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绪论1

第一章 连续体力学9

1.1 固体的弹性9

1.1.1 固体的结构9

1.1.2 应变与应力13

1.1.3 固体的拉伸与压缩17

1.1.4 生物材料的应变-应力关系19

1.1.5 杆的弯曲22

1.1.6 材料的临界长度24

1.2 静止液体的力学性质26

1.2.1 液体的压强26

1.2.2 液体的表面张力29

1.2.3 拉普拉斯公式32

1.2.4 毛细现象33

1.2.5 植物的水分运输35

1.3 理想流体的流动36

1.3.1 理想流体的定常流动36

1.3.2 连续性原理38

1.3.3 伯努利方程38

1.3.4 伯努利方程的应用40

1.4 黏滞流体的流动44

1.4.1 牛顿黏滞定律 超流性44

1.4.2 泊肃叶公式及其应用46

1.4.3 斯托克斯公式及其应用50

1.4.4 雷诺数和流体相似率52

参考文献56

思考题57

练习题58

第二章 气体动理论60

2.1 气体的微观图像60

2.1.1 原子与分子60

2.1.2 分子数密度和分子线度63

2.1.3 分子力63

2.1.4 分子的热运动64

2.1.5 对布朗运动的进一步讨论66

2.2 理想气体的压强和温度67

2.2.1 理想气体的分子模型与统计假设67

2.2.2 理想气体的压强69

2.2.3 理想气体的温度72

2.2.4 气体分子的方均根速率74

2.3 实际气体的物态方程76

2.3.1 实际气体的等温线76

2.3.2 范德瓦耳斯方程77

2.3.3 昂内斯方程81

2.4 气体分子速率分布规律81

2.4.1 麦克斯韦速率分布规律81

2.4.2 气体分子速率的三种统计值84

2.4.3 麦克斯韦速率分布规律的实验验证87

2.5 玻耳兹曼分布律88

2.5.1 玻耳兹曼分布律88

2.5.2 重力场中分子数按高度的分布91

2.5.3 对大气分子的讨论92

2.6 能量按自由度均分定理93

2.6.1 自由度的概念93

2.6.2 分子自由度的确定94

2.6.3 能量按自由度均分定理95

2.6.4 理想气体的内能96

2.7 气体分子的扩散与热传导97

2.7.1 菲克扩散定律97

2.7.2 植物叶片的气孔扩散99

2.7.3 傅里叶热传导定律101

2.7.4 农业和生物学中的热传导102

参考文献104

思考题104

练习题105

第三章 热力学107

3.1 热力学的基本概念107

3.1.1 系统107

3.1.2 平衡态与状态参量108

3.1.3 准静态过程与可逆过程110

3.1.4 内能、功与热量111

3.1.5 热容113

3.2 热力学第一定律114

3.2.1 热力学第一定律114

3.2.2 理想气体的热功转换116

3.2.3 干热风的形成及其对农业的危害124

3.3 热力学第二定律127

3.3.1 循环过程127

3.3.2 卡诺循环130

3.3.3 热力学第二定律135

3.3.4 热力学第二定律的统计意义137

3.3.5 热力学第二定律的生物学意义139

3.3.6 热力学第二定律的诘难140

3.4 熵142

3.4.1 卡诺定理142

3.4.2 熵与熵增加原理142

3.4.3 熵的微观本质145

3.4.4 熵的计算146

3.4.5 熵与生命149

参考文献151

思考题151

练习题152

第四章 静电场155

4.1 电荷与库仑定律155

4.1.1 电荷155

4.1.2 库仑定律158

4.2 电场强度160

4.2.1 静电场160

4.2.2 电场强度161

4.2.3 电场强度的计算162

4.3 静电场的高斯定理166

4.3.1 电通量166

4.3.2 高斯定理167

4.3.3 高斯定理的应用169

4.4 电势172

4.4.1 电势能与静电场的环路定理172

4.4.2 电势174

4.4.3 电场强度与电势的微分关系179

4.5 静电场对导体和电介质的作用181

4.5.1 静电场对电荷的作用 电泳181

4.5.2 静电场对导体的作用 尖端放电183

4.5.3 静电场对电介质的作用187

4.5.4 电介质中的高斯定理190

4.5.5 电介质电泳194

4.6 电容器与电场的能量195

4.6.1 电容器的电容195

4.6.2 电容器的能量198

4.6.3 电场的能量199

4.6.4 细胞电容200

参考文献201

思考题201

练习题202

第五章 恒定电流205

5.1 电流与电阻205

5.1.1 电流与电流密度205

5.1.2 欧姆定律的微分形式210

5.1.3 电阻211

5.1.4 生物组织的电阻213

5.2 电动势215

5.2.1 电动势的物理概念215

5.2.2 化学电池218

5.2.3 接触电动势219

5.2.4 温差电动势220

5.2.5 能斯特电动势222

5.2.6 生物膜电势差223

5.3 电路的基本定律223

5.3.1 含源电路的欧姆定律223

5.3.2 基尔霍夫定律225

5.3.3 基尔霍夫定律的应用226

5.4 大气电流及其对生物和农业的影响228

5.4.1 大气电流228

5.4.2 大气的电流循环230

5.4.3 大气电场对生物和农业的影响231

参考文献232

思考题232

练习题232

第六章 稳恒磁场235

6.1 磁场235

6.1.1 历史的回顾235

6.1.2 磁感应强度237

6.1.3 毕奥-萨伐尔定律239

6.1.4 运动电荷的磁场243

6.1.5 地球和生物磁场244

6.2 磁场的高斯定理与安培环路定理246

6.2.1 磁场的高斯定理246

6.2.2 磁单极247

6.2.3 安培环路定理248

6.2.4 安培环路定理的应用251

6.3 磁场对电流和运动电荷的作用253

6.3.1 安培定律253

6.3.2 载流线圈在磁场中受到的力 磁矩255

6.3.3 洛伦兹力257

6.3.4 洛伦兹力的应用261

6.4 磁介质266

6.4.1 磁介质的分类266

6.4.2 弱磁质的磁化机理268

6.4.3 磁场强度269

6.4.4 磁介质中的安培环路定理270

6.4.5 铁磁质272

6.4.6 生物和土壤的磁性274

参考文献275

思考题276

练习题276

第七章 电磁感应与电磁场280

7.1 法拉第电磁感应定律280

7.1.1 电磁感应现象280

7.1.2 法拉第电磁感应定律282

7.1.3 楞次定律283

7.2 感应电动势284

7.2.1 动生电动势284

7.2.2 感生电动势与感生电场285

7.3 电感 磁场的能量288

7.3.1 自感288

7.3.2 互感289

7.3.3 磁场的能量291

7.4 电磁场和电磁波292

7.4.1 位移电流假说292

7.4.2 麦克斯韦电磁方程组295

7.4.3 电磁波的预言和产生298

7.4.4 电磁波的性质301

7.4.5 电磁波谱及其应用302

参考文献303

思考题304

练习题304

第八章 振动与波动307

8.1 简谐振动307

8.1.1 简谐振动的描述307

8.1.2 表示简谐振动的旋转矢量法314

8.1.3 简谐振动的能量316

8.1.4 其他形式的简谐振动318

8.2 阻尼振动与共振321

8.2.1 阻尼振动321

8.2.2 受迫振动323

8.2.3 共振325

8.2.4 混沌328

8.3 简谐振动的合成330

8.3.1 同方向同频率的简谐振动的合成331

8.3.2 同方向不同频率的简谐振动的合成 拍333

8.3.3 相互垂直的同频率的简谐振动的合成334

8.3.4 相互垂直的不同频率的简谐振动的合成336

8.4 简谐波337

8.4.1 波动的基本概念337

8.4.2 简谐波342

8.4.3 波的衍射与惠更斯原理347

8.4.4 波的叠加与波的干涉349

8.4.5 简谐波的能量353

8.4.6 声波与声强354

8.4.7 超声波的特点及应用357

参考文献357

思考题358

练习题358

第九章 波动光学362

9.1 光学的基本概念362

9.1.1 历史的回顾362

9.1.2 光的电磁特征 光强364

9.1.3 光的相干叠加 光程367

9.1.4 普通光源369

9.1.5 激光372

9.2 分波前法干涉374

9.2.1 杨氏干涉374

9.2.2 洛埃镜实验378

9.3 分振幅法干涉379

9.3.1 等厚干涉380

9.3.2 等倾干涉386

9.3.3 迈克耳孙干涉仪389

9.4 光的衍射392

9.4.1 光的衍射现象概述392

9.4.2 夫琅禾费单缝衍射396

9.4.3 夫琅禾费圆孔衍射400

9.4.4 生物显微镜的分辨本领403

9.4.5 光栅404

9.4.6 X射线衍射409

9.5 光的偏振411

9.5.1 偏振片与马吕斯定律411

9.5.2 晶体的双折射现象415

9.5.3 介质界面上反射光和折射光的偏振418

9.5.4 旋光现象419

9.5.5 生物的旋光性与对称性破缺422

9.6 光的吸收与散射424

9.6.1 光吸收的一般规律424

9.6.2 选择吸收与原子吸收光谱分析426

9.6.3 光的散射428

9.6.4 大气臭氧对光的吸收及其生态学意义431

9.6.5 大气二氧化碳和水对光的吸收与温室效应432

9.6.6 盖娅假说与新自然观434

参考文献434

思考题435

练习题435

第十章 量子力学基础439

10.1 热辐射439

10.1.1 热辐射439

10.1.2 热辐射的基本定律441

10.1.3 热辐射的农业应用443

10.2 光的量子性444

10.2.1 经典理论对黑体辐射解释的失败444

10.2.2 普朗克能量子假说445

10.2.3 光电效应 爱因斯坦光子理论447

10.2.4 爱因斯坦光化学当量定律452

10.2.5 植物的光能利用453

10.3 粒子的波动性455

10.3.1 物质波455

10.3.2 概率波459

10.3.3 不确定关系460

10.4 薛定谔方程及其应用463

10.4.1 波函数463

10.4.2 薛定谔方程464

10.4.3 势阱 能量量子化466

10.4.4 势垒 隧道效应469

10.4.5 扫描隧穿显微镜470

10.5 氢原子471

10.5.1 量子力学对氢原子的研究471

10.5.2 氢光谱476

10.5.3 电子的自旋 四个量子数479

10.6 核磁共振481

10.6.1 概述481

10.6.2 基本概念482

10.6.3 核磁共振的实验装置483

10.6.4 核磁共振谱分析484

10.6.5 生物学中的核磁共振成像技术486

参考文献488

思考题489

练习题489

参考答案491