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第1章 流体力学基础1

1.1 理想流体的定常流动2

1.1.1 理想流体2

1.1.2 定常流动3

1.1.3 流线与流管3

1.1.4 理想流体的连续性方程4

1.2 理想流体的伯努利方程5

1.2.1 伯努利方程的推导5

1.2.2 伯努利方程的应用7

1.3 黏性流体的运动9

1.3.1 流体的流动形态与雷诺数9

1.3.2 层流与黏性力10

1.3.3 泊肃叶定律11

1.3.4 斯托克斯定律12

习题13

第2章 气体动理论15

2.1 气体动理论的基本概念16

2.1.1 宏观态与微观态16

2.1.2 统计的规律性17

2.1.3 统计规律的定量分析17

2.1.4 等概率假设18

2.2 分子平均平动动能统计分布规律19

2.2.1 理想气体压强19

2.2.2 温度的统计意义21

2.3 分子能量的统计分布23

2.3.1 玻耳兹曼能量分布律23

2.3.2 能量按自由度均分原理24

2.4 分子速率统计分布27

2.4.1 麦克斯韦速率分布律27

2.4.2 三种速率28

2.5 分子碰撞的统计分布30

2.5.1 分子的平均碰撞频率31

2.5.2 分子的平均自由程32

2.6 气体中的输运过程32

2.6.1 黏滞现象33

2.6.2 扩散现象33

2.6.3 热传导现象34

习题34

第3章 热力学基础37

3.1 热力学第一定律38

3.1.1 热力学系统、热力学状态参量、内能38

3.1.2 准静态过程的功38

3.1.3 热量、热容40

3.1.4 热力学第一定律40

3.2 理想气体的热力学过程41

3.2.1 等体过程41

3.2.2 等压过程42

3.2.3 等温过程43

3.2.4 绝热过程44

3.3 循环过程 卡诺循环45

3.3.1 循环过程45

3.3.2 循环效率46

3.3.3 卡诺循环49

3.4 热力学第二定律53

3.4.1 热力学第二定律的两种表述53

3.4.2 热力学第二定律的微观意义54

3.4.3 热力学第二定律的统计意义54

3.5 熵与熵增加原理56

3.5.1 熵概念的引入56

3.5.2 熵增加原理58

3.5.3 熵变的计算58

3.6 熵的应用58

3.6.1 信息熵与遗传密码58

3.6.2 生命系统的负熵60

习题60

第4章 静电场 恒定电场63

4.1 电荷与库仑定律64

4.1.1 电荷64

4.1.2 库仑定律64

4.2 电场的提出65

4.3 静电场的描述66

4.3.1 描述电场的力的特性——电场强度66

4.3.2 描述电场的能量特性——电势69

4.4 静电场的规律72

4.4.1 描述电场和场源电荷关系的定理——高斯定理72

4.4.2 静电场的环路定理74

4.5 对称性分析的应用74

4.6 静电场与导体和电介质的相互作用76

4.6.1 静电场中的导体77

4.6.2 静电场中的电介质78

4.7 静电场的能量80

4.8 恒定电场与电源电动势81

4.8.1 恒定电场81

4.8.2 电源电动势82

4.8.3 温差电动势83

4.9 生物膜内、外的电势差85

4.10 电场在生物科学中的应用87

4.10.1 静电生物效应的应用87

4.10.2 细胞和生物胶粒的电泳88

4.10.3 细胞电场诱导融合90

习题91

第5章 恒定磁场93

5.1 磁现象与磁场94

5.1.1 磁现象94

5.1.2 磁本质94

5.2 磁场的描述95

5.2.1 磁感应强度95

5.2.2 毕奥-萨伐尔定律96

5.2.3 磁感线97

5.3 磁场的基本规律98

5.3.1 高斯定理98

5.3.2 安培环路定理99

5.4 磁场对运动电荷、电流及载流线圈的作用100

5.4.1 洛伦兹力100

5.4.2 安培力102

5.4.3 力矩103

5.5 磁场中的磁介质104

5.5.1 顺磁质与抗磁质104

5.5.2 铁磁质105

5.5.3 磁介质中的高斯定理105

5.6 生物组织的磁性107

习题108

第6章 交变电磁场111

6.1 电磁感应现象112

6.2 法拉第电磁感应定律 楞次定律113

6.2.1 法拉第电磁感应定律113

6.2.2 楞次定律113

6.3 动生电动势114

6.4 感生电动势 感生电场116

6.4.1 感生电动势 感生电场116

6.4.2 涡电流117

6.5 电磁波117

习题119

第7章 光的波动性121

7.1 光波及其相干条件122

7.1.1 光波122

7.1.2 光程122

7.2 分波阵面干涉124

7.2.1 杨氏实验124

7.2.2 光强分布126

7.2.3 劳埃德镜实验127

7.3 分振幅干涉127

7.3.1 薄膜的等倾干涉127

7.3.2 薄膜的等厚干涉130

7.4 迈克耳孙干涉仪133

7.5 人工膜BLM厚度的测量134

7.6 光的衍射135

7.6.1 光的衍射现象135

7.6.2 惠更斯-菲涅耳原理136

7.6.3 单缝的夫琅禾费衍射136

7.6.4 光栅的衍射139

7.7 光学仪器的分辨率143

7.7.1 圆孔衍射143

7.7.2 光学仪器的分辨率144

7.7.3 显微镜的分辨率146

7.8 光的偏振147

7.8.1 自然光与偏振光148

7.8.2 反射和折射时光的偏振149

7.8.3 偏振片的起偏和检偏马吕斯定律152

7.9 椭圆偏振光和圆偏振光 波片154

7.9.1 椭圆偏振光和圆偏振光154

7.9.2 波片155

7.10 偏光显微镜、相衬显微镜155

7.10.1 偏光显微镜155

7.10.2 相衬显微镜156

7.11 物质的旋光性及其应用158

7.12 圆二色性、旋光色散159

习题162

第8章 光的量子性163

8.1 热辐射与普朗克量子假说164

8.1.1 热辐射164

8.1.2 黑体辐射的规律164

8.1.3 黑体辐射定律165

8.1.4 普朗克量子假说166

8.2 光电效应与爱因斯坦光子说168

8.2.1 光电效应实验规律168

8.2.2 爱因斯坦光子理论169

8.2.3 爱因斯坦光电效应方程170

8.2.4 光电效应的应用171

8.3 康普顿-吴有训效应172

8.4 光的波粒二象性175

8.5 人类对光的本质认识的发展177

习题178

第9章 量子力学初步179

9.1 德布罗意波与电子衍射实验180

9.1.1 德布罗意波180

9.1.2 电子显微镜182

9.2 不确定关系183

9.3 薛定谔方程186

9.3.1 波函数186

9.3.2 波函数的统计解释186

9.3.3 薛定谔方程187

9.4 薛定谔方程的应用——势阱和势垒188

9.4.1 一维势阱中的粒子188

9.4.2 方势垒的穿透 隧道效应190

9.5 扫描隧穿显微镜192

9.5.1 扫描隧穿显微镜的原理192

9.5.2 扫描隧穿显微镜系统193

9.5.3 扫描隧穿显微镜与电子显微镜的比较194

9.5.4 扫描隧穿显微镜在生命科学中的应用194

9.6 原子结构的量子理论195

9.6.1 氢原子光谱的规律性195

9.6.2 用薛定谔方程处理氢原子196

9.6.3 电子自旋200

9.7 原子壳层结构201

9.8 核磁共振202

9.8.1 核磁共振基本原理202

9.8.2 核磁共振谱测量204

9.9 量子生物学简介205

习题207

第10章 光谱分析基础及应用209

10.1 光谱分析的种类210

10.2 光的吸收与散射212

10.2.1 光的吸收212

10.2.2 吸收定律212

10.2.3 光的散射214

10.2.4 拉曼散射215

10.2.5 光合作用217

10.3 原子光谱217

10.3.1 原子的发射光谱217

10.3.2 原子吸收光谱219

10.4 分子光谱220

10.4.1 转动能级与转动光谱221

10.4.2 振动能级与振动光谱221

10.4.3 振转能级与振转光谱222

10.4.4 分子的电子光谱223

10.5 遥感技术及其在农业、林业中的应用225

10.5.1 遥感技术概述225

10.5.2 红外遥感225

10.5.3 遥感技术在农业、林业中的应用225

10.6 荧光和磷光227

10.7 X射线谱及其应用229

10.7.1 X射线的产生及其谱线229

10.7.2 X射线晶体衍射231

10.7.3 X射线在生物学中的应用232

习题232

第11章 物质的放射性及其应用233

11.1 原子核的一般性质234

11.1.1 原子核的组成234

11.1.2 原子核的大小与核力235

11.1.3 原子核的结合能235

11.2 核的放射性衰变237

11.2.1 放射性的发现237

11.2.2 放射性衰变规律237

11.2.3 生物衰变常量与14C鉴年法239

11.3 放射性衰变的类型与核反应241

11.3.1 放射性衰变的类型241

11.3.2 原子核反应242

11.4 射线与物质的相互作用243

11.4.1 带电粒子与物质的相互作用243

11.4.2 光子与物质的相互作用245

11.4.3 中子与物质的相互作用246

11.5 放射性探测器246

11.6 辐射剂量250

11.7 放射性核素的应用252

11.7.1 放射性核素在工业方面的应用252

11.7.2 放射性核素在科学研究中的应用253

11.7.3 放射性核素在生物学和医学中的应用255

习题257

附录259

附表1常用物理常量表260

附表2国际单位制的词头261

参考文献263