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第3篇 热学3

第9章 气体动理论3

9.1 平衡态温度理想气体状态方程3

9.1.1 平衡态 温度3

9.1.2 理想气体状态方程4

9.2 分子热运动和统计规律6

9.2.1 分子热运动的图像6

9.2.2 分子热运动的基本特征7

9.2.3 分布函数和平均值7

9.3 气体动理论的压强公式9

9.3.1 理想气体的微观模型9

9.3.2 速率分布函数10

9.3.3 压强公式的简单推导10

9.3.4 理想气体压强公式的推导12

9.4 理想气体的温度公式14

9.4.1 温度的本质和统计意义14

9.4.2 气体分子的方均根速率15

9.5 能量均分定理 理想气体的内能16

9.5.1 分子的自由度16

9.5.2 能量均分定理17

9.5.3 理想气体的内能18

9.6 麦克斯韦速率分布律18

9.6.1 分子速率的实验测定19

9.6.2 麦克斯韦速率分布律20

9.6.3 从速率分布函数f（v）推算分子速率的三个统计值21

9.7 玻尔兹曼分布律重力场中粒子按高度的分布22

9.7.1 玻尔兹曼分布律23

9.7.2 重力场中粒子按高度的分布24

9.8 分子的平均碰撞次数及平均自由程25

习题927

阅读材料温度与热量30

第10章 热力学基础31

10.1 热力学第一定律31

10.1.1 热力学过程31

10.1.2 功、热量、内能32

10.1.3 热力学第一定律34

10.2 热力学第一定律对于理想气体等值过程的应用35

10.2.1 等体过程 气体的摩尔定容热容35

10.2.2 等压过程 气体的摩尔定压热容37

10.2.3 等温过程39

10.3 绝热过程 多方过程40

10.3.1 绝热过程40

10.3.2 绝热过程方程的推导41

10.3.3 多方过程43

10.4 循环过程 卡诺循环45

10.4.1 循环过程45

10.4.2 卡诺循环46

10.5 热力学第二定律51

10.5.1 热力学第二定律51

10.5.2 两种表述的等价性52

10.6 可逆过程与不可逆过程 卡诺定理53

10.6.1 可逆过程与不可逆过程53

10.6.2 卡诺定理54

10.6.3 卡诺定理的证明55

10.7 熵56

10.7.1 熵的存在56

10.7.2 自由膨胀的不可逆性57

10.7.3 玻尔兹曼关系59

10.8 熵增加原理 热力学第二定律的统计意义61

10.8.1 熵增加原理61

10.8.2 热力学第二定律的统计意义62

10.8.3 熵增与能量退化63

10.8.4 熵增和热寂63

习题1064

阅读材料 麦克斯韦妖67

第4篇 电场和磁场71

第11章 真空中的静电场71

11.1 电场 电场强度71

11.1.1 电荷71

11.1.2 电荷守恒定律71

11.1.3 电荷的量子化72

11.1.4 库仑定律72

11.1.5 电场强度73

11.1.6 场强叠加原理74

11.1.7 电场强度的计算75

11.1.8 带电体在外电场中所受的作用80

11.2 电通量 高斯定理80

11.2.1 电场的图示法 电场线80

11.2.2 电通量81

11.2.3 高斯定理82

11.2.4 高斯定理的应用84

11.3 电场力的功 电势86

11.3.1 电场力的功86

11.3.2 静电场的环流定理87

11.3.3 电势能88

11.3.4 电势 电势差88

11.3.5 电势的计算89

11.4 电场强度与电势的关系91

习题1192

阅读材料 压电体94

第12章 导体和电介质的静电场96

12.1 静电场中的导体96

12.1.1 导体的静电平衡96

12.1.2 导体壳和静电屏蔽98

12.1.3 有导体存在的静电场电场强度与电势的计算99

12.2 静电场中的电介质101

12.2.1 电介质的极化101

12.2.2 极化强度和极化电荷102

12.2.3 电介质的极化规律103

12.2.4 有电介质时的高斯定理105

12.3 电容电容器106

12.3.1 孤立导体的电容106

12.3.2 电容器及其电容106

12.3.3 电容器的连接107

12.3.4 范德格拉夫起电机108

12.4 电场的能量110

12.4.1 带电系统的能量110

12.4.2 电场能量111

习题12112

阅读材料 磁单极114

第13章 恒定电流的磁场115

13.1 恒定电流115

13.1.1 电流 电流密度115

13.1.2 电源的电动势116

13.2 磁场 磁感应强度117

13.2.1 基本磁现象117

13.2.2 磁感应强度118

13.2.3 磁通量119

13.2.4 磁场中的高斯定理120

13.2.5 毕奥-萨伐尔定律121

13.2.6 毕奥-萨伐尔定律的运用123

13.3 安培环路定理126

13.3.1 安培环路定理127

13.3.2 安培环路定理的应用128

13.4 磁场对运动电荷的作用131

13.4.1 洛伦兹力131

13.4.2 带电粒子在匀强磁场中的运动132

13.4.3 霍尔效应134

13.4.4 磁流体发电136

13.5 磁场对载流导线的作用137

13.5.1 安培定律137

13.5.2 无限长两平行载流直导线间的相互作用力138

13.5.3 磁场对载流线圈的作用139

13.5.4 磁力的功141

13.6 磁介质143

13.6.1 磁介质的分类143

13.6.2 抗磁质与顺磁质的磁化144

13.6.3 磁化强度145

13.6.4 磁介质中的安培环路定理145

13.6.5 铁磁质149

习题13153

阅读材料等离子体及其磁约束157

第14章 电磁感应159

14.1 电磁感应定律159

14.1.1 电磁感应现象159

14.1.2 楞次定律160

14.1.3 法拉第电磁感应定律160

14.2 动生电动势与感生电动势162

14.2.1 动生电动势162

14.2.2 动生电动势的计算163

14.2.3 感生电动势165

14.2.4 电子感应加速器167

14.2.5 涡电流168

14.3 自感应和互感应169

14.3.1 自感应169

14.3.2 互感应170

14.4 磁场能量172

14.4.1 自感磁能172

14.4.2 磁场能量173

14.5 位移电流 电磁场理论174

14.5.1 位移电流174

14.5.2 全电流定律177

14.5.3 麦克斯韦方程组178

习题14179

阅读材料 遥感技术182

第5篇 近代物理187

第15章 相对论基础187

15.1 伽利略相对性原理经典力学的时空观187

15.1.1 伽利略相对性原理187

15.1.2 经典力学的时空观188

15.2 狭义相对论基本原理 洛伦兹坐标变换式189

15.2.1 狭义相对论基本原理189

15.2.2 洛伦兹坐标变换式的推导192

15.3 相对论速度变换公式194

15.4 狭义相对论时空观196

15.4.1 “同时”的相对性197

15.4.2 时间膨胀198

15.4.3 长度收缩199

15.4.4 相对性与绝对性200

15.5 狭义相对论动力学基础201

15.5.1 相对论力学的基本方程201

15.5.2 质量和能量的关系203

15.5.3 动量和能量的关系204

15.5.4 广义相对论简介207

习题15209

阅读材料 宋超新星爆发和光速不变性211

第16章 量子物理基础213

16.1 热辐射 普朗克的量子假设213

16.1.1 热辐射现象213

16.1.2 基尔霍夫辐射定律213

16.1.3 黑体辐射实验定律215

16.1.4 普朗克量子假设218

16.2 光电效应 爱因斯坦的光子理论221

16.2.1 光电效应的实验规律221

16.2.2 光的波动说的缺陷223

16.2.3 爱因斯坦的光子理论224

16.2.4 光的波-粒二象性225

16.2.5 光电效应的应用225

16.3 康普顿效应227

16.3.1 康普顿效应227

16.3.2 光子理论的解释228

16.4 氢原子光谱 玻尔的氢原子理论231

16.4.1 氢原子光谱的规律性231

16.4.2 玻尔的氢原子理论232

16.4.3 氢原子轨道半径和能量的计算233

16.4.4 玻尔理论的缺陷235

16.5 德布罗意波 波-粒二象性237

16.5.1 德布罗意波237

16.5.2 戴维孙-革末实验238

16.5.3 电子显微镜240

16.6 不确定度关系242

16.7 波函数 薛定谔方程245

16.7.1 波函数及其统计解释245

16.7.2 薛定谔方程247

16.8 薛定谔方程在一维问题中的应用249

16.8.1 一维无限深势阱249

16.8.2 扫描隧道显微镜255

16.8.3 谐振子256

16.9 量子力学中的氢原子问题257

16.9.1 氢原子的薛定谔方程257

16.9.2 量子化条件和量子数258

16.9.3 氢原子中电子的概率分布259

16.10 电子的自旋原子的电子壳层结构260

16.10.1 施特恩-格拉赫实验260

16.10.2 电子的自旋261

16.10.3 原子的电子壳层结构261

习题16263

阅读材料 红外技术266

习题答案273