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第一章真空中的静电场
本章从库仑定律和场强叠加原理出发,由电场对电荷施力与电场对移动电荷作功的两个基本表现,引入电场强度与电势的概念,推导出反映静电场基本性质的两个定理,即高斯定理与环路定理,讨论了电场强度与电势的积分关系与微分关系。
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●1.1电磁学绪论
本节简单回顾了电磁学的发展历程,指出电磁学的研究对象是场。给出数学上描述场性质的方法及场的求解方法,最后介绍了电磁学的主要内容。
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●1.2电荷、库仑定律
本节介绍了电荷的基本性质,给出了真空中两个静止点电荷间相互作用规律---库仑定律。
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●1.3电场强度
电场是传递电荷间电相互作用力的媒质,从电场对电荷施力定义了电场强度;因场强满足叠加原理,则可由点电荷的场强来求解任意带电体的场强。
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●1.4电通量、静电场的高斯定理
电场线是一种直观明了的描述电场分布的图像,通过某个曲面电场线的数目称作该面的电通量。穿过闭合曲面的电通量与产生电场的电荷间的关系即高斯定理。利用高斯定理可以求解一些具有对称性电场分布的带电体的电场强度。
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●1.5静电场的环路定理、电势
静电场力作功与路径无关,由此得出环路定理。静电力是保守力,在静电场中引入电势能,从而引入电势的概念。电势的计算方法包括:定义法与叠加法。
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●1.6电势梯度
介绍了等势面与电场线的关系,讨论了电势与电场强度的微分关系。
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第二章静电场中的导体和电介质
本章研究电场与物质相互作用的规律,首先介绍电场与导体的相互作用,内容包括静电平衡、静电场中导体的电学性质、电容为等,其次讨论电场与电介质的相互作用,包括电介质极化现象,极化的微观介质和电介质中的静电场、最后学习静电场的能量.
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●2.1静电场中导体和电介质
本节从导体的微观结构出发,讨论了导体在静电场中的静电感应现象,分析了导体静电平衡条件、导体上的电荷分步、静电屏蔽及应用。
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●2.2电容和电容器
本节学习电容器、电容器电容的计算及电容器的串并联。
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●2.3静电场中的电介质
本节从电介质的微观结构出发,讨论了电介质的极化现象,并介绍了从宏观上引入描述极化的物理量--电极化强度,着重学习了有介质存在时的高斯定理及高能斯定理的应用。
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●2.4静电场的能量
本节以电容器为例给出电容器的储能公式,继而推广到静电场的能量。
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第三章真空中的稳恒磁场
本章主要讨论稳恒电流在真空中所激发磁场的性质及规律. 首先引入稳恒电流、磁感应强度矢量等一些基本概念,进而给出电流元所激发的磁场规律——毕奥-萨伐尔定律,并在此基础上讨论反映磁场性质的两个定理:高斯定理和安培环路定理,最后介绍磁场对电流和运动电荷的作用及其应用.
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●3.1稳恒电流、电流密度
本节首先介绍了磁学早期在中国的发展,以及磁的应用,并与电场类比介绍了本章的学习方法。引入了电流密度矢量并定义了稳恒电流的概念。
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●3.2磁场 磁感应强度
本节介绍了基本磁现象和安培分子电流假说,并对磁感应强度进行了定义。
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●3.3毕奥-萨伐尔定律及其应用
本节给出了电流元在空间所激发磁场的规律,即毕奥-萨伐尔定律,通过毕奥-萨伐尔定律结合矢量叠加原理可以求得任意载流导线周围的磁场。
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●3.4磁场的高斯定理和安培环路定理
本节引入磁场的高斯定理和环路定理来对磁场的性质进行描述,并介绍了利用高斯定理求解具有对称性磁场的方法。
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●3.5磁场对载流导线的作用
本节给出了电流元在磁场中所受安培力的公式,即安培定律。并介绍了磁场对载流导线及运动电荷的作用规律。
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第四章磁场中的磁介质
本章采用与讨论电介质中电场类似的方法,从物质的微观电结构出发,讨论顺磁质、抗磁质和铁磁质磁化的微观机制以及对磁场的影响,着重讨论了磁介质中场量的关系及有磁介质时的安培环路定理及其应用,最后讨论了铁磁质的性质和应用。
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●4.1磁场中的磁介质
本节首先介绍了磁介质的分类,并从物质的微观结构出发,讨论了顺磁质和抗磁质的磁化机制,并从宏观上引入描述磁化的物理量--磁化强度。
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●4.2磁介质中的安培环路定理
本节介绍了有磁介质存在时的安培环路定理,引入磁场强度矢量。
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●4.3铁磁质
本节介绍了铁磁质的特点、起始磁化曲线、磁滞回线及铁磁质的分类,并用磁畴理论来解释铁磁质的磁化特性。
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第五章变化电磁场的基本规律
本章学习变化的电场和磁场的规律,首先引入电动势的概念,然后在电磁感应现象的基础上总结电磁感应定律,重点对感应电动势的本质及其在特殊情形下的应用进行讨论,最后通过麦克斯韦关于感生电场和位移电流的假设,建立电磁场遵循的普遍规律——麦克斯韦方程组,由此预言电磁波的存在,并简明扼要地介绍电磁波的产生、传播及其性质.
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●5.1电源、电动势
电源、电动势
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●5.2电磁感应定律
电磁感应定律
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●5.3感应电动势的计算(1)
感应电动势的计算
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●5.4动生电动势
动生电动势
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●5.5感生电动势
感生电动势
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●5.6感应电动势的计算
感应电动势的计算(2)
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●5.7感应电动势的计算
感应电动势的计算(3)
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●5.8自感、互感
自感、互感
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●5.9磁场能量
磁场能量
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●5.10位移电流和麦克斯韦方程组
位移电流和麦克斯韦方程组
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●5.11电磁振荡 、电磁波
电磁振荡 、电磁波
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第六章波动光学
本章学习波动光学,即用光的波动性研究光在传播过程中出现的现象、规律及其应用。在光的相干性基础上,主要介绍光的干涉、光的衍射以及光的偏振三方面的内容。
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●6.1光的波动学说及光的电磁理论
本节学习光的波动学说的建立过程以及光的基本电磁理论。
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●6.2光源 光的相干性
本节学习光源的发光原理以及讨论光的相干性。
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●6.3光程、光程差
本节学习光程和光程差的概念和计算。
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●6.4杨氏双缝干涉实验
本节学习采用分波阵面法获得相干光的杨氏双缝干涉实验和劳埃德镜实验,主要介绍杨氏双缝干涉实验的实验装置、实验现象及其实验规律。
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●6.5薄膜干涉
本节主要学习采用分振幅法获得相干光的薄膜干涉的现象、规律及其应用。薄膜干涉分为等倾干涉和等厚干涉,其中等厚干涉主要学习劈尖和牛顿环。
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●6.6迈克耳孙干涉仪
本节学习采用分振幅法获得相干光的迈尔克孙干涉实验的实验装置、现象及其应用。
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●6.7光的衍射现象 惠更斯-菲涅耳原理
本节主要学习光的衍射现象,以及为了解释光的衍射现象所提出来的惠更斯-菲涅耳原理和计算衍射光强分布的菲涅耳衍射积分公式。
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●6.8单缝和圆孔夫琅禾费衍射
本节主要学习单缝和圆孔弗琅禾费衍射。在单缝夫琅禾费衍射中,重点学习采用半波带法分析光的干涉规律;在圆孔夫琅禾费衍射中,主要基于圆孔夫琅禾费的理论基础学习光学仪器的分辨率。
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●6.9光栅衍射
本节主要学习光栅衍射的实验现象、规律及其应用,重点学习光栅方程、缺级现象、谱线最高级次以及谱线重叠等问题。
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●6.10光的偏振性 自然光和偏振光
本节主要学习光的偏振性以及光的各种偏振状态。
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●6.11偏振片的起偏和检偏 马吕斯定律
本节主要学习偏振片的起偏和检偏功能,以及光通过偏振片后,反映光强变化的马吕斯定律。
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●6.12反射和折射时光的偏振
本节主要学习光在两种介质表面发生反射和折射时光的偏振状态以及布儒斯特定律。
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第七章从经典物理到量子力学
在本章中,首先,介绍经典物理无法解释的三个重要物理效应,例如,黑体辐射、光电效应以及康普顿效应;其次,介绍反映原子核外电子运动的(氢)原子光谱、玻尔的氢原子理论,以及玻尔氢原子理论的成功之处及其面临的困难。
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●7.1从经典物理到量子物理的困难——经典物理的困难
在本节中,主要介绍19世纪末20世纪初的物理学现状,以及量子力学建立之前的重要物理事件。
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●7.2黑体辐射、普朗克的能量子假说
在本节中,首先,介绍描述热辐射的几个物理量;其次,解释为什么研究(绝对)黑体辐射;最后,给出黑体辐射的两条实验规律,以及普朗克解释黑体辐射提出的“能量子”概念。
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●7.3光电效应、爱因斯坦的光量子论
在本节中,首先,介绍光电效应的实验规律;其次,给出爱因斯坦为解释光电效应而提出的“光量子”概念;最后,给出人们对光认识的发展历程。
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●7.4康普顿散射
在本节中,主要介绍康普顿效应的实验规律及其物理解释。
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●7.5原子结构和原子光谱、玻尔的量子理论
在本节中,首先,介绍早期的原子结构模型及其面临的困难;其次,介绍可以反映原子核外电子运动的(氢)原子光谱,以及氢原子光谱的经验公式——巴尔末公式;最后,介绍玻尔的氢原子理论及其实验验证,并给出玻尔氢原子理论的成功之处及其面临的困难。
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第八章量子力学基础
在本章中,首先,介绍量子力学的基本概念和基本原理,例如,德布罗意的物质波、不确定原理、波函数的统计诠释以及态的叠加原理;其次,介绍薛定谔方程的一般形式、定态薛定谔方程,以及定态薛定谔方程的应用;最后,给出描述原子中电子运动状态的四个量子数、泡利不相容原理及其元素周期表的物理解释。
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●8.1量子力学简介
在本节中,首先介绍量子力学建立之前的重要物理事件;其次,介绍建立量子力学的重要物理事件。
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●8.2实物粒子的波粒二象性 德布罗意假说
在本节中,首先介绍德布罗意假说,即实物粒子的波粒二象性,及其实验验证戴维孙——革末实验;其次,给出德布罗意的物质波与量子态之间的关系。
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●8.3不确定原理
在本节中,首先从测量的角度,给出微观粒子所遵循的基本规律;其次,介绍海森堡的不确定关系及其应用;最后,介绍玻尔的互补原理。
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●8.4波函数及其统计意义
在本节中,首先建立物质波的波函数;其次,给出波函数的统计诠释,以及描述实物粒子的波函数所满足的条件;最后,通过电子的双缝干涉实验,介绍态的叠加原理。
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●8.5薛定谔方程
在本节中,首先,通过一个粒子在一维势场中的非相对论运动,给出薛定谔方程的一般形式;其次,当势能不显含时间时,通过分离变量法给出薛定谔方程的定态形式。
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●8.6定态问题
在本节中,给出定态薛定谔方程的三个应用:一维无限深势阱(重点)、势垒隧穿与隧道效应、一维谐振子。
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●8.7氢原子
在本节中,首先,基于氢原子定态薛定谔方程的主要结果,给出描述原子中电子运动状态的三个量子数,即主量子数、角量子数、磁量子数;其次,通过原子在磁场中的三个实验,给出描述电子运动状态的第四个量子数:自旋磁量子数。
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●8.8多电子原子和元素周期表
在本节中,首先,给出决定原子中电子状态的泡利不相容原理;其次,给出原子壳层结构的几个基本概念,并基于电子组态的周期性变化解释元素周期表。