[全6册]“101计划”核心教材物理学领域力学+近代物理导论+电磁学+统计热物理+热力学与统计物理+理论力学科学出版社

内容介绍

 本书是为适应新时期高等学校热力学与统计物理课程的教学要求而编写的新型教材，可用于各种不同学时和课程深度的教学。本书在逻辑体系上进行了一些新的尝试，将热力学和统计物理有机地融合在一起，以系综理论为基础，以宏观物质结构为主线，注重基本概念、基本逻辑的阐述以及数学表述的严谨性，大幅压缩传统课程中比例偏重的热力学部分，重点突出热力学势的核心地位，同时不再将玻尔兹曼分布、玻色-爱因斯坦分布以及费米-狄拉克分布当作 概然统计来介绍，而是将它们当作系综统计在统计 立子系上的直接应用来讲授。此外，在涉及非平衡宏观系统的部分还加入了一些较新的进展。

内容介绍

 本书入选 “101”物理教材建设计划。
 
热力学与统计物理是研究由大量微观粒子构成的宏观系统的热性质的两种基本理论方法。作为课程，热力学与统计物理是普通物理热学的后续，是物理学专业非常重要的基础课。本书分别从热力学与统计物理两条主线展开讨论。在讨论中，本书特别注重热力学与统计物理两种理论方法的结合与相互借鉴，尽可能使读者体会二者的 特魅力。
 
本书的热力学部分包括热力学基本规律、均匀系的平衡性质、单元系的复相平衡、多元系的相和化学平衡等内容，统计物理部分则包括统计系综、量子理想气体、经典流体、二级相变及其平均场理论、非平衡态统计等内容。本书强调了从一般的统计系综理论出发来讨论一般的统计物理系统，同时结合近年来学科发展的需要，大大加强了关于相变(特别是二级相变)方面的讨论。
 
本书可作为各高校物理学专业相关课程的教材，也可以供其他专业有需要的学生或教师参考。

作者简介

 刘川
 
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刘川，北京大学物理学院教授。1988年毕业于北京大学物理系并获得学士学位，同年经CUSPEA项目赴美国加州大学 亚哥分校(UC San Diego)攻读博士学位， 于1994年获得博士学位后在德国国家同步加速实验室从事博士后研究工作。1996年回到北京大学物理学院 （前物理系）理论物理研究所任教，2001年起至今任教授。
 
自博士阶段至今，一直从事格点场论、格点量子色动力学方面的理论研究，并先后讲授“热学”“热力学统计物理”“平衡态统计物理”“理论力学”“电动力学”“计算物理”“量子场论”等课程。
 

内容介绍

本书是作者在多年教学经验的基础上， 将电磁学与电动力学的内容适当贯通， 既分阶段， 又平滑过渡， 由此避免不 要的重复， 以利于缩短学时，便于学生掌握． 全书分为上、下两册， 本书为上册， 主要深入讲解电磁场的性质，研究电磁场和介质相互作用的本质和规律， 并深入探讨了电磁场作为一种物质的运动状态的普遍量度———能量． 书中应用实例和例题甚多， 以便学生更好地掌握基本概念和基本理论．
本书可作为普通高等学校物理或应用物理专业本科生的电磁学课程的教材或参考书， 也可供相关专业师生和科技工作者参考．

目录

出版说明
前言
绪论 电磁学的建立和应用/1
0.1 电磁学的建立/1
0.1.1 宇宙的演化/1
0.1.2 电磁现象的历史记载/2
0.1.3 电磁学的诞生/3
0.1.4 场思想的提出和电磁学科学体系的建立/6
0.2 电磁学的应用/6
章 真空中的静电场/10
1.1 电荷守恒/10
1.2 库仑力/11
1.2.1 库仑扭秤实验/11
1.2.2 库仑定律/13
1.3 叠加原理/14
1.3.1 叠加原理的数学表述/14
1.3.2 带电体系对静止点电荷的作用力/14
1.3.3 带电体系之间的作用力/15
1.4 电场强度/15
1.4.1 电场强度的定义/15
1.4.2 各类带电体的电场强度/16
1.4.3 电场的物质性/17
1.4.4 电场强度计算举例/17
1.5 静电场的高斯定理/20
1.5.1 电通量/20
1.5.2 高斯定理/21
1.5.3 高斯定理与库仑定律的关系/23
1.5.4 高斯定理应用举例/23
1.5.5 电场线/26
1.6 静电场的环路定理/27
1.6.1 电场的环量/27
1.6.2 环路定理/27
1.7 电势/28
1.7.1 电势差与电势/28
1.7.2 电势的一般表达式/30
1.7.3 场强与电势的微分关系/30
1.7.4 等势面/31
1.7.5 应用举例/32
*1.7.6 电势的多 子展开/35
第2章 静电场中的导体和电介质/37
2.1 物质的电性质/37
2.1.1 导体、半导体和 缘体/37
2.1.2 电场对电荷系统的作用/38
2.2 静电场中的导体/40
2.2.1 导体达到静电平衡的条件/40
2.2.2 处在静电平衡条件下导体的性质/40
2.2.3 导体在静电场中性质的应用/43
2.2.4 高斯定理和库仑定律的精确验证/46
2.3 电容和电容器/46
2.3.1 孤立导体的电容/47
2.3.2 电容器/47
2.3.3 电容器的连接/48
2.4 电介质/49
2.5 化强度矢量/50
2.5.1 P与 化电荷的关系/51
2.5.2 P与电场E的关系/53
2.6 电介质中静电场的基本定理/57
2.6.1 高斯定理/57
2.6.2 环路定理/59
2.7 边值关系和 性定理/60
2.7.1 电场强度/61
2.7.2 电位移矢量/61
2.7.3 电势/62
2.7.4 静电场的 性定理/63
2.7.5 应用举例/64
* 2.8 电像法/68
第3章 静电能/73
3.1 真空中点电荷间的相互作用能/73
3.2 连续电荷分布的静电能/76
3.3 电荷体系在外电场中的电势能/82
3.4 电场的能量和能量密度/83
*3.5 非线性介质及电滞损耗/86
* 3.6 利用静电能求静电力/88
第4章 稳恒电流/95
4.1 稳恒电路/95
4.1.1 电流强度和电流密度/95
4.1.2 电流连续方程/96
4.1.3 稳恒条件/97
4.2 稳恒电流规律/98
4.2.1 欧姆定律/98
4.2.2 焦耳定律/101
4.2.3 从**电子论观点解释欧姆定律和焦耳定律/102
4.2.4 欧姆定律的失效问题/103
4.3 电源及稳恒电路/104
4.3.1 电源及其电动势/104
4.3.2 常见的几种电源/106
4.3.3 路端电压、电动势和全电路欧姆定律/108
4.3.4 稳恒电路的特点/109
4.3.5 稳恒电路中静电场的作用/109
4.4 基尔霍夫定律/110
4.4.1 节点、支路和回路/110
4.4.2 基尔霍夫**和第二定律/110
4.4.3 支路电流法/111
4.4.4 回路电流法/112
* 4.5 稳恒电流和静电场的综合求解/112
4.5.1 基本方程/113
4.5.2 基本方程的闭合性/113
4.5.3 与纯静电场问题类比/116
第5章 真空中的静磁场/119
5.1 磁现象与磁场/119
5.1.1 磁的基本现象与磁的库仑定律/119
5.1.2 奥斯特实验——电流磁效应/120
5.1.3 磁感应强度/120
5.1.4 安培力公式与洛伦兹力公式/122
5.2电流的磁场/123
5.2.1 毕奥-萨伐尔定律/123
5.2.2 毕奥-萨伐尔定律应用举例/124
5.3 安培力/128
5.3.1 四个示零实验/129
5.3.2 安培定律/130
5.3.3 安培力及其应用/131
5.4 静磁场的基本定理/131
5.4.1 磁场的高斯定理/131
5.4.2 安培环路定理/132
5.4.3 磁场的几何描述/134
5.4.4 两条定理与毕奥-萨伐尔定律的关系/135
5.4.5 安培环路定理的应用/135
5.5 磁矢势/137
5.5.1 磁矢势的引入/137
5.5.2 磁失势满足的方程/140
5.5.3 AB效应/140
5.6 带电粒子在磁场中的运动/141
5.6.1 运动特征/141
5.6.2 带电粒子在复合场中的运动/144
5.6.3 应用举例/145
5.6.4 宏观效应/148
第6章 静磁场中的磁介质/150
6.1 磁场对电流的作用/150
6.1.1 磁场对电流的力和力矩/150
6.1.2 电流受力和力矩的计算举例/151
6.2 磁介质及其磁化强度/152
6.2.1 磁化强度/152
6.2.2 磁化电流/153
6.3 磁介质中的静磁场的基本定理/155
6.4 介质的磁化规律/156
6.4.1 介质按磁化规律分类/156
6.4.2 介质磁化的微观机制/158
6.4.3 无限均匀线性各向同性介质中的静磁场/162
6.5 边值关系和 性定理/163
6.5.1 磁场在磁介质界面上的边值关系/163
6.5.2 静磁场的 性定理/164
6.5.3 分区均匀线性各向同性介质中的静磁场/165
6.6.1介质界面为无限平面/169
6.6.2 介质界面为无穷长圆柱面/172
6.7 磁路定理及其应用/173
6.7.1 磁路定理的基本方程/173
6.7.2 磁路定理的应用/174
*6.8 磁荷法/176
6.8.1 磁荷观点下的静磁场规律/176
6.8.2磁荷法和电流法的等效性/180
6.8.3 磁荷法的应用/180
第7章 电磁感应/183
7.1 电磁感应定律/183
7.1.1 电磁感应现象/183
7.1.2 法拉第电磁感应定律/185
7.1.3 感应电动势的计算/186
7.1.4 块状导体中的电磁感应现象/187
7.1.5 电磁感应定律和磁场的高斯定理/187
7.2 动生电动势和感生电动势/188
7.2.1 动生电动势/188
7.2.2 感生电动势/190
7.2.3 电子感应加速器/193
7.2.4两种电动势引出的问题/193
7.3 互感和自感/194
7.3.1 互感现象和互感系数/194
7.3.2 自感现象和自感系数/196
7.3.3 两线圈的串联和并联/198
7.4 似稳电路和暂态过程/201
7.4.1 似稳条件/201
7.4.2 似稳电路方程/202
7.4.3 多回路电路的基尔霍夫定律/204
7.4.4 暂态过程/205
第8章 磁能/209
8.1 载流线圈的磁能/209
8.1.1 —个载流线圈的磁能/209
8.1.2 N个载流线圈系统的磁能/209
8.2 载流线圈在外磁场中的磁能/211
8.3 磁场的能量和磁能密度/212
*8.4 非线性介质及磁滞损耗/213
*8.5 利用磁能求磁力/215
第9章 交流电路/219
9.1 基本概念和描述方法/219
9.1.1 基本概念/219 9.1.2描述方法/220
9.2 交流电路的复数解法/224
9.2.1 交流电路的基本方程/224
9.2.2 电路方程的复数形式/225
9.2.3 交流电路元件的复阻抗/226
9.3 交流电的功率/228
9.3.1 瞬时功率/228
9.3.2 平均功率/228
9.3.3 视在功率和功率因数/229
9.3.4 由电压和电流的复有效值计算平均功率/229
9.4 交流电路分析举例/229
9.4.1 串联谐振电路/229
9.4.2 并联谐振电路/231
9.4.3 变压器电路/232
0章 麦克斯韦电磁理论/234
10.1 电磁场的基本规律/234
10.1.1 两个大胆的推广/235
10.1.2 两个重要的假设/235
10.1.3 麦克斯韦方程组/238
10.1.4 边值关系/239
10.2 平面电磁波/239
10.2.1 电磁波的产生机制/239
10.2.2 平面电磁波的性质/241
10.2.3 赫兹实验/242
10.2.4 电磁波谱/244
10.3 电磁场的能量、动量和角动量/244
10.3.1 电磁场的性质/244
10.3.2 平面电磁波的能量、能流密度(坡印亭矢量)和动量/246
10.3.3 光压/247
10.3.4 电磁场具有角动量的验证/249
* 1章 相对论电磁学/250
11.1 四维时空和四维矢量/250
11.1.1四维矢量/250
11.1.2 四维速度/251
11.1.3 四维动量/253
11.1.4 四维力/254
11.1.5 四维微分算符/255
11.2 电磁场相对论变换/256
11.2.1 电荷密度和电流密度的变换/256
11.2.2 电场与磁场的相对论变换/257
11.2.3 麦克斯韦方程组的协变形式/260
11.3 缓慢运动的电磁介质/262
11.3.1 缓慢运动的电磁介质基本方程/262
11.3.2 稳恒场中运动导体/263
11.3.3 稳恒磁场中的运动介质/264
11.3.4 稳恒电场中的运动介质/265
习题/267
习题参考答案/293
参考书目/302
附录Ⅰ 科学家中英文姓名对照表/303
附录Ⅱ 单位制和单位制间的公式变换/305
附录Ⅲ 物理常量/314
附录Ⅲ 矢量分析中的常用公式/315

内容介绍

设计初衷是为以微积分、线性代数为基础的原子物理学课程提供教材, 避免数学物理方法 须作为前置课程导致的课程时间安排上的冲突. 全书以变换群和对称性为视角，从经典力学出发，逐步构建起能描述量子系统的动力学理论，将这套代数方法应用于求解氢原子问题，并在相对论性理论框架下拓展讨论了自旋、原子光谱精细结构和自旋统计定理的物理起源等. 作者希望向低年级的本科生介绍对称性与群论在物理学研究中的 特作用. 作为拓展，又新增亚原子物理两章，包括核物理基础和粒子物理基础。利用核物理为基础介绍费米气、WKB近似和分波法等量子力学知识，粒子物理部分聚焦于相互作用的洛伦茨结构和规范结构，介绍粒子物理标准模型和大统一理论。适用于普通高等学校物理学专业本科生及研究生，可作为原子物理/近代物理课程的教材, 也可作为量子力学等相关课程的补充参考书.

目录

出版说明
前言
教学使用说明
章 绪论/1
1.1 光：狭义相对论与 “波粒二象性”/2
1.1.1 狭义相对论/4
1.1.2 光的 “波粒二象性” 10
1.2 原子与电子/14
1.3 玻尔量子化与物质波假说/16
章 习题/21
第2章 力学量与变换/22
2.1 拉格朗日力学/23
2.2 哈密顿力学/28
2.3 电磁场中的粒子/32
2.4 哈密顿力学：正则变换/34
2.5 对称性与诺特定理/40
第2章 习题/43
第3章 变换群基础/45
3.1 从变换到群/46
3.2 SO（2）与SO（1，1）/50
3.3 李群与李代数/53
3.4 SO（3）与空间转动/55
3.5 幺正变换群 SU（2）及其与SO（3）的对应/57
第3章 习题/60
第4章 量子力学初步/62
4.1 波动力学概要/62
4.2 一维定态问题/69
4.3 希尔伯特空间/75
4.4 作用于希尔伯特空间的算符与矩阵力学/80
4.5 量子力学的基本假设/87
4.6 变换理论下的量子力学与正则量子化/92
第4章 习题/98
第5章 角动量理论/102
5.1 角动量：本征态与本征值/102
5.2 角动量和转动的矩阵表示/108
5.3 再看角动量算符及其本征态/113
5.4 两个角动量的耦合与CG系数/117
5.5 选择定则/122
第5章 习题/127
第6章 氢原子的动力学对称性/129
6.1 对称性与薛定谔方程/129
6.2 平方反比力系统的守恒量/131
6.3 SO（4）对称性与氢原子能级/134
6.4 薛定谔方程的求解：有心力场/138
6.5 薛定谔方程的求解：径向方程/144
6.6 原子磁偶 矩/146
6.7 对称性与简并/149
第6章 习题/153
第7章 自旋/154
7.1 自旋的发现/154
7.2 克莱因–戈尔登方程/156
7.3 洛伦兹群/159
7.4 SU（2）与旋量/165
7.5 狄拉克方程与自旋/169
7.5.1 自旋角动量/174
7.5.2 螺旋度/176
7.6 狄拉克方程的标准表示及非相对论 限/177
第7章 习题/184
第8章 定态微扰论与精细结构/187
8.1 定态微扰论/187
8.2 相对论动能修正/191
8.3 自旋轨道耦合/194
8.4 反常塞曼效应/197
第8章 习题/199
第9章 多电子原子/200
9.1 氦原子/200
9.2 碱金属原子/205
9.3 全同粒子与元素周期表/209
9.4 分子能级与分子结构/214
9.4.1 玻恩–奥本海默近似/216
9.4.2 化学键/216
9.4.3 分子的转动和振动/221
9.4.4 分子光谱及其应用/223
9.5 自旋统计定理与泡利不相容原理/224
9.5.1 **场论/225
9.5.2 谐振子与占有数表象/228
9.5.3 一维阵列/233
9.5.4 连续化 限及薛定谔场论/234
9.5.5 克莱因–戈尔登场论中的粒子能量与正规序/238
9.5.6 反粒子与量子场论/241
9.5.7 狄拉克方程的解/243
9.5.8 狄拉克场的量子化与泡利不相容原理/246
第9章 习题/247
0章 亚原子：核物理基础/248
10.1 从原子核到中子的发现/248
10.1.1 α粒子与早期核物理/249
10.1.2 中子的发现/251
10.1.3 核结合能与核力/252
10.1.4 核子自旋/253
10.2 核模型/254
10.2.1 库仑势/254
10.2.2 费米气体模型/255
10.3 放射性衰变/260
10.4 核反应与低能散射/265
10.4.1 从宏观到微观/266
10.4.2 散射振幅/267
10.4.3 分波法与低能散射/269
10.4.4 热核聚变：恒星核合成/273
0章 习题/279
1章 亚原子：粒子物理简介/280
11.1 量子电动力学：从**到量子/283
11.1.1 **力学中的规范对称性/283
11.1.2 从哈密顿–雅可比理论到薛定谔方程/284
11.1.3 量子电动力学与U（1）规范对称性/287
11.1.4 纵向 化与规范冗余/288
11.2 高能对撞实验与相互作用/290
11.2.1 散射截面/290
11.2.2 如何计算散射截面/291
11.2.3 e++e-→μ++μ-/297
11.3 非阿贝尔规范理论与量子色动力学/302
11.3.1 非阿贝尔规范理论 SU（N）/303
11.3.2 强相互作用与色量子数/305
11.4 弱作用与对称性破缺：标准模型/310
11.4.1 弱相互作用/310
11.4.2 规范对称性的自发破缺/314
11.4.3 电弱统一：标准模型/317
11.4.4 希格斯机制的检验/323
11.5 中微子振荡与统一理论/325
11.5.1 中微子振荡/326
11.5.2 中微子质量、马约拉纳费米子与统一理论/330
附录A 工程物理简介/336
A.1 工程物理/336
A.2 链式反应与 /337
A.2.1 核结合能的释放：裂变与聚变/337
A.2.2 的设计原则/343
A.3 氢弹：突破临界/345
A.3.1 聚变–裂变混合装置（一）——聚变 型 /346
A.3.2 聚变–裂变混合装置（二）——氢弹/346
A.3.3 聚变–裂变混合装置（三）——战术核武器/349
A.4 核武器模拟/351
A.4.1 计算物理/351
A.4.2 Z 箍缩装置/352
A.4.3 激光惯性约束聚变装置/353
A.5 核反应堆简介/355
A.5.1 反应堆核事故/357
A.5.2 结语/358
附录B 费曼规则/359
B.1 克莱因–戈尔登场费曼规则：*理论/359
B.2 狄拉克场费曼规则/369
B.3 量子电动力学（QED）的费曼规则/370
附录C 数学用表/373
附录D **力学中的波动/374
D.1 **力学系统中的例子/374
D.1.1 弹性杆的纵振动/374
D.1.2 两端固定的绳的微小横振动/375
D.2 达朗贝尔方程/375
后记/378

内容介绍

 理论力学是物理学以及与物理学有密切关联的各个专业的重要基础课程。以拉格朗日力学和哈密顿力学为代表的分析力学不仅为一些复杂力学问题的求解提供了优美的方案，同时也为基础物理学的其他课程提供了非常重要的理论框架和有益的借鉴。本书的内容主要侧重于分析力学基本理论框架，并讨论了经典力学中的一系列重要应用。全书分为七章：分析力学导论、力学体系的作用量与运动方程、中心力场中粒子的运动、小振动、刚体的运动、哈密顿力学、连续介质力学，并在每章后配有习题供读者练习。本书的特色之处是采用与狭义相对论兼容的 小作用量原理为出发点来构建整个分析力学的理论框架，并且在讨论过程中特别注重所涉及的问题与物理学其他分支之间的联系。
 
本书是物理学专业的本科教材，也可供其他相关专业的同学和教师参考

作者简介

 刘川
 
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刘川，北京大学物理学院教授。1988年毕业于北京大学物理系并获得学士学位，同年经CUSPEA项目赴美国加州大学 亚哥分校(UC San Diego)攻读博士学位， 于1994年获得博士学位后在德国国家同步加速实验室从事博士后研究工作。1996年回到北京大学物理学院 （前物理系）理论物理研究所任教，2001年起至今任教授。
 
自博士阶段至今，一直从事格点场论、格点量子色动力学方面的理论研究，并先后讲授“热学”“热力学统计物理”“平衡态统计物理”“理论力学”“电动力学”“计算物理”“量子场论”等课程。
  

目录

  章 分析力学导论
 
1 分析力学的表述
 
2 约束与广义坐标
 
3 虚功原理和达朗贝尔原理
 
4 弱耗散系统的运动方程
 
相关的阅读
 
习题
 
第二章力学系统的作用量与运动方程
 
5 狭义相对论时空观
 
6 小作用量原理
 
7 相对论性自由粒子的作用量
 
8 粒子与外场的相互作用
 
9 非相对论 限
 
10 对称性与守恒律
 
11 非惯性系的力学
 
12 非完整约束系统的 小作用量原理
 
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习题
 
第三章中心力场中粒子的运动
 
13 中心力场
 
14 开普勒问题
 
15 潮汐现象
 
16 受限三体问题与拉格朗日点
 
17 相对论效应造成的近日点进动
 
18 有心势中的散射问题
 
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习题
 
第四章小振动
 
19 一维振子
 
20 多自由度系统的简谐振动
 
21 非谐效应
 
22 参数共振
 
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第五章刚体的运动
 
23 转动的数学表述
 
24 刚体的动能、角动量与惯量张量
 
25 刚体的动力学
 
26 自由不对称陀螺
 
27 对称陀螺的定点运动
 
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第六章哈密顿力学
 
28 哈密顿正则方程
 
29 刘维尔定理
 
30 泊松括号
 
31 作用量作为端点的函数
 
32 正则变换
 
33 哈密顿– 雅可比方程
 
34 热不变量与正则变量
 
35 决定性中的混沌
 
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第七章连续介质力学
 
36 一维振动与波
 
37 相对论性弦的作用量
 
38 晶格谐振与三维连续介质力学
 
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习题
 
附录对称性与群
 
1 对称性与群的定义
 
2 群之间的关系
 
3 群的例子
 
4 群的表示
 
参考书
 
索引

内容介绍

 本书是普通物理力学教材。本书从质点运动学讲起，逐步引入质点动力学、牛顿三大运动定律、质点组动力学、动量守恒、机械能守恒、刚体力学、角动量定理、振动和波、万有引力等，还简单介绍了狭义相对论的内容。力学是物理教学的 门课，作为后续课程的基础，本书特别注重了数学公式与物理图像的结合，使读者不仅会解题，更能真正领会物理图像、建立物理思维，为进一步学习和科研打下良好基础。
 
本书适合作为物理专业本科课程教材，也可供其他专业师生参考。