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| 編輯推薦： |
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《大学物理学（下册）》可作为理工科、师范院校及各类高职院校、成人大学普通物理课程的教材，也可供有关科技人员及广大青年自学者参考。
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| 內容簡介： |
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《大学物理学（下册）》以普通物理学教学大纲（非物理专业）为依据，系统地论述了普通物理学的基本内容，《大学物理学（下册）》分力学、振动与波、热学、电磁学、光学和近代物理共六篇。《大学物理学（下册）》内容丰富，观点明确，注重物理思想和方法，注重启发思维，培养能力。特别是对基本概念、基本理论、基本规律和方法的叙述严密、准确，重点突出，脉络分明。尤其对定理和公式的推导、分析、应用，表述简明、清晰；对易错或混淆之处讲述详尽。
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| 目錄：
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目录
前言
第13章稳恒磁场1
13．1磁感应强度磁场的Gauss定理1
13.1.1磁场2
13.1.2磁感应强度2
13.1.3磁场中的Gauss定理3
13.2Biot-Savart定律5
13.2.1Biot-Savart定律5
13.2.2Biot-Savart定律的应用6
13.2.3运动电荷的磁场10
13.3Ampère环路定理11
13.3.1Ampère环路定理11
13.3.2Ampère环路定理的应用12
13.4带电粒子在磁场中的运动15
13.4.1Lorentz力15
13.4.2带电粒子在磁场中的运动15
13.4.3带电粒子荷质比的测定17
13.4.4回旋加速器18
13.4.5Hall效应19
13.5磁场对载流导线的作用21
13.5.1Ampère定律21
13.5.2两平行长直电流之间的相互作用电流的单位23
13.6磁场对载流线圈的作用24
13.6.1磁场作用于平面载流线圈的磁力矩24
13.6.2磁力的功25
思考题26
习题27
第14章磁介质32
14.1磁介质顺磁质和抗磁质的磁化32
14.1.1磁介质32
14.1.2顺磁质和抗磁质的磁化32
14.2磁化强度磁介质中的Ampère环路定理33
14.2.1磁化强度33
14.2.2磁介质中的Ampère环路定理34
14.3铁磁质及其应用36
14.3.1铁磁质的特性36
14.3.2铁磁质应用39
思考题39
习题40
第15章电磁感应42
15.1电磁感应定律42
15.1.1电磁感应基本实验42
15.1.2Lenz定律43
15.1.3Faraday电磁感应定律43
15.2动生电动势与金属电子理论45
15.2.1在磁场中运动的导线内的感应电动势45
15.2.2动生电动势的电子论解释46
15.2.3在磁场中转动线圈内的感应电动势和感应电流48
15.3涡旋电场——感生电动势48
15.3.1涡旋电场感生电动势48
15.3.2电子感应加速器49
15.3.3涡流50
15.4自感与互感51
15.4.1自感现象和自感系数51
15.4.2互感现象和互感系数53
15.5磁场的能量55
15.5.1自感磁能55
15.5.2互感磁能55
15.5.3磁能密度56
思考题57
习题57
第16章Maxwell电磁理论61
16.1Maxwell方程组61
16.1.1位移电流61
16.1.2位移电流的磁场62
16.1.3Maxwell方程组63
16.2Hertz实验64
16.3电磁波64
16.3.1平面电磁波的性质64
16.3.2电磁波的能量65
16.3.3电磁波谱66
思考题67
习题67
第五篇波动光学
第17章光的干涉71
17.1光的相干性杨氏干涉实验71
17.1.1光的相干性71
17.1.2杨氏干涉实验73
17.2干涉条纹的可见度76
17.2.1干涉条纹的可见度76
17.2.2光源的非单色性对干涉条纹可见度的影响77
17.2.3时间相干性78
17.2.4光源的线度对干涉条纹的影响79
17.2.5空间相干性80
17.3Fresnel公式81
17.3.1Fresnel公式的推导82
17.3.2对Fresnel公式的讨论83
17.4薄膜干涉86
17.4.1等倾干涉86
17.4.2等厚干涉87
17.4.3薄膜干涉的应用88
17.5Michelson干涉仪90
17.5.1Michelson干涉仪的工作原理91
17.5.2Michelson干涉仪干涉花样形态91
思考题92
习题92
第18章光的衍射94
18.1光的衍射现象94
18.1.1光的衍射现象94
18.1.2Huygens-Fresnel原理95
18.2单缝的Fraunhofer衍射95
18.2.1单缝的Fraunhofer衍射95
18.2.2Fresnel半波带法96
18.2.3衍射花样的形成及光强分布97
18.2.4衍射图像的特点97
18.3圆孔的Fraunhofer衍射光学仪器的分辨本领99
18.3.1Fraunhofer圆孔衍射99
18.3.2助视光学仪器的分辨本领100
18.4光栅衍射衍射光谱101
18.4.1光栅衍射101
18.4.2光栅方程102
18.4.3光栅光谱103
18.4.4光栅的分辨本领104
18.5X射线衍射Bragg公式105
18.5.1X射线衍射105
18.5.2Bragg公式106
18.6全息照相原理107
18.6.1全息照相107
18.6.2全息记录108
18.6.3全息再现109
18.6.4全息照相应用109
思考题110
习题110
第19章光的偏振112
19.1自然光和偏振光112
19.1.1光的偏振112
19.1.2自然光112
19.1.3偏振光113
19.2偏振片的起偏和检偏Malus定律113
19.2.1偏振片113
19.2.2偏振片的起偏和检偏114
19.2.3Malus定律114
19.3反射光和折射光的偏振116
19.3.1反射光的偏振116
19.3.2折射光的偏振117
19.4双折射现象117
19.4.1双折射现象117
19.4.2寻常光和非常光118
19.4.3晶体的光轴主截面118
19.4.4o光和e光的相对强度119
19.4.5Huygens原理对双折射现象的解释119
19.4.6应用双折射产生偏振光的仪器120
19.5椭圆偏振光和圆偏振光波片122
19.5.1椭圆偏振光和圆偏振光122
19.5.2椭圆偏振光和圆偏振光的获得122
19.5.3波片123
19.6偏振光的干涉人为双折射现象124
19.6.1偏振光的干涉124
19.6.2人为双折射现象124
19.7旋光的现象125
思考题126
习题127
第六篇近代物理基础
第20章狭义相对论基础131
20.1力学相对论原理和Galileo变换131
20.1.1力学相对性原理131
20.1.2经典力学的时空观131
20.1.3Galileo变换132
20.1.4Newton运动定律的Galileo不变性132
20.2狭义相对论的基本原理133
20.2.1Michelson-Morley实验133
20.2.2狭义相对论的基本原理135
20.3狭义相对论的时空观135
20.3.1同时的相对性135
20.3.2时间延缓136
20.3.3长度收缩138
20.4Lorentz变换139
20.4.1Lorentz变换式139
20.4.2Lorentz速度变换式141
20.5狭义相对论质点动力学简介143
20.5.1相对论质量和动量143
20.5.2相对论动能144
20.5.3质量与能量的关系145
20.5.4动量与能量的关系146
思考题147
习题147
第21章量子物理基础149
21.1热辐射Planck公式能量子149
21.1.1辐射和热辐射149
21.1.2Kirchhoff定律150
21.1.3黑体和黑体辐射的经典定律150
21.1.4Planck公式能量子153
21.2光电效应Einstein的光子理论155
21.2.1光电效应155
21.2.2光电效应的实验规律156
21.2.3光电效应与经典理论的矛盾156
21.2.4光量子假设和Einstein光电效应方程157
21.3Compton效应159
21.3.1Compton效应的实验规律159
21.3.2Compton效应的量子解释160
21.4氢原子光谱Bohr的氢原子理论162
21.4.1氢原子光谱的实验规律162
21.4.2Bohr的氢原子理论164
21.5微观粒子的波粒二象性不确定关系169
21.5.1光的波粒二象性169
21.5.2微观粒子的波粒二象性169
21.5.3不确定关系171
21.6Schrdinger方程172
21.6.1波函数及其统计解释172
21.6.2Schrdinger方程175
21.7Schrdinger方程的应用177
21.7.1一维无限深势阱中运动的粒子177
21.7.2线性谐振子178
21.7.3势垒贯穿180
21.7.4氢原子的量子力学描述183
21.8电子自旋四个量子数188
21.8.1电子自旋188
21.8.2四个量子数190
21.9原子的电子层结构190
21.9.1Pauli原理190
21.9.2电子排列的壳层结构191
21.9.3能量*小原理191
21.10激光192
21.10.1自发发射和受激发射192
21.10.2粒子数反转193
21.10.3谐振腔193
21.10.4激光器194
21.10.5激光的特性及其应用194
思考题195
习题196
参考文献198
常用物理常数199
英汉人名对照表201
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| 內容試閱：
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第13章稳恒磁场
静止电荷在其周围的空间激发静电场，当电荷运动时，在它周围的空间不仅激发电场，同时还激发磁场.本章讨论稳恒电流在其周围空间激发的稳恒磁场的基本性质和遵从的基本规律.所谓稳恒磁场是指这种磁场在空间的分布不随时间变化.
13.1磁感应强度磁场的Gauss定理
很长一段时间，人们普遍认为电现象和磁现象是互不相关的，对它们的研究也是彼此独立进行的，直到1820年4月，丹麦科学家H.C.Oersted发现了电流的磁效应，开始揭示出磁现象和电现象之间的联系.图13-1所示为Oersted实验，在通电直导线附近的小磁针受到作用而产生偏转，这说明小磁针受到了电流的作用力.不久，他又发现磁铁也可使通电导线发生偏转，这说明磁铁可对电流产生作用力.1820年9月，法国科学家A.M.Ampère在实验中发现了载流导线或载流线圈之间有相互作用力，并通过实验进一步指出两根载流的平行直导线，在它们的电流同向时互相吸引，在电流反向时互相排斥，如图13-2所示.
图13-1Oersted实验图13-2直线电流间的作用
无论是电流和磁铁之间的作用力，还是电流和电流之间的作用力，都可以归结为运动电荷之间的作用力.磁铁看图13-3分子圆电流来似乎和电流很不相像，但根据原子论观点，磁铁中包含永久运动着的电荷，即原子尺度上的电流，Ampère把这种电流称为分子圆电流.如图13-3所示，分子圆电流相当于一个基元磁体.利用Ampère分子圆电流假设不仅可以解释物质磁性本质，还可以解释磁铁的N？S极不能单独存在的原因.因为基元磁体的两个极对应于分子圆电流的正反两个面，显然分子圆电流的这两个面是不能单独存在的.近代物理理论进一步表明，原子核外电子除绕核运动外，电子自身还具有自旋的特性.分子？原子等微观粒子内部电子的运动就构成了等效的分子电流，因此，作用在磁铁上的力同样可用运动电荷之间的作用力来解释.由此可见，一切磁现象源于电荷的运动.
13.1.1磁场
电流之间？磁铁之间？磁铁与电流之间的相互作用都可以等效为运动电荷之间的相互作用，并且这些相互作用是通过磁场来实现的，即运动电荷电流？磁铁在其周围空间激发磁场，磁场对置于其中的运动电荷电流？磁铁有力的作用，反过来亦如此，这种相互作用可表示为
运动电荷电流？磁铁 磁场 运动电荷电流？磁铁
磁场和电场一样，也是客观存在的一种特殊物质，磁场物质性的重要表现有:
1磁场对进入其中的运动电荷电流？磁体有力的作用.
2当载流导体在磁场中运动时，磁场力将对之做功，这表明磁场具有能量.
磁场的基本性质是它对位于其中的运动电荷有磁场力的作用，与静电场的研究方法相似，我们将从磁场对运动电荷的作用力出发，定义出描述磁场性质的物理量——磁感应强度B.
13.1.2磁感应强度
仿照定义电场强度E时引入点电荷概念的方法，在磁场中引入运动的试探电荷，设试探电荷的电量为q，速度为v，以不同的方向进入磁场，实验表明:
1磁场中存在某一特定方向，当正？负试探电荷沿着这个方向正向或逆向运动时，均不受磁场力的作用，此时电荷的速度方向和磁感应强度B的方向在同一条直线上，规定此处小磁针N极的指向为此点磁感应强度B的方向.如图13-4a所示.
图13-4磁场作用在运动电荷+q上的力
2当电荷q以不同于磁场方向的速度v通过磁场中某点时，磁场作用在运动电荷上的磁场力F的大小，与试探电荷的电量q和运动速率v的乘积qv成正比，与v和B的夹角θ的正弦sinθ成正比;磁场力F的方向总是垂直于速度v与磁场方向组成的平面.改变电荷q的符号，则磁场力F的方向反向，如图13-4b所示.
3当运动电荷的速度v垂直于磁场方向时，运动电荷所受的磁场力具有**值Fm，而Fm与乘积qv成正比.显然，若电荷的速率v及电量q不同，Fm的值也不同，然而对磁场中某一给定点，比值Fmqv却是一定的，与运动电荷的qv值的大小无关，而在磁场中不同位置处比值有不同的量值，比值真实地反映了磁场的空间分布.可见，比值反映该点磁场的性质，因此，我们把这个比值定义为磁场中某点的磁感应强度B的大小，即
B=Fmqv13-1
实验表明，Fm的方向既与运动电荷的速度v垂直，又与磁感应强度B的方向相垂直，即Fm的方向总是垂直于速度v和磁感应强度B所组成的平面，且三者相互垂直，如图13-4c所示.
可见，对于正电荷，F？v及B方向之间的关系遵从右手螺旋法则，由于磁场力F与速度v的方向，原则上都可通过实验测定，于是，可由右手螺旋关系**地确定磁感应强度B的方向.具体方法是:右手四指由磁场力F的方向经小于180°角转向速度v的方向，则大拇指所指方向即为磁感应强度B的方向，即正电荷所决定的F×v的矢量方图13-5B？F？v的方向关系向，如图13-5所示.
磁感应强度B是与空间位置有关的函数，如果磁场中某一区域内各点的磁感应强度B都相同，即该区域内各点B的方向一致？大小相等，则该区域内的磁场就叫均匀磁场，否则就是非均匀磁场.
在国际单位制中，力的单位是NewtonN，电量的单位是CoulombC，速度的单位是m？s-1，磁感应强度的单位为TeslaT，即
磁感应强度的量纲为[I-1MT-2].某些磁场的磁感应强度的大小如表13-1所示.
表13-1某些磁场的磁感应强度的大小
中子星表面约108T
太阳表面约10-2T
地球两极附近约6×10-5T
地球赤道附近约3×10-5T
超导电磁铁5~40T
大型电磁铁1~2T
目前还在使用的CGS制中，磁感应强度的单位是GaussGS，它与TeslaT在数值上有下述关系
1Gs=10-4T
由图13-4和式13-1可知，若已知磁场中某点的磁感应强度B，则以速度v运动的电荷在该点受到的磁场力为
F=qv×B13-2
式13-2决定的结果与实验结果完全一致.对正电荷+q来说，F的方向与v×B的方向相同;而负电荷-q的F则与v×B的方向相反.
产生磁场的运动电荷或电流可称为磁场的源，在有若干个磁场源的情况下，它们产生的磁场服从叠加原理.以Bi表示第i个磁场源在某处产生的磁感应强度，则在该处的总磁感应强度为
B=∑iBi
13.1.3磁场中的Gauss定理
1.磁感应线
为了形象地描绘磁场中磁感应强度B的分布，类比电场中引入电力线的方法引入磁感应线.稳恒电流的磁场中某给定点的磁感应强度B的大小和方向都是确定的，因此，规定曲线上每一点的切线与该点的磁感应强度B的方向在一条直线上，曲线的疏密程度表示该点磁感应强度B的大小，通过垂直于B的单位面积上的磁感应线条数正比于该处B的大小.这样，磁感应线密集处磁场强，磁感应线稀疏处磁场弱.于是磁感应线的分布就能形象而直观地反映磁场的分布情况.磁感应线也是一种人为地画出来的辅助曲线，并非磁场中真有这种线存在.
图13-6几种不同形状电流磁场的磁感应线
磁场中的磁感应线可借助小磁针或铁屑显示出来，如图13-6所示.由载流长直导线的磁感应线图形可以看出，磁感应线的回转方向和电流之间的关系遵从右手螺旋法则，即用右手握住导线，使大拇指伸直并指向电流方向，这时其他四指弯曲的方向，就是磁感应线的回转方向.同样，如果右手四指握向电流的流向，则伸直的大拇指的指向就是磁感应线的方向，如图13-7所示.
图13-7磁感应线与电流方向的关系
分析上述几种典型的载流导线的磁感应线的图形可以看出，磁感应线具有如下特性:
1由于磁场中每点的磁场方向具有**性，所以磁场中的磁感应线不会相交.这一特性和电力线是相同的.
2载流导线周围的磁感应线都是环绕电流的闭合曲线，既无起点，也没有终点.这一特性和静电场中的电力线有起点也有终点明显不同.
2.磁通量
磁场是一种矢量场，在分析磁场的规律时，类比于电通量，引入磁通量的概念.定义通过磁场中某一曲面S的磁感应线条数叫做通过该曲面S的磁通量，用符图13-8磁通量号Φm表示.
在图13-8所示的磁场中，取一曲面S，在曲面上取一面积元dS，它所在处的磁感应强度B与法线矢量n之间的夹角为θ，则通过面积元dS的磁通量为
dΦm=BdScosθ=B？dS13-3
于是通过某一有限曲面S的磁通量就等于通过这些面积元dS上的磁通量的总合，即
Φm=∫SB？dS=∫SB？dSn=∫SBcosθdS13-4
在国际单位制中，磁通量的单位为WeberWb，1Wb=1T？m2，所以1T也用1Wb？m-2表示.
3.磁场中的Gauss定理
图13-9穿过封闭曲面的磁通量
如果在图13-9所示的磁场中取一闭合曲面S，规定垂直于闭合曲面向外的指向为面积元的正法线方向，这样从闭合曲面穿出的磁通量为正，穿入闭合曲面的磁通量为负.由于任何磁场的磁感应线都是无头无尾的闭合曲线，因此穿入闭合曲面的磁感应线数必等于穿出闭合曲面的磁感应线数，所以通过任一闭合曲面的总磁通量恒等于零，即
∮SB？dS=013-5
式13-5叫做磁场中的Gauss定理，它是表明磁场性质的重要定理之一.将静电场的Gauss定理∮SD？dS=∑qi与磁场中的Gauss定理相比较，虽然它们在形式上相似，但两者有着本质上的区别.通过任意闭合曲面的电场强度通量可以不为零，而通过任意闭合曲面的磁通量则必为零.两者的差别在于静电场中的电力线是由电荷发出的，总是源于正电荷，终止于负电荷，因此，静电场是有源场;而磁感应线都是环绕电流的？无头无尾的闭合曲线，因此，磁场是无源场.
13.2Biot-Savart定律
金属导线中的电流是由大量电子作定向运动形成的，因此，所有运动电荷在其周围空间激发的磁场在宏观上就归结为载流导线在周围空间激发的磁场.Biot-Savart定律反映了载流导线产生磁场的基本规律.一般情况下，载流导线的形状具有任意性，因此，需要把载流导线看成由许多电流元组合而成.在载流导线上任取一电流元Idl，先求出电流元Idl在空间给定点激发的磁场dB，再根据磁场的叠加原理，则整个载流导线在磁场中某点所激发的磁感应强度B就是所有电流元在该点的dB的叠加.
13.2.1Biot-Savart定律
图13-10电流元产生的磁感应强度
如图13-10所示，在载流导线上沿电流方向取一电流元Idl，电流元在某给定点P处的磁感应强度dB的大小与Idl和sinθ的乘积成正比，[θ为Idl与r的夹角Idl，r]，并与电流元到点P的距离r的平方成反比，即
dB=kIdlsinθr2
式中，k为比例系数，它的大小和单位取决于磁场中的磁介质和所选用的单位制.对于真空中的磁场，在国际单位制中，规定k=μ04π，μ0为真空的磁导率，其值为μ0=4π×10-7N？A-2.于是Biot-Savart定律在真空中的表达式为
dB=μ04πIdlsinr213-6a
dB的方向垂直于Idl和r所组成的平面，沿着矢积Idl×r的方向，如图13-10所示.因此，电流元激发的磁感应强度dB可用矢量式表示为
dB=μ04πIdl×rr313-6b有了电流元的磁场规律式13-6，对于任意形状的载流导线所产生的磁感应强度B，根据叠加原理，则整个载流导线在P点产生的磁感应强度B等于式13-6b沿载流导线的积分，即
B=∫dB=∫μ04πIdl×rr313-7
Biot-Savart定律和磁场叠加原理，是计算任意电流的磁场分布的基础，式13-7是二者的具体结合.但该式是一个矢量积分公式，在具体计算时，要用它的分量式.
13.2.2Biot-Savart定律的应用
由于电流元不
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