第4篇電磁學
第12章靜電場5
12.1電荷5
12.2電場和電場強度7
12.3庫侖定律與靜電場的計算電偶極矩9
12.4電場線和電通量17
12.5高斯定理19
12.6利用高斯定理求靜電場的分布21
12.7靜電場中的導體靜電平衡25
12.8電場對電荷的作用力30
思考題32
習題32
第13章電勢35
13.1靜電場的保守性靜電場環路定理35
13.2電勢差和電勢37
13.3電勢疊加原理40
13.4等勢面42
13.5電勢梯度44
13.6點電荷在外電場中的靜電勢能47
13.7電荷繫的靜電能48
13.8靜電場的能量50
思考題51
習題52
第14章電容器靜電場中的電介質54
14.1電容電容器54
14.2電容器的串聯與並聯58
14.3電介質對電場的影響59
14.4電介質的極化61
14.5電位移矢量D及其高斯定理66
14.6電容器的能量電介質中電場的能量68
14.7靜電起電機與靜電應用簡介70
思考題72
習題73
目錄目錄第15章恆定電流和磁場75
15.1電流和電流密度75
15.2電流的一種經典微觀圖像歐姆定律78
15.3非靜電力電動勢80
15.4磁力與電荷的運動83
15.5磁場與磁感應強度洛倫茲力84
15.6畢奧薩伐爾定律磁矩88
15.7磁通量與磁場的高斯定理95
15.8勻速運動點電荷的磁場96
15.9安培環路定理用安培環路定理求磁場分布98
15.10電場與磁場的相對性和統一性104
思考題105
習題106
第16章磁力109
16.1帶電粒子在磁場中的運動109
16.2霍耳效應113
16.3載流導線在磁場中受的磁力（安培力公式）116
16.4載流線圈在均勻磁場中受的磁力矩磁矩的勢能118
16.5平行載流導線間的相互作用力120
思考題123
習題124
第17章磁場中的磁介質127
17.1物質對磁場的影響磁介質127
17.2原子的磁矩128
17.3物質的磁化132
17.4磁場強度矢量H及其環路定理133
17.5鐵磁質135
17.6簡單磁路141
思考題143
習題144
第18章電磁感應電磁波146
18.1法拉第電磁感應定律146
18.2動生電動勢150
18.3感生電動勢和感生電場渦電流154
18.4互感與自感160
18.5磁場能量164
18.6位移電流假設麥克斯韋方程組166
18.7電磁波172
18.8電磁波的動量175
思考題178
習題179

第5篇波 動 光 學第19章光的干涉187
19.1光與光源發光機理187
19.2相干光楊氏雙縫干涉190
19.3勞埃德鏡半波損失的實驗驗證195
19.4光程和相位差196
19.5薄膜干涉199
19.6邁克耳孫干涉儀208
思考題209
習題210
第20章光的衍射213
20.1光的衍射惠更斯菲涅耳原理213
20.2夫瑯禾費單縫衍射215
20.3夫瑯禾費圓孔衍射光學儀器的分辨本領220
20.4細絲和細粒的衍射223
20.5光柵衍射光柵光譜226
20.6X射線衍射232
思考題235
習題235
第21章光的偏振238
21.1自然光偏振光238
21.2由介質吸收引起的光的偏振（線偏振光的獲得與檢驗）240
21.3由反射和折射引起的光的偏振243
21.4由散射引起的光的偏振244
21.5由雙折射引起的光的偏振（雙折射現像）245
21.6橢圓偏振光和圓偏振光247
21.7偏振光的干涉250
21.8人為雙折射252
21.9旋光現像253
思考題255
習題256

第6篇量子物理基礎第22章波粒二像性262
22.1量子概念的誕生262
22.2光電效應光的粒子性267
22.3康普頓效應（康普頓散射）272
22.4粒子的波動性物質波275
22.5概率波與概率幅280
22.6不確定關繫284
思考題289
習題289
第23章薛定諤方程292
23.1薛定諤得出的波動方程292
23.2無限深方勢阱中的粒子295
23.3隧穿效應（勢壘穿透）298
23.4諧振子302
23.5量子力學總結與評述304
思考題308
習題309
第24章原子中的電子311
24.1氫原子理論簡介311
24.2電子自旋與自旋軌道耦合320
24.3多原子中電子的排布與泡利不相容原理326
24.4X射線譜332
24.5激光334
思考題337
習題338
第25章固體中的電子340
25.1自由電子按能量的分布340
25.2金屬導電的量子論解釋344
25.3能帶導體和絕緣體344
25.4半導體348
25.5PN結350
25.6半導體器件351
思考題355
習題355
第26章核物理357
26.1核的一般性質357
26.2核力362
26.3核的結合能與質量虧損裂變與聚變363
26.4核的液滴模型368
26.5放射性和衰變定律370
26.6三種射線375
26.7核反應379
思考題381
習題382數值表385
一些函數的冪級數展開公式387
部分習題答案388
索引(物理學名詞與術語中英文對照)396
參考文獻407

本書內容完全涵蓋了2006年我國*發布的“非物理類理工學科大學物理課程基本要求”。書中各篇對物理學的基本概念與規律進行了正確明晰的講解。講解基本上都是以基本的規律和概念為基礎，推演出相應的概念與規律。筆者認為，在教學上應用這種演繹邏輯更便於學生從整體上理解和掌握物理課程的內容。
力學篇是以牛頓定律為基礎展開的。除了直接應用牛頓定律對問題進行動力學分析外，還引入了動量、角動量、能量等概念，並著重講解相應的守恆定律及其應用。除慣性繫外，還介紹了利用非慣性繫解題的基本思路，剛體的轉動、振動、波動這三章內容都是上述基本概念和定律對於特殊繫統的應用。狹義相對論的講解以兩條基本假設為基礎，從同時性的相對性這一“關鍵的和革命的”（楊振寧語）概念出發，逐漸展開得出各個重要結論。這種講解可以比較自然地使學生從物理上而不隻是從數學上弄懂狹義相對論的基本結論。
熱學篇的講述是以微觀的分子運動的無規則性這一基本概念為基礎的。除了闡明經典力學對分子運動的應用外，特別引入並加強了統計概念和統計規律，包括麥克斯韋速率分布律的講解。對熱力學定律也闡述了其微觀意義。對熱力學第二定律是從宏觀熱力學過程的方向性講起，說明方向性的微觀根源，並利用熱力學概率定義了玻耳茲曼熵並說明了熵增加原理，然後再進一步導出克勞修斯熵及其計算方法。這種講法能揭露熵概念的微觀本質，也便於理解熵概念的推廣應用。
電磁學篇按照傳統講法，講述電磁學的基本理論，包括靜止和運動電荷的電場，運動電荷和電流的磁場，介質中的電場和磁場，電磁感應，電磁波等。基於相對論的電磁學篇中電磁學的講法則是以愛因斯坦的《論動體的電動力學》為背景，完全展現了帕塞爾教授講授電磁學的思路——從愛因斯坦到麥克斯韋，以場的概念和高斯定律為基礎，根據狹義相對論演繹地引入磁場，並進而導出麥克斯韋方程組其他方程。這種講法既能滿足教學的基本要求，又充分顯示了電磁場的統一性，從而使學生體會到自然規律的整體性以及物理理論的和諧優美。電磁學的講述未止於麥克斯韋方程組，而是繼續講述了電磁波的發射機制及其傳播特征等。
光學篇以電磁波和振動的疊加的概念為基礎，講述了光的干涉和衍射的規律。光的偏振講述了電磁波的橫波特征。然後，根據光的波動性在特定條件下的近似特征——直線傳播，講述了幾何光學的基本定律及反射鏡和透鏡的成像原理。
第三版前言第三版前言以上力學、熱學、電磁學、光學各篇的內容基本上都是經典理論，但也在適當地方穿插了量子理論的概念和結論以便相互比較。
量子物理篇是從波粒二像性出發以定態薛定諤方程為基礎講解的。介紹了原子、分子和固體中電子的運動規律以及核物理的知識。關於教學要求中的擴展內容，如基本粒子和宇宙學的基本知識是在“今日物理趣聞A”和“今日物理趣聞C”欄目中作為現代物理學前沿知識介紹的。
本書除了5篇基本內容外，還開闢了“今日物理趣聞”欄目，介紹物理學的近代應用與前沿發展，而“科學家介紹”欄目用以提高學生素養，鼓勵成纔。
本書各章均配有思考題和習題，以幫助學生理解和掌握已學的物理概念和定律或擴充一些新的知識。這些題目有易有難，絕大多數是實際現像的分析和計算。題目的數量適當，不以多取勝。也希望學生做題時不要貪多，而要求精，要真正把做過的每一道題從概念原理上搞清楚，並且用盡可能簡潔明確的語言、公式、圖像表示出來，需知，對一個科技工作者來說，正確地書面表達自己的思維過程與成果也是一項重要的基本功。
本書在保留經典物理精髓的基礎上，特別注意加強了現代物理前沿知識和思想的介紹。本書內容取材在注重科學性和繫統性的同時，還注重密切聯繫實際，選用了大量現代科技與我國古代文明的資料，力求達到經典與現代，理論與實際的完美結合。
本書在量子物理篇中專門介紹了近代（主要是20世紀30年代）物理知識，並在其他各篇適當介紹了物理學的發展，同時為了在大學生中普及物理學前沿知識以擴大其物理學背景，在“今日物理趣聞”專欄中，分別介紹了“基本粒子”“混沌——決定論的混亂”“大爆炸和宇宙膨脹”“能源與環境”“等離子體”“超導電性”“激光應用二例”“新奇的納米技術”等專題。這些都是現代物理學以及公眾非常關心的題目。本書所介紹的趣聞有的已伸展到近幾年的發現，這些“趣聞”很受學生的歡迎，他們拿到新書後往往先閱讀這些內容。
物理學很多理論都直接聯繫著當代科技乃至人們的日常生活。教材中列舉大量實例，既能提高學生的學習興趣，又有助於對物理概念和定律的深刻理解以及創造性思維的啟迪。本書在例題、思考題和習題部分引用了大量的實例，特別是反映現代物理研究成果和應用的實例，如全球定位繫統、光盤、宇宙探測、天體運行、雷達測速、立體電影等，同時還大量引用了我國從古到今技術上以及生活上的有關資料，例如古籍《宋紀要》關於“客星”出沒的記載，北京天文臺天線陣、長征火箭、神舟飛船、天壇祈年殿、黃果樹瀑布、阿迪力走鋼絲、本人抖空竹、1976年唐山地震、1988年特大洪災等。這些例子體現了民族文化，可以增強學生對物理的“親切感”，而且有助於學生的民族自豪感和責任心的提升。
物理教學除了“授業”外，還有“育人”的任務。為此本書介紹了十幾位科學大師的事跡，簡要說明了他們的思想境界、治學態度、開創精神和學術成就，以之作為學生為人處事的借鋻。在此我還要介紹一下我和帕塞爾教授的一段交往。帕塞爾教授是哈佛大學教授，1952年因對核磁共振研究的成果榮獲諾貝爾物理學獎。我於1977年看到他編寫的《電磁學》，深深地為他的新講法所折服。用他的書講述兩遍後，於1987年冒然寫信向他請教，沒想到很快就收到他的回信（見附圖）和贈送給我的教材（第二版）及習題解答。他這種熱心幫助一個素不相識的外國教授的行為使我非常感動。
帕塞爾《電磁學》（第二版）封面
本書作者與帕塞爾教授合影（1993年）
帕塞爾回信復印件
他在信中寫道“本書170—171頁關於L. Page的注解改正了版的一個令人遺憾的疏忽。1963年我寫該書時不知道Page那篇出色的文章，我並不認為我的講法是原創的——遠不是這樣——但當時我沒有時間查找早先的作者追溯該講法的歷史。現在既然你也喜歡這種講法，我希望你和我一道在適當時機宣揚Page的1912年的文章。”一位物理學大師對自己的成就持如此虛心、謙遜、實事求是的態度使我震撼。另外他對自己書中的疏漏（實際上有些是印刷錯誤）認真修改，這種嚴肅認真的態度和科學精神也深深地教育了我。帕塞爾這封信所顯示的作為一個科學家的優秀品德，對我以後的為人處事治學等方面都產生了很大影響，始終視之為楷模追隨仿效，而且對我教的每一屆學生都要展示帕塞爾的這一封信對他們進行教育，收到了很好的效果。
本書的撰寫和修訂得到了清華大學物理繫老師的熱情幫助（包括經驗與批評），也采納了其他兄弟院校的教師和同學的建議和意見。此外也從國內外的著名物理教材中吸取了很多新的知識、好的講法和有價值的素材。這些教材主要有： 《新概念物理教程》（趙凱華等），Feyman Lectures on Physics，Berkeley Physics Course（Purcell E M, Reif F, et al.），The Manchester Physics Series（Mandl F, et al.），Physics（Chanian H C.），Fundamentals of Physics（Resnick R），Physics（Alonso M et al.）等。
對於所有給予本書幫助的老師和學生以及上述著名教材的作者，本人在此謹致以誠摯的謝意。清華大學出版社諸位編輯對第三版雜亂的原稿進行了認真的審閱和編輯，特在此一並致謝。

張三慧2008年1月於清華園