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第三篇 电 磁学3

第十章 静电场3

10.1电荷和库仑定律3

一、电荷和电荷守恒定律3

二、库仑定律4

10.2静电场和电场强度6

一、电场和静电场6

二、电场强度7

三、电场强度的计算7

10.3高斯定理13

一、电场线13

二、电场强度通量14

三、高斯定理16

10.4电势及其与电场强度的关系20

一、静电场做功的特性——静电场属保守场20

二、电势能、电势和电势差21

三、等势面、电势梯度及其与电场强度的关系26

10.5静电场中的导体29

一、导体内的静电感应和静电平衡29

二、有导体存在时静电场的电场强度分析与计算32

三、导体空腔和静电屏蔽33

10.6电容和电容器35

一、孤立导体的电容35

二、电容器及其电容35

三、电容器的串联及并联37

10.7静电场中的电介质（绝缘体）39

一、电介质的极化39

二、电极化强度及其与极化电荷的关系42

三、极化电荷对电场及电容器电容的影响44

四、有电介质时的高斯定理46

10.8静电场的能量50

一、电容器的静电能51

二、静电场的静电能51

思考题54

习题55

阅读材料58

一、电的发现以及人类对电本性的初步认识58

二、库仑定律的发现过程及其带来的启示64

三、静电防护及静电应用举例68

四、电介质的几种特殊物理效应及应用71

五、静电幽默一则77

阅读材料思考题77

参考文献77

第十一章恒定电流及其磁场（静磁场）79

11.1恒定电流的条件及导电规律79

一、电流和电流密度79

二、电流的连续性方程以及产生恒定电流的条件82

三、电源及电动势82

11.2恒定电流的磁场（静磁场）83

一、基本磁现象和磁的起源83

二、磁感应强度86

三、磁感应线和磁通量88

11.3毕奥-萨伐尔定律89

11.4磁场的高斯定理和安培环路定理94

一、磁场的高斯定理94

二、磁场的安培环路定理95

11.5磁场对运动电荷的作用力99

一、电荷在匀强磁场中的运动99

二、电荷在非匀强磁场中的运动101

三、霍尔效应和霍尔传感器103

11.6磁场对电流的作用力104

一、安培定律105

二、闭合载流线圈在匀强磁场中所受力矩108

11.7磁场对电流做功109

一、载流导线在磁场中平动时安培力做功110

二、载流线圈在磁场中转动时安培力做功110

11.8磁场中的磁介质112

一、关于物质磁性的概述112

二、磁化强度和磁化电流114

三、有磁介质时的安培环路定理116

11.9铁磁质118

一、铁磁质的磁化规律119

二、铁磁质的磁化机理120

三、常用铁磁质的分类和应用121

思考题123

习题125

阅读材料128

一、磁介质在日常生活和生产中的应用128

二、磁场的几种特殊效应和应用129

三、自旋电子学（磁电子学）简介133

四、一道有趣的思考题136

阅读材料思考题137

参考文献138

第十二章 电磁感应和电磁波139

12.1电磁感应定律139

一、电磁感应现象的发现139

二、法拉第电磁感应定律140

三、楞次定律141

12.2动生电动势、感生电动势和感生电场143

一、动生电动势143

二、感生电动势和感生电场146

三、涡流和磁阻尼148

12.3自感和互感149

一、自感149

二、互感151

12.4磁场的能量153

一、自感磁能153

二、互感磁能153

三、磁场的能量密度154

12.5位移电流和麦克斯韦方程组155

一、位移电流和安培环路定理的推广156

二、麦克斯韦方程组158

12.6电磁振荡和电磁波159

一、电磁振荡159

二、电磁波161

思考题167

习题169

阅读材料171

一、电磁感应现象的应用171

二、法拉第生平事迹172

三、力场改变人类文明175

四、麦克斯韦生平事迹176

五、麦克斯韦建立电磁场理论的科学思想和方法177

六、部分三相交流电基本常识178

阅读材料思考题180

第四篇 物理光学183

第十三章 光的干涉183

13.1光的相干性183

13.2分波面双光束干涉184

一、杨氏双缝干涉实验184

二、劳埃德镜186

13.3分振幅薄膜干涉187

一、光程187

二、透镜不引起附加的光程差188

三、分振幅薄膜干涉188

四、劈尖和牛顿环190

13.4迈克耳孙干涉仪193

13.5光的干涉现象的应用195

一、全息照相195

二、利用干涉现象检查光学器件的表面197

思考题197

习题197

第十四章 光的衍射199

14.1光的衍射199

14.2惠更斯-菲涅耳原理201

14.3夫琅禾费衍射201

14.4光学仪器的分辨本领205

14.5光栅衍射和光栅光谱207

14.6 X射线衍射213

思考题215

习题215

第十五章 光的偏振217

15.1光的偏振状态217

一、自然光217

二、完全偏振光218

三、部分偏振光219

15.2线偏振光的获得和检验220

15.3反射光和折射光的偏振221

15.4双折射现象223

15.5椭圆偏振光和圆偏振光228

15.6偏振光的应用230

一、立体电影和立体电视230

二、偏振片在摄影中的应用举例231

思考题231

习题232

阅读材料233

一、光学发展简史233

二、光子计算机简介236

阅读材料思考题237

第五篇 近代物理基础242

第十六章 狭义相对论242

16.1伽利略变换式 绝对时空观242

一、伽利略变换式242

二、经典力学的绝对时空观244

16.2狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式244

一、狭义相对论的基本原理244

二、洛伦兹变换式245

三、相对论速度变换公式247

16.3狭义相对论的时空观248

一、同时的相对性248

二、洛伦兹收缩250

三、时间延缓251

16.4相对论性动量和能量252

一、动量与速度的关系252

二、狭义相对论力学的基本方程254

三、质量与能量的关系254

四、动量与能量的关系256

思考题257

习题258

阅读材料259

爱因斯坦的科学思想和方法259

阅读材料思考题261

参考文献261

第十七章 量子物理学262

17.1经典力学遇到的困难262

一、黑体辐射262

二、光电效应264

三、原子的线状光谱及稳定性265

17.2普朗克-爱因斯坦的光量子论267

17.3康普顿效应270

17.4德布罗意的物质波273

17.5玻尔的氢原子理论274

一、氢原子的光谱规律275

二、氢原子的玻尔理论275

17.6量子力学的建立278

17.7波函数及概率解释279

17.8不确定关系281

17.9薛定谔方程283

17.10一维无限深势阱286

17.11一维方势垒 隧道效应 扫描隧穿电子显微镜288

一、一维方势垒288

二、隧道效应289

17.12氢原子的量子理论291

一、能量量子化和主量子数292

二、角动量量子化和角量子数292

三、空间量子化和磁量子数292

17.13电子自旋：施特恩-格拉赫实验293

17.14泡利不相容原理、原子的壳层结构及元素周期表295

一、泡利不相容原理295

二、原子的壳层结构、元素周期表296

17.15激光298

一、物质与光相互作用的规律298

二、粒子数反转300

三、激光的特点301

四、激光的应用302

17.16半导体及晶体管303

一、固体的能带理论303

二、本征半导体和杂质半导体305

三、PN结305

四、晶体三极管307

五、晶体管的发明及意义309

17.17超导电性311

思考题313

习题313

阅读材料314

一、诺贝尔物理学奖离我们很近314

二、数码相机小常识316

三、量子计算机简介318

阅读材料思考题319

参考文献319