流电路 163

§15．1 交流电路的表示方法 163

一、简谐交流电的函数表示方法 163

二、简谐交流电的振幅矢量表示法 164

三、交流电的复数表示法 165

一、交流电路中的电阻、电感和电容 166

§15．2 RLC电路 166

二、RLC串联电路 169

三、串联谐振 170

四、RLC并联电路 172

五、并联谐振 174

六、例题 175

§15．3 交流电路的功率 179

一、瞬时功率和平均功率 179

二、有功功率和无功功率 180

三、例题 181

思考题 183

习题 184

一、电磁波的产生平面电磁波 188

二、电磁波的性质 188

§16．1 电磁波的产生和传播 188

第十六章 电磁波 188

§16．2 电磁波的能流与动量 189

一、电磁波的能流与动量 189

二、例题 190

§16．3 电磁波的辐射 192

一、辐射电磁波的条件 192

二、电偶极子辐射 193

三、磁偶极辐射 197

四、轫致辐射 199

五、同步辐射 200

六、例题 202

§16．4 利用电磁波研究物质结构 203

思考题 205

习题 205

第十七章 光通过各向同性物质及其边界时的传播 207

§17．1 光的电磁波特性 207

一、光是电磁波中的一部分 207

二、光强 208

§17．2 偏振光与自然光 209

一、光波的偏振性 209

二、偏振光与自然光 209

§17．3 光的传播——费马原理 210

§17．4 菲涅耳公式 212

一、界面上的电磁理论 212

二、反射比和透射比 213

三、布儒斯特角 215

四、相位变化 216

五、全内反射光学扫描隧道显微镜 218

§17．5 光的吸收 221

一、朗伯定律 221

二、光学材料 221

三、比尔定律 222

四、吸收光谱 222

五、吸收的机制 222

§17．6 光的散射 223

一、散射的种类 223

二、瑞利散射 224

三、拉曼散射 225

一、色散现象 227

§17．7 色散 227

二、三棱镜的色散 228

三、棱镜的角色散率 230

§17．8 非线性光学 231

一、非线性现象 231

二、非线性极化 232

§17．9 光在导电媒质中的传播 236

一、导电媒质中的电磁波 236

二、金属的反射 237

习题 237

§18．2 波的特性——干涉 240

一、波的叠加 240

§18．1 惠更斯原理 240

第十八章 光的干涉与衍射 240

二、相干条件 241

§18．3 分波阵面干涉 242

一、杨氏双缝干涉 242

二、干涉条纹的可见度 245

三、洛埃镜 246

四、例题 247

§18．4 薄膜干涉 247

一、分振幅双光束干涉 247

二、等倾干涉 249

三、等厚干涉 250

四、牛顿环 251

五、增透膜 252

六、例题 254

§18．5 迈克耳孙干涉仪 255

一、结构与原理 255

二、干涉条纹 256

三、激光比长仪 258

§18．6 分振幅多光束干涉 259

一、多光束干涉特点 259

二、法布里一珀罗(F-P)干涉仪 261

三、金属膜干涉滤光片 264

§18．7 惠更斯-菲涅耳原理 265

一、光的衍射现象 265

二、惠更斯-菲涅耳原理 265

一、菲涅耳波带 267

§18．8 菲涅耳衍射 267

二、菲涅耳圆孔衍射 270

三、菲涅耳圆盘衍射 272

§18．9 菲涅耳波带片 272

§18．10 全息照相 274

一、全息照相的拍摄 274

二、全息照相原理 275

三、彩虹全息 276

§18．11 夫琅禾费衍射 277

一、夫琅禾费单缝衍射 277

二、夫琅禾费双缝衍射 280

三、例题 282

§18．12 光栅 283

一、夫琅禾费多缝衍射 283

二、光栅的色散 285

三、光谱分辨率 286

四、闪耀光栅 288

§18．13 晶体的X射线衍射 289

§18．14 光学仪器的分辨率 291

一、夫琅禾费圆孔衍射 291

二、分辨本领 293

三、显微镜的分辨率 294

§18．15 激光 295

一、辐射跃迁 295

二、粒子数反转 297

三、光学谐振腔 298

习题 300

一、导体线栅 305

第十九章 光在各向异性介质中的传播 305

§19．1 二向色性 305

二、二向色性晶体 306

三、人造偏振片 306

§19．2 起偏与检偏 307

一、线偏振光的获得和检验 307

二、马吕斯定律 307

三、偏振度 307

四、椭圆偏振光 308

§19．3 双折射 309

一、双折射现象 309

二、双折射及二向色性的经典振子模型 310

三、单轴晶体中的波面 311

四、单轴晶体中光波的传播 312

§19．4 偏振器件 315

一、渥拉斯顿棱镜 315

二、尼科耳棱镜 316

三、波片 316

§19．5 偏振光的干涉及应用 319

一、偏光干涉 319

二、光弹性效应 321

三、电光效应 321

§19．6 旋光 322

一、旋光性 322

二、旋光色散 324

三、圆二色性 325

习题 326

第二十章 热力学 329

§20．1 热力学系统 330

一、热力学系统与外界 330

二、平衡与非平衡态 330

三、宏观描述状态参量和状态图 332

§20．2 温度物态方程 334

一、热力学第零定律 334

二、温度 335

三、温标 335

四、状态方程 339

五、例题 342

§20．3 热力学第一定律 343

一、热力学过程 343

二、功 345

三、内能 346

四、热力学第一定律的数学表述 347

§20．4 热力学第一定律的应用 348

一、热容、内能的微分表示和焓 348

二、理想气体的内能、焓和热容 351

三、理想气体的多方过程 353

四、热机和致冷机的工作原理 357

五、卡诺循环 360

六、例题 362

§20．5 热力学第二定律 365

一、几个与热现象有关的实验事实 365

二、热力学第二定律的两种表述 365

三、可逆过程与不可逆过程 366

四、卡诺定理 368

五、热力学温标 371

§20．6 熵和热力学第二定律的数学表述 373

一、克劳修斯等式和不等式 373

二、熵和热力学第二定律的数学表述 374

三、理想气体的熵 376

四、熵增加原理 378

五、能量退化原理 379

六、熵流和熵产生 381

七、例题 383

§20．7 热力学第三定律 385

一、热力学第三定律 385

二、焦耳-汤姆孙效应 386

思考题 388

习题 390

第二十一章 统计物理基础 391

§21．1 热力学系统的微观描述和热力学概率 391

一、热力学系统的微观描述 391

二、近独立子系系统 392

三、热力学概率 393

§21．2 玻耳兹曼统计法 395

一、分布出现的概率 395

二、平衡态——最概然分布 396

三、热力学公式和玻耳兹曼关系 397

§21．3 麦克斯韦-玻耳兹曼分布对理想气体的应用 400

一、麦克斯韦速度分布律 400

二、速率分布函数 402

三、速度分量的分布函数 404

四、用麦克斯韦分布律求平均值 405

五、温度的微观意义 406

六、误差函数和积分公式 408

七、例题 408

§21．4 麦克斯韦-玻耳兹曼分布的实验验证 410

一、理想气体的压强公式和状态方程 410

二、气体分子在重力场中按高度分布 411

三、在转动系统中分子按径向的分布 411

四、麦克斯韦分布律的实验验证 412

五、例题 414

一、气体分子的自由度 416

二、能量按自由度均分定理 416

§21．5 能量按自由度均分定理 416

三、理想气体的内能和热容 418

§21．6 费米分布和玻色分布 421

一、量子系统的微观态和宏观态 421

二、半经典的玻耳兹曼分布 422

三、费米-狄拉克分布 423

四、玻色-爱因斯坦分布 424

五、量子统计的经典近似 425

六、对氢及双原子分子理想气体的热容与温度关系的定性解释 426

§21．7 负温度 428

一、核自旋系统的负温度 428

二、关于系统负温度状态的统计解释 429

一、分子的碰撞和碰撞截面 431

§21．8 气体中的输运现象 431

二、分子的碰撞频率和平均自由程 432

三、气体中的输运现象 435

思考题 442

习题 443

第二十二章 物态和相变 445

§22．1 物态和相 445

一、物态 445

二、相 445

§22．2 实际气体 446

一、C02气体的等温线 446

二、范德瓦耳斯方程 448

三、范德瓦耳斯等温线 452

四、临界参数和对比态方程 453

一、液体的微观结构 454

§22．3 液体 454

二、液体的表面张力 455

三、毛细现象 458

四、渗透压 462

五、液晶 463

六、例题 467

§22．4 固体 470

一、晶体与非晶体 470

二、晶体的对称结构 474

三、晶体结合的基本形式 476

四、晶体的结合能 478

五、晶体的一些热学性质 478

六、晶体中的缺陷 481

八、准晶 483

七、固气界面现象 483

§22．5 相变 485

一、气液相变 485

二、固液相变 488

三、固气相变 490

四、三相图 491

五、克拉珀龙方程 492

六、化学势和相平衡条件 494

七、例题 497

§22．6 非平衡相变和自组织现象 498

一、贝纳德花样 499

二、激光 499

§22．7 信息熵和遗传密码 500

三、化学钟 500

四、生物学方面的例子 500

一、信息和不确定性 501

二、信息熵——不确定性的量度 501

三、信息量 502

四、信息熵S(α)与热学熵S(k)的关系 503

五、遗传密码和遗传信息 503

§22．8 金属中的电子 506

一、金属中的电子气模型 506

二、费米球 509

三、自由电子气体的热容和电导率 511

一、化学势μ 513

二、玻色-爱因斯坦凝聚 513

§22．9 理想玻色系统的性质和光子气体 513

三、玻色-爱因斯坦凝聚的新发现 515

四、激光冷却的基本原理 516

五、光子气体和普朗克黑体辐射公式 517

§22．10 液氦及其超流动性 518

一、4He的一些奇妙实验现象 518

二、4HeⅡ性质的简单理论解释 522

三、液3He的超流动性 524

思考题 525

习题 526

附录 528

基本物理常量 528

一些常用单位的换算因子 529