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绪论 1

§1 物理学的意义 1

§2 物质和相互作用 2

一 物质的微观结构和夸克的发现 2

二 宇宙学的标准模型 5

三 基本的相互作用 7

四 粒子物理的标准模型 9

§3 物理量的测量和单位制 11

§4 物理世界的层次和数量级 13

第一部分 力学和相对论 17

第一章 质点运动学 17

§1-1 质点运动的描述 17

一 质点 参考系和坐标系 17

二 质点运动的矢量描述 18

三 直角坐标系 抛体运动 20

四 平面极坐标系 横向速度和径向速度 22

五 自然坐标系 切向加速度和法向加速度 24

§1-2 相对运动 28

习题 30

第二章 动量守恒和质点动力学 33

§2-1 惯性定律和惯性系 33

§2-2 质量 动量和动量守恒定律 34

一 两质点间的相互作用 34

二 惯性质量 35

三 动量 动量守恒定律 36

§2-3 力 冲量和动量定理 38

一 力的定义 38

二 力的叠加原理 质点系动量守恒的条件 39

三 牛顿运动定律 41

四 冲量和动量定理 41

§2-4 牛顿运动定律及其应用 45

一 牛顿运动定律的表述 45

二 牛顿运动定律的应用 46

三 自然界中常见的力 48

§2-5 伽利略相对性原理和非惯性系 55

一 伽利略相对性原理 55

二 伽利略变换 56

三 非惯性系 58

四 平动加速参考系中的惯性力 59

五 惯性离心力 60

六 科里奥利力 60

习题 66

第三章 机械能守恒 71

§3-1 机械能守恒定律 71

§3-2 功和功率 73

一 功和能 73

二 功率 75

§3-3 势能 76

一 保守力 保守系的机械能守恒 76

二 势能曲线 79

§3-4 质心参考系 87

一 动量中心系和质心 87

二 质心运动定理 88

三 克尼希定理 资用能 89

§3-5 两体碰撞 92

习题 97

第四章 角动量守恒 103

§4-1 角动量和角动量守恒定律 103

§4-2 力矩和角动量定理 105

一 力矩和质点的角动量定理 105

二 质点系的角动量定理 105

三 质心系的角动量定理 108

§4-3 质点在有心力场中的运动 112

§4-4 对称性与守恒定律 119

一 对称性 119

二 对称性与守恒定律 121

习题 126

第五章 连续体力学 130

§5-1 刚体运动学 131

一 刚体的平移和定轴转动 131

二 刚体的平面平行运动 132

§5-2 刚体动力学 134

一 定轴转动刚体的角动量和转动惯量 134

二 刚体定轴转动的角动量定理和转动定理 137

三 刚体定轴转动的动能定理 137

四 刚体的进动和陀螺仪 138

§5-3 固体的弹性 146

一 弹性体中的应力和应变 146

二 弹性体的拉伸和压缩 147

三 弹性体的剪切形变 149

§5-4 流体力学 151

一 流体的连续性方程 151

二 理想流体的定常流动 154

三 粘性流体的流动 157

习题 162

第六章 振动和波 167

§6-1 简谐振动 167

一 描述简谐振动的特征量 167

二 简谐振动的合成 169

三 振动的分解 傅里叶变换 174

§6-2 弹性系统的振动 178

一 谐振子的自由振动 178

二 谐振子的阻尼振动 181

三 谐振子的受迫振动和共振 183

§6-3 耦合振子 187

一 简正模 187

二 简正模的叠加 190

§6-4 机械波的产生和传播 191

一 波动图像 191

二 波动方程 194

三 波的能量 196

四 声波 197

§6-5 驻波 199

一 驻波的形成和特点 199

二 两端固定的弦中的驻波 多自由度系统的简正模 201

三 半波损失 202

§6-6 多普勒效应 204

§6-7 波包和非线性波 208

一 波包和群速 208

二 非线性效应对波动的影响 210

三 孤波和孤子 211

习题 212

第七章 相对论 217

§7-1 狭义相对论的基本假设 217

一 相对论的意义 217

二 狭义相对论的基本假设 219

三 迈克耳孙-莫雷实验 220

一 相对论变换和时空观 222

§7-2 相对论运动学 222

二 闵科夫斯基空间 洛伦兹变换下的不变量 225

三 狭义相对论的时空观 228

§7-3 相对论动力学 236

一 动量和质量 236

二 力 功和动能 239

三 能量 质能关系 240

四 能量和动量的关系 244

五 动量、能量和力的相对论变换 245

§7-4 广义相对论 254

一 等效原理 255

二 爱因斯坦的引力场方程 260

三 广义相对论的检验 262

习题 266

一 电荷 电荷守恒定律 270

§8-1 电相互作用 270

第八章 电相互作用和真空中的静电场 270

第二部分 电磁学 270

二 库仑定律 静电力的叠加原理 273

三 电场和电场强度 274

四 场强的叠加原理 275

§8-2 静电场的高斯定理 281

一 电场线 281

二 电场通量 281

三 静电场的高斯定理 283

四 静电场的高斯定理的微分形式 285

§8-3 静电场的环路定理和电势 289

一 静电场的环路定理 289

二 电势差与电势 292

三 电势叠加原理 294

四 等势面 电势的梯度 295

习题 301

一 导体的静电平衡条件 305

第九章 静电场中的导体和电介质 305

§9-1 静电场中的导体 305

二 导体壳和静电屏蔽 308

三 电容和电容器 310

§9-2 静电场中的电介质 313

一 电介质的极化 313

二 极化强度和极化电荷 315

三 各向同性线性电介质的极化规律 317

四 电位移 有电介质时的高斯定理 318

五 电介质的击穿和压电效应 320

§9-3 静电场的能量 324

一 带电体系的静电能 324

二 电场的能量和能量密度 328

习题 332

一 磁性现象 336

§10-1 磁相互作用 336

第十章 电磁相互作用 336

二 磁场和磁感应强度 337

三 洛伦兹力 338

四 带电粒子在磁场中的运动 338

五 霍耳效应 340

§10-2 运动电荷的电磁场 345

一 运动电荷的电场和磁场(非相对论的) 345

二 电磁场的相对论变换 347

三 运动电荷的电磁场(相对论的) 349

四 两个运动电荷之间的相互作用 352

§10-3 磁场和电流 356

一 恒定电流 356

二 毕奥-萨伐尔定律 364

三 安培定律 365

习题 375

一 磁场的高斯定理和矢势 382

第十一章 恒定磁场和磁介质 382

§11-1 磁场的高斯定理和安培环路定理 382

二 安培环路定理 385

§11-2 有磁介质时的高斯定理和安培环路定理 390

一 介质的磁化 390

二 有磁介质时的高斯定理 395

三 有磁介质时的安培环路定理 395

§11-3 介质的磁化规律 399

一 顺磁质和抗磁质 399

二 铁磁质 400

习题 407

第十二章 电磁感应 409

§12-1 电磁感应定律 409

一 电磁感应现象的发现 409

二 法拉第电磁感应定律 410

三 楞次定律 412

一 动生电动势 414

§12-2 动生电动势和感生电动势 414

二 感生电动势 417

三 电磁感应定律的普遍形式 417

四 电磁感应与相对性原理 419

§12-3 互感和自感 424

一 互感 424

二 自感 426

§12-4 磁场的能量 430

一 自感磁能 430

二 互感磁能 431

三 磁场的能量 432

§12-5 暂态过程 435

一 LR电路的暂态过程 435

二 RC电路的暂态过程 436

三 LCR电路的暂态过程 438

一 零电阻现象 439

§12-6 超导电性和超导磁体 439

二 迈斯纳效应和磁通量子化 441

三 超导磁体的特点 445

四 工作在持续电流状态的超导磁体 446

习题 449

第十三章 电路 453

§13-1 直流电路 453

一 电路中任意两点之间的电势差 453

二 基尔霍夫方程组 455

§13-2 交流电及其简单电路 460

一 交流电概述 460

二 交流电路中的基本元件 462

三 简单交流电路的矢量图解法 465

§13-3 交流电路的复数解法 470

一 交流电的复数表示法 470

二 交流电路的基尔霍夫方程组及其复数形式 472

一 瞬时功率和平均功率 474

§13-4 交流电的功率 474

二 功率因数 475

§13-5 共振电路 477

一 串联共振电路 477

二 共振电路的品质因数 479

三 并联共振电路 481

习题 483

第十四章 电磁场和电磁波 488

§14-1 位移电流 488

一 电磁场的基本规律 488

二 位移电流 489

三 安培环路定理的普遍形式 491

§14-2 麦克斯韦方程组和边界条件 493

一 麦克斯韦方程组 493

二 电磁场的边界条件 495

一 自由空间中的电磁波和平面电磁波 498

§14-3 电磁波 498

二 电磁波的辐射 504

三 电磁波谱 510

§14-4 电磁场的能量和动量 511

一 电磁场的能量密度和能流密度 511

二 电磁场的动量 513

三 电磁场是物质的一种形态 515

习题 516

附表1 基本物理常量1986年的推荐值 519

附录 519

附表2 保留单位和标准值 520

附表3 太阳系的基本数据(Ⅰ) 520

附表4 太阳系的基本数据(Ⅱ) 521

第三部分 光学 523

第十五章 光的干涉 523

§15-1 光学概论 523

一 从经典光学到现代光学 523

二 光的电磁理论 524

三 光波的复振幅描述 528

一 光波的叠加 529

§15-2 光波的相干叠加 529

二 相干条件 531

三 光程和光程差 532

§15-3 分波前干涉 533

一 杨氏实验 533

二 菲涅耳双面镜和劳埃镜 536

三 干涉条纹的可见度 光源的宽度和单色性 537

§15-4 分振幅干涉 544

一 薄膜干涉原理 544

二 等倾干涉 546

三 等厚干涉 548

四 迈克耳孙干涉仪和法布里-珀罗干涉仪 550

习题 557

§16-1 光的衍射现象和惠更斯-菲涅耳原理 561

一 光的衍射现象及其分类 561

第十六章 光的衍射 561

二 惠更斯-菲涅耳原理 562

§16-2 单缝和圆孔的夫琅禾费衍射 564

一 单缝的夫琅禾费衍射 564

二 圆孔的夫琅禾费衍射 568

三 光学仪器的分辨本领 569

§16-3 光栅 573

一 光栅的构成 573

二 光栅衍射图样 574

三 光栅衍射图样的特点 576

四 光栅光谱 578

§16-4 X射线在晶体上的衍射 582

一 X射线的发现和应用 582

二 布拉格条件 583

三 电子衍射和中子衍射 585

四 劳厄相和德拜相 586

一 全息照相 588

§16-4 现代光学 588

二 傅里叶光学 光学信息处理 594

习题 599

第十七章 光的偏振 602

§17-1 自然光和偏振光 602

一 光的偏振态 602

二 自然光 603

三 线偏振光 马吕斯定律 604

四 部分偏振光 605

五 椭圆偏振光和圆偏振光 606

§17-2 偏振光的产生和检验 609

一 光在反射和折射时的偏振 玻片堆 609

二 二向色性和偏振片 611

三 晶体的双折射和偏振元件 612

四 偏振光的获得和检验 618

一 偏振光的干涉现象 620

§17-3 偏振光的干涉 620

二 偏振光的干涉原理 色偏振 621

三 光弹效应和电光效应 623

§17-4 旋光 625

一 晶体和溶液的旋光性 625

二 磁致旋光 628

习题 628

第十八章 光的吸收、散射和色散 631

§18-1 光的吸收 631

一 吸收定律 631

二 一般吸收和选择吸收 吸收光谱 633

§18-2 光的散射 636

一 光的散射现象及其分类 636

二 瑞利散射定律 637

三 散射光的强度和偏振状态 638

四 拉曼散射 640

一 光的色散 棱镜光谱仪 643

§18-3 光的色散 643

二 正常色散和反常色散 646

§18-4 非线性光学 648

一 非线性光学现象 648

二 非线性光学现象的解释 649

习题 651

第四部分 量子力学 653

第十九章 从经典物理学到量子力学 653

§19-1 从经典物理学到前期量子论 653

一 黑体辐射 普朗克的能量子假说 654

二 光电效应 爱因斯坦的光量子论 660

三 原子结构和原子光谱 玻尔的量子论 668

§19-2 量子力学的建立和发展 675

一 海森伯矩阵力学的提出 675

二 德布罗意波 薛定谔波动力学的提出 676

三 量子理论的发展 678

习题 682

第二十章 波函数与薛定谔方程 686

§20-1 波函数的统计诠释 686

一 概率波 686

二 统计诠释及其它物理条件对波函数提出的要求 690

三 概率的基本概念及运算 692

§20-2 力学量的统计不确定性 694

一 不确定性原理 694

二 动量分布概率 696

三 力学量的平均值 算符的引进 698

§20-3 态叠加原理 702

一 量子态及其表象 702

二 态叠加原理 703

§20-4 薛定谔方程 707

一 薛定谔方程的引进 707

二 定域的概率守恒 710

三 定态薛定谔方程 712

一 无限深方势阱 离散谱 715

§20-5 一维定态问题 715

二 线性谐振子 718

三 方势垒的穿透 隧道效应 723

习题 731

第二十一章 力学量与本征态 735

§21-1 力学量用算符表达 735

一 量子力学中的力学量 735

二 经典分析力学中的哈密顿量 737

三 量子力学中的哈密顿量 薛定谔方程的普遍形式 743

一 力学量算符的本征值方程 745

§21-2 本征值和本征函数 线性厄米算符 745

二 线性厄米算符 747

三 厄米算符的性质 厄米算符与力学量 750

§21-3 厄米算符的对易关系 753

一 算符的一般运算规则和对易式 753

二 量子力学的基本对易式 755

三 角动量算符各分量之间的对易式 756

一 不同力学量同时有确定值的条件和共同本征函数 759

§21-4 共同本征函数 759

二 角动量(L2，Lz)的共同本征函数 球谐函数 760

三 力学量完全集和本征函数的完全性 762

四 狄拉克符号 764

五 占有数表象 766

§21-5 力学量随时间的变化 守恒量与对称性 769

一 力学量平均值随时间的变化 769

二 守恒量 771

三 守恒量与对称性 772

§21-6 量子力学的基本假设 777

习题 778

第二十二章 有心力场和电磁场中的粒子 780

§22-1 粒子在有心力场中的运动 780

一 角动量守恒与力学量完全集 780

二 径向方程与能量本征值 781

一 两体问题化为单体问题 782

§22-2 氢原子的能级和能量本征函数 782

二 氢原子的径向方程和能量本征值 784

三 氢原子的能量本征函数 788

§22-3 氢原子和类氢离子的结构与性质 790

一 氢原子的能级特点及简并度 790

二 氢原子波函数及概率的分布 792

三 氢原子的电流分布与磁矩 800

四 类氢离子 802

§22-4 粒子在电磁场中的运动 803

一 有电磁场情况下的薛定谔方程 803

二 A-B效应 806

三 正常塞曼效应 808

习题 811

第二十三章 自旋和全同粒子 813

§23-1 电子自旋 813

一 电子自旋假设 813

二 电子自旋态的描述 817

三 自旋算符与泡利矩阵 818

四 自旋轨道耦合 总角动量 821

五 电子自旋对正常塞曼效应的影响以及反常塞曼效应 823

六 电子顺磁共振和核磁共振 825

§23-2 全同粒子系和原子组态 828

一 全同粒子系的交换对称性 828

二 全同粒子系的波函数 泡利不相容原理 831

三 两个电子的自旋三重态和单态 正氦和仲氦 835

四 元素周期表 原子的电子壳层结构 838

习题 843

第二十四章 微扰论和量子跃迁 845

§24-1 定态微扰论 845

一 非简并定态微扰论 845

二 简并定态微扰论 848

§24-2 含时微扰论和量子跃迁 852

一 含时微扰论 852

二 量子跃迁和跃迁概率 854

§24-3 光的吸收和辐射 856

一 光的吸收和受激辐射 856

二 电偶极辐射的选择定则 859

三 自发辐射 859

§24-4 激光的基本原理 861

一 受激辐射光放大与粒子数反转 861

二 光学共振腔 863

三 激光的纵模 865

四 激光器 867

五 激光的应用 868

第五部分 热物理学 870

第二十五章 热力学基础 870

§25-1 热力学平衡的基本概念 870

一 热物理学概述 870

二 热力学系统的平衡态 871

三 态参量和态函数 873

四 热力学第零定律 温度 874

五 物态方程 879

§25-2 热力学第一定律 883

一 热力学过程 883

二 功 883

三 热力学第一定律 885

四 焓 887

五 热容 888

六 气体的态函数和热力学过程 890

习题 900

第二十六章 统计物理学基础 905

§26-1 统计物理学的基本概念 905

一 系统的微观运动状态及其描述 905

二 等概率假设 908

三 三类系统的分布和微观态数 911

§26-2 最概然分布 916

一 玻耳兹曼分布 917

二 玻色分布和费米分布 919

三 经典极限条件和能量连续条件 920

习题 926

第二十七章 热力学第二定律和第三定律 927

§27-1 熵 927

一 微观态数与无序度 927

二 微观态数随能量的变化 928

三 趋向热平衡及β的物理意义 930

四 熵的概念 932

§27-2 热力学第二定律 934

一 可逆过程与不可逆过程 934

二 热力学第二定律的表述 937

三 过程的方向 940

四 熵变的计算 941

五 热机效率和卡诺定理 942

一 热平衡的熵判据 947

§27-3 自由能和吉布斯函数 947

二 自由能 948

三 吉布斯函数 949

四 开系和多元系的热力学基本方程 化学势 950

§27-4 热力学第三定律 951

一 能斯特定理 951

二 绝对零度不能达到原理 953

习题 954

第二十八章 均匀物质的统计热力学 956

§28-1 热力学函数 956

一 态函数的全微分和麦克斯韦关系 956

二 基本热力学函数的确定 959

§28-2 玻耳兹曼统计 961

一 热力学量的统计表达式 961

二 经典理想气体的热力学函数和速度分布 963

三 能量均分定理 气体的热容 968

四 固体的热容 970

§28-3 玻色统计和费米统计 974

一 热力学量的统计表达式 974

二 声子和元激发 976

三 玻色-爱因斯坦凝聚 液氦的超流动性 983

四 金属中的自由电子气体 990

五 能带论 996

六 非晶体、准晶和富勒烯 999

七 元激发和对称破缺 1001

习题 1005

第二十九章 相变和临界现象 1008

§29-1 单元系的相变及其分类 1008

一 单元复相系的平衡条件 1008

二 单元复相系的平衡性质 1010

三 相变的分类 1015

四 液晶及其相变 1017

一 气液相变的临界现象 1019

§29-2 临界现象 1019

二 气液相变以外的连续相变现象 1022

三 相变理论的发展 1026

习题 1036

第三十章 非平衡热力学和统计物理学 1038

§30-1 输运现象和玻耳兹曼方程 1038

一 气体分子运动的简化模型 1038

二 输运现象 1042

三 玻耳兹曼方程 1048

四 H定理 1051

§30-2 耗散结构 1052

一 自组织现象 1053

二 开系的熵变和非平衡态 1058

三 耗散结构的形成和应用 1062

附录 1069

附表1 基本物理常量1986年的推荐值 1069

附表2 保留单位和标准值 1070