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第一章 固体1

1 固体的结构1

1.1 物态大观1

1.2 晶体3

1.3 晶体相变与作物抗冻性4

1.4 土壤晶体6

1.5 非晶体7

1.6 生物材料8

2 固体分子的键联10

2.1 离子键10

2.2 共价键10

2.3 金属键11

2.4 范德瓦耳斯键11

2.5 氢键13

2.6 生物材料的键联14

3 固体的拉伸与压缩15

3.1 应变与应力15

3.2 晶体的拉伸与压缩18

3.3 生物材料的应力与应变关系19

3.4 生物材料的黏弹性21

3.5 植物细胞壁的弹性22

4 固体的弯曲23

4.1 杆的弯曲23

4.2 材料的临界长度25

4.3 生物学中的比例关系27

练习29

1 液体的结构30

1.1 液体的结构与种类30

第二章 液体30

1.2 水的结构与生理功能32

1.3 液晶34

1.4 生物膜及其相变36

2 静止液体的性质38

2.1 液体的压强38

2.2 液体的表面张力40

2.3 拉普拉斯公式42

2.4 植物水分上运的动力44

2.5 土壤水分的保持46

3 液体的流动性质48

3.1 液体的定常流动48

3.2 连续性原理49

3.3 伯努利方程50

3.4 液体流量和流速的测定52

4 液体的黏滞性质54

4.1 牛顿黏滞定律54

4.2 泊肃叶公式56

4.3 泊肃叶公式的应用58

5 物体在黏滞液体中的运动60

5.1 斯托克斯公式60

5.2 离心分离技术61

5.3 雷诺数和流体相似率62

5.4 生物体系的雷诺数64

练习64

第三章 气体66

1 气体的性质66

1.1 分子力与气体的微观图象66

1.2 理想气体的压强68

1.3 理想气体的温度70

1.4 理想气体的内能74

2 气体分子的热运动规律76

2.1 麦克斯韦速率分布规律76

2.2 分子速率的三种统计值78

2.3 玻尔兹曼密度分布规律81

3 气体分子的扩散规律83

3.1 气体分子的扩散83

3.2 菲克扩散定律83

3.3 植物叶片中的气孔扩散86

练习90

第四章 热物理92

1 传热的基本规律92

1.1 历史的回顾：热的本质92

1.2 热传导93

1.3 对流97

1.4 热辐射98

1.5 红外测温与农业遥感101

2 热力学第一定律102

2.1 热力学第一定律102

2.2 理想气体的热功转换104

2.3 大气绝热模型与干热风的形成107

2.4 焓109

3 热力学第二定律112

3.1 卡诺循环112

3.2 热力学第二定律115

3.3 热力学第二定律的诘难116

3.4 热力学第二定律的生物学意义118

4 熵120

4.1 熵的物理概念120

4.2 熵的宏观意义122

4.3 熵的微观本质123

4.4 熵的计算124

4.5 熵与信息127

4.6 农业系统熵与土壤系统熵130

4.7 熵与生命132

5 吉布斯自由能133

5.1 吉布斯自由能的物理概念133

5.2 吉布斯自由能的计算135

5.3 化学势137

5.4 水势139

5.5 土壤-植物-大气连续体系中的水分运动141

5.6 吉布斯自由能的生物学意义143

练习144

1.1 库仑定律147

1 电场强度147

第五章 静电场147

1.2 电场强度148

1.3 高斯定理151

1.4 电偶极子与分子键矩153

2 电势156

2.1 电势能156

2.2 电势157

2.3 电偶极子与电偶层的电势159

2.4 电场强度与电势的关系161

3 静电场对电荷的作用162

3.1 静电场对点电荷的作用，电泳162

3.2 静电场对电偶极子的作用，氢键164

3.3 静电场对导体的作用，尖端放电166

3.4 静电场对电介质的作用，电介质电泳169

3.5 电容器与细胞电容172

4 大气电场及其对农业的影响175

4.1 大气电场175

4.2 大气电场的电容器模型176

4.3 大气电场对生物的影响177

4.4 大气电场对农业的影响178

练习178

第六章 电流182

1 电流密度182

1.1 电流密度的物理概念182

1.2 电流密度的微观意义183

1.3 欧姆定律的微分形式185

2 电阻185

2.1 导体的电阻185

2.2 电阻的微观理论188

2.4 植物组织电阻的农业应用191

3 电动势192

3.1 电动势的物理概念192

3.2 化学电池195

3.3 接触电动势196

3.4 温差电动势197

3.5 能斯特电动势及其生物学意义198

练习200

第七章 磁场202

1 磁场的概念及确定方法202

1.1 磁力202

1.2 磁感应强度203

1.3 毕奥-萨伐尔定律204

1.4 安培环路定理207

1.5 磁矩与生物磁场209

2.1 安培力与磁偶极子211

2 磁场对运动电荷的作用211

2.2 洛仑兹力与质谱仪214

2.3 霍耳效应与磁场测量216

3 磁场与物质的相互作用218

3.1 弱磁质及其分类218

3.2 弱磁质的磁化机理219

3.3 铁磁质及其特征221

3.4 铁磁质的磁化机理223

3.5 生物和土壤的磁性223

4 环境磁场及其对生物的影响225

4.1 地球磁场225

4.2 磁层226

4.3 磁暴228

4.4 其他磁场228

4.5 环境磁场对生物的影响229

练习231

第八章 光233

1 光的本性与光的测量233

1.1 历史的回顾：光本性之争233

1.2 光的电磁理论234

1.3 光子236

1.4 光能的测量237

1.5 光照度238

2 光的干涉241

2.1 干涉的一般描述241

2.2 杨氏干涉与洛埃镜干涉244

2.3 薄膜干涉及其应用247

2.4 劈尖与牛顿环250

3.1 光的衍射现象252

3 光的衍射252

3.2 夫琅禾费单缝衍射253

3.3 光栅256

3.4 X射线衍射及其对生物分子结构的探测257

3.5 夫琅禾费圆孔衍射与生物显微镜260

4 光的偏振264

4.1 线偏振光的产生与检验264

4.2 偏光显微镜270

4.3 旋光与旋光色散271

4.4 圆偏振光与圆二色性273

4.5 生物的旋光性277

5 光的发射278

5.1 发光的物理基础与单色光的获得278

5.2 发光光谱分析281

5.3 常见光源283

5.4 激光光源286

5.5 激光在现代农业和生物学中的作用289

5.6 激光生命科学的新课题292

5.7 生物发光及其农业应用的潜力293

6 光的吸收295

6.1 光吸收的一般规律295

6.2 原子吸收光谱分析297

6.3 大气臭氧对光的吸收及其生态意义299

6.4 大气二氧化碳和水对光的吸收及其生态意义302

6.5 植物对光的吸收304

6.6 作物的光能利用率306

练习308

1 原子的基本状况310

1.1 原子的组成310

第九章 原子物理310

1.2 氢原子的结构与能级312

2 量子力学对原子的描述315

2.1 物质波315

2.2 波函数与薛定谔方程317

2.3 量子力学对氢原子的描述319

2.4 原子的壳层结构322

3 磁场中的原子324

3.1 原子的磁矩324

3.2 磁场中的原子325

3.3 电子顺磁共振及其在生物学中的应用326

4 原子核330

4.1 原子核的基本状况330

4.2 原子核的磁矩与核磁共振(NMR)332

4.3 核磁共振谱分析335

4.4 生物学中的NMR成像技术338

4.5 NMR在农业中的应用340

5 原子核的放射衰变341

5.1 原子核的衰变规律341

5.2 放射性同位素示踪技术344

5.3 放射性同位素辐射加工技术348

5.4 农用射线检测技术349

练习350

附录352

附表1 国际单位制(SI)的基本单位352

附表2 SI词头352

附表3 基本物理常数表352

参考文献353

练习答案356