经典物理学

到本章我们就开始实现物理学有史以来最为伟大的梦想，那就是希望用最少的微观基本理论来理解复杂的宏观现象。 请同学们仔细体会一下，物理学的一个基本精神，就是对任何现象的理解总是要基于比对象具有更小尺度的物质层次，以那个物质层次的相互作用来作为我们所观察到的现象的原因。本章的讨论就体现了这种精神。 例如利用半导体的电阻温度系数为负值的特性，可以制造热敏电阻。利用一些半导体对光的敏感性，可以制造光敏电阻，…...

研究原子结构是和研究热辐射与物质的相互作用完全不同的一个领域，在这个领域里，人们又一次独立地遭遇到了量子观念。从这里最终奠定了量子力学的基础。 原子光谱的实验规律 要研究原子结构，在当时，除了放射性粒子对物质材料的轰击以外，最重要的手段就是通过原子发光现象来得到原子的光谱，从对光谱的分析得到有关原子结构的信息。 人们在收集大量的光谱资料的基础上，归纳出一些经验规律： （1）  …...

人类遭遇物质的量子性质，一个地点就是热辐射。在电磁理论比较成熟以后，人们把对电磁现象的研究领域扩展到了一般电流与可见光的范围之外，由于工业上的金属冶炼的需要，物质因热而发光乃至发射辐射能，开始成为人们研究的对象。恰好是在分析一些热辐射规律的产生原因时，人们被迫引入了辐射或光的量子性质。 热辐射 物质在原子层次的电磁结构以及不停息的分子热运动，导致物质总是在发射电磁辐射，这种辐射的强度和频率分布是随…...

从本质上来看，狭义相对论仍然属于经典的物理学，因为实际上牛顿力学本身在逻辑上还有一些漏洞，特别是与电磁学还不能相容。狭义相对论彻底从逻辑上完善了牛顿力学，并且使得牛顿力学和电磁学完全自恰了。 伽利略变换。经典力学时空观。 首先我们必须了解所谓伽利略相对性原理在牛顿力学里所具有的根本重要性。 让我们回顾一下牛顿力学的基本思想，这样能有助于我们理解这些概念的相互关系，而不至于造成概念混乱。 我们知道牛…...

自然光和线偏振光。 按照光的电磁波理论，光是横波，即光矢量E（我们可以只考虑电场强度）与光的传播方向垂直，也就是说处在与光的传播方向垂直的平面上。那么在这个平面上，由于光矢量的方向与光源有关，因此并不一定是有确定不变的方向的，这样就出现了所谓偏振现象。 对于自然光而言，不存在有优势的光矢量方向，因此这种在任意方向上平均分布的光特意称为自然光。 如果光矢量只在一个方向上，就称为线偏振光，或称为平面偏…...

历史上，除了干涉现象以外，还有一种现象有力地表明了光的波动属性，这就是衍射现象。 光的衍射。 衍射的实质还是一种干涉。这种干涉的发生在现象上表现为光线遇到与波尺度相比拟的障碍物时，出现直线传播的发散与展衍现象。 一般我们观察衍射现象，是让光通过一个透光孔，形状可以是圆孔，或狭缝，当透光孔的尺度小到可以和光的波长相比拟时，光通过透光孔厚到达一个屏幕上，就可以观察到衍射条纹。 衍射分成两种： （1）菲…...

光源。光的单色性和相干性。 光源的发光机制一般是相当复杂的，不过发光终究是由于分子或原子的能态被外界能量激发而吸收能量以后，再从高能态返回低能态而放出能量的过程。 对于热光源来说，分子或原子的激发是通过热碰撞而实现的，然后再间歇地辐射出电磁波来，一般这种激发与辐射过程是相当参错不齐的，只满足某些统计性的分布规律。因此一般的光源所发出的光总是具有一定的频宽。 如果我们为了在比较简单的情况下来研究光，…...

让我们还是先回顾一下已经学过的知识。 对于电磁现象，尽管我们仍然还是从力学的角度来理解各种各样的物理对象以及物理过程，但最关键的是引入了场的概念，首先我们引入了静电场，是由静止电荷所激发出来的，是不能离开电荷而单独存在的。然后我们应用牛顿力学的方法，从电场对电荷的力学作用的角度，刻画了电场的一般性质。至于稳恒电流，则是静电场中的电荷定向运动。后来我们把磁现象理解为由电流所产生的。由此得到电流产生磁…...

磁介质。 磁场作为一种场，首先是一种作用的空间分布，由于一切物质在原子层次上是一种电磁结构，因此磁场几乎对一切处于磁场内部的物质都能产生磁化影响，反过来，所谓受到磁化影响就是产生了附加磁场，附加磁场与原磁场叠加以后，就使得空间位置上的实际磁场发生了变化，而所谓磁场的叠加，就是磁感应强度作为矢量的相加，这种叠加的结果可以根据磁介质的相对磁导率来进行分类： （1）顺磁质。 顺磁质的相对磁导率稍微大于1…...

回顾一下我们已经学习过的知识。 首先我们研究的物理对象是静电场，然后研究了在静电场里作定向运动的电荷，就是所谓电流，在仔细分析了磁现象的规律后，我们把磁场归结为是电流所产生的。这样就有了对于由电流所产生的磁场的研究，由于磁场之间的相互作用，相应地就会发生磁场对载流导线的作用。进一步，我们现在还要研究磁场产生电流的效应，从而更深刻地了解电与磁之间的关系。 电磁感应的基本定律。 这里最关键的发现是法拉…...

我们已经通过讨论磁感应强度的定义，建立了基本的磁场对电流的作用的理论，本章将更具体，更直接地讨论磁场对一些特定的电流的形式的作用。 磁场对载流导线的作用力。安培定律。 我们已经讨论了载流导线所产生的磁场，而且我们在研究磁场如何应用磁感应强度来刻划的时候，已经运用一个载流检验线圈，在磁场中的受到力矩作用的表现来刻划磁场的分布。 现在我们更直接地考虑磁场对载流导线的作用力。很显然，在磁场中的载流导线，…...

磁现象的发现并不比电现象晚，但人们一直没有把这两种现象联系起来，而是看成完全不同的相互没有任何关系的两种现象。只是在对于电的研究相当深入以后，才在电流的现象中发现磁的作用，这才提示人们这两种现象的本质关系。 基本磁现象。 最先发现的磁现象是磁铁的相互作用。由于天然存在的磁铁，使得人们非常地熟悉磁铁所表现出来的特性。例如磁铁总是有两个极—南极和北极，同极相排斥，异极相吸引等等，这些特性只有在人们理解…...