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第一章 力学基本定律 1

1.1　单位和量纲 2

相关链接　理解时空 3

1.2　物理量及其表述 6

1.2.1　物理量 6

1.2.2　质点 6

1.2.3　参考系与坐标系 6

1.2.4　矢量及其运算 7

1.3　运动描述 8

1.3.1　位置矢量与位移 8

1.3.2　速度 9

1.3.3　加速度 10

1.4　牛顿运动定律 12

1.4.1　牛顿运动定律 12

1.4.2　功与功率 13

1.4.3　动能　动能定理 14

1.4.4　保守力 非保守力 势能 14

1.4.5　功能原理 15

1.4.6　机械能守恒定律 16

1.4.7　动量　冲量 动量定理　动量守恒定律 16

1.5　刚体定轴转动 17

1.5.1 刚体定轴转动的运动描写 18

1.5.2　刚体定轴转动定律 20

1.5.3　刚体定轴转动的功和能 24

1.5.4 角动量定理 角动量守恒定律 26

1.5.5　进动 27

思考题 29

习题 30

参考文献 32

第二章　流体的运动 33

2.1　理想流体的定常流动 34

2.1.1 流体运动的描述方法 34

2.1.2　定常流动 36

2.1.3　连续性方程 36

2.2　理想流体的伯努利方程 38

2.2.1　理想流体的伯努利方程 38

2.2.2　伯努利方程的应用 40

2.3　黏性流体的运动 45

2.3.1　黏性流体的运动 45

相关链接　超流动性 47

相关链接　流动相似性 49

2.3.2　黏性流体的运动规律 50

相关链接　血液流动 53

2.3.3　物体在黏性流体中的阻力 54

思考题 56

习题 56

参考文献 58

第三章　机械振动和机械波 61

3.1　弹簧振子和简谐振动 62

3.2　运动方程及其图像 64

3.2.1　简谐振动图像 64

3.2.2　简谐振动的能量 67

3.3　简单的非理想振动 67

3.3.1　阻尼振动 68

3.3.2　受迫振动　共振 69

3.4　简谐振动的合成与分解 70

3.4.1 同方向同频率简谐振动合成 70

3.4.2　同方向不同频率简谐振动的合成 71

3.4.3　相互垂直简谐振动的合成 72

3.4.4　振动的分解 73

相关链接　傅里叶变换的应用 75

3.5　简谐波 76

3.5.1　机械波的产生和传播 76

3.5.2　波动方程 77

3.5.3　波的能量 79

3.6　波的叠加原理、波的干涉 81

3.6.1　波的叠加原理 81

3.6.2　波的干涉 81

3.6.3　驻波 82

3.7　声波和超声波 85

3.7.1　声强和声强级 85

3.7.2　多普勒效应 86

3.7.3　超声波 87

相关链接　脉冲反射式超声诊断仪 89

3.7.4　次声波 90

思考题 90

习题 91

参考文献 92

第四章 分子动理论 93

4.1　物质的微观模型 94

4.2　理想气体分子动理论 95

4.2.1　理想气体的物态方程 95

相关链接　玻意耳定律、查理定律和盖-吕萨克定律 97

4.2.2　理想气体的微观模型 98

4.2.3　理想气体的压强公式 98

4.2.4　分子平均平动能　理想气体的温度 100

4.2.5　能量基本公式 100

相关链接　定体比热容实验 102

4.3　气体分子速率分布和能量的统计规律 102

4.3.1　伽尔顿板实验 103

4.3.2　速率分布函数 105

4.3.3　麦克斯韦速率分布律 106

4.3.4　三种分子速率 107

4.3.5　玻耳兹曼能量分布律 109

4.4　液体的表面现象 110

4.4.1　表面张力 110

4.4.2　表面能 112

4.4.3　表面活性物质和表面吸附 113

4.4.4　弯曲液面的附加压强 114

相关链接　表面活性物质在肺呼吸过程中的作用 115

4.4.5　毛细现象 115

4.4.6　气体栓塞 117

思考题 118

习题 119

参考文献 120

第五章　静电场 121

5.1　库仑定律 122

5.1.1　电荷的性质 122

5.1.2　库仑定律 123

5.1.3　电场和电场强度 124

5.2　高斯定理 127

5.2.1 电场线 127

5.2.2　电场强度通量 128

5.2.3　高斯定理 130

相关链接 电泳在生物医学研究中的应用 134

5.3　静电场力的功　电势 135

5.3.1　静电场力所作的功 135

5.3.2　静电场的环路定理 136

5.3.3　电势 137

5.3.4 电场强度与电势的关系 141

5.4　静电场中的电介质 142

5.4.1 电介质及其结构 142

5.4.2　电介质的极化 143

5.4.3 电介质中的静电场 145

相关链接　压电效应 148

5.5　静电场的能量 149

5.5.1 电容器及其电容 149

5.5.2 电容器中的电能 150

5.5.3　静电场的能量与能量密度 150

思考题 152

习题 153

参考文献 155

第六章　直流电 157

6.1 电流密度和欧姆定律的微分形式 158

6.1.1　电流密度 158

6.1.2　连续性方程 电流的恒定条件 159

6.1.3　欧姆定律的微分形式 160

相关链接　欧姆定律的发现 160

6.1.4　金属与电解质的导电性 162

相关链接　超导电性 164

6.2　电源的电动势 165

6.2.1　电源及其电动势 165

6.2.2　一段含源电路的欧姆定律 166

6.3　基尔霍夫定律及其应用 168

6.3.1　基尔霍夫定律 169

6.3.2　基尔霍夫定律的应用 170

6.4　电容器的充放电过程 171

6.4.1　电容器的充电过程 171

6.4.2　电容器的放电过程 172

思考题 173

习题 174

参考文献 175

第七章 磁场与电磁感应 177

7.1　磁场　磁感应强度 178

7.1.1　磁场 178

7.1.2　磁感应强度 178

7.1.3　毕奥-萨伐尔定律 179

7.1.4　磁感线　磁通量 182

7.1.5　安培环路定理 183

7.2　磁场对运动电荷的作用力 187

7.2.1　洛伦兹力 187

7.2.2　霍耳效应 188

相关链接　磁场是哪里来的 189

7.3　磁场对载流导线的作用 190

7.3.1　安培力 190

7.3.2　磁场对载流线圈的作用 载流线圈的磁矩 191

7.4　物质的磁性 193

7.4.1　磁介质的磁化 193

7.4.2　顺磁质、抗磁质和铁磁质 194

7.4.3　有介质存在时的磁场　磁场强度 195

7.5　电磁感应 195

7.5.1　电磁感应定律 196

7.5.2　自感 197

7.5.3　RL电路 198

7.5.4　磁场的能量 199

相关链接　法拉第与电磁感应 201

7.6　电磁场理论 203

思考题 206

习题 207

参考文献 209

第八章 波动光学 211

8.1　光的干涉 212

8.1.1　光的相干性 212

8.1.2　杨氏双缝干涉实验 213

8.1.3　劳埃德镜实验 215

8.1.4　光程与光程差 216

8.1.5　薄膜干涉 217

8.2　光的衍射 219

8.2.1　光的衍射现象 219

8.2.2　惠更斯-菲涅尔原理 220

8.2.3　单缝衍射 220

8.2.4 圆孔衍射　光学仪器的分辨率 223

8.2.5　衍射光栅 225

相关链接　全息照相 228

8.3　光的偏振 229

8.3.1 自然光与偏振光 230

8.3.2　偏振光的获得与检验 231

8.3.3　反射和折射时光的偏振 232

8.4　双折射现象 234

8.4.1　双折射现象 234

8.4.2 惠更斯原理在双折射现象中的应用 236

8.4.3　波片 237

8.5　旋光现象 239

8.6　光的吸收与散射 240

8.6.1　光的吸收 240

8.6.2　光的散射 241

相关链接　光学信息处理 243

思考题 244

习题 245

参考文献 246

第九章 几何光学 249

9.1　几何光学的三个基本定律 250

相关链接　光导纤维 251

9.2　球面折射 252

9.2.1　单球面折射 252

9.2.2　共轴球面系统 254

相关链接　眼睛 257

9.3　透镜 258

9.3.1 薄透镜 259

9.3.2　柱面透镜 262

相关链接 眼睛的屈光不正与矫正 263

9.3.3　透镜的像差 264

9.4　放大镜　光学显微镜 265

9.4.1　放大镜 265

9.4.2　光学显微镜 266

思考题 267

习题 267

参考文献 268

第十章　X射线 269

10.1　X射线的产生及其性质 270

10.1.1　X射线的发生装置 270

相关链接　X射线的发现 271

10.1.2　X射线谱 271

10.1.3　X射线的特性 274

10.1.4　X射线的强度与硬度 274

10.1.5　物质对X射线的衰减 275

10.2　X射线的衍射 276

10.2.1　X射线的衍射 276

10.2.2　X射线晶体结构分析 276

相关链接 同步辐射与X射线生物分子结构分析 279

10.3　X射线在医学上的应用 280

10.3.1　X射线在诊断方面的应用 280

10.3.2　X射线在治疗方面的应用 284

相关链接　激光及其医学应用 285

思考题 287

习题 288

参考文献 288

第十一章 狭义相对论基础 289

11.1　爱因斯坦相对性原理 290

11.2　狭义相对论的时空观 292

11.2.1　同时性 292

11.2.2　时间延缓 293

11.2.3　孪生子佯谬 295

11.2.4　长度收缩 296

11.3　洛伦兹变换与相对论的速度叠加 299

11.3.1　洛伦兹变换 299

11.3.2　相对论的速度叠加 301

11.4　相对论动量和能量 304

11.4.1　相对论动量 304

11.4.2　相对论能量 305

11.4.3　相对论能量和动量 308

相关链接　广义相对论简介 309

思考题 311

习题 312

参考文献 312

第十二章 量子物理基础 315

12.1　黑体辐射 316

12.1.1　辐射出射度和吸收因数 317

12.1.2　黑体辐射的实验规律 317

12.1.3　普朗克量子假设 319

相关链接　红外热像仪 320

12.2　光电效应 321

12.2.1　光电效应的实验规律 321

12.2.2　爱因斯坦的光子理论 322

12.3　康普顿效应 323

12.4　波粒二象性 324

12.4.1　粒子的波粒二象性 324

12.4.2　电子双缝干涉实验 326

12.5　不确定关系 327

12.6　薛定谔方程 330

12.6.1　波函数 330

12.6.2　定态薛定谔方程 331

12.7　薛定谔方程的应用 332

12.7.1　一维无限深方势阱 332

12.7.2　势垒　隧道效应 333

相关链接　扫描隧穿显微镜 335

12.8　氢原子中的电子 336

12.9　电子自旋 338

思考题 339

习题 340

参考文献 341

第十三章 原子核和放射性 343

13.1　原子核的基本性质 344

13.1.1　原子核的组成 344

相关链接 中子的发现 345

13.1.2　原子核的结合能 346

13.1.3　原子核的自旋和磁矩 348

相关链接　磁共振成像 349

13.1.4　核力 350

13.1.5　原子核的宇称 351

13.2　原子核的衰变类型 351

13.2.1　α衰变 352

13.2.2　β衰变 353

13.2.3　γ衰变和内转换 354

13.3　原子核的衰变规律 355

13.3.1　衰变规律 355

13.3.2　半衰期 355

13.3.3　放射性活度 357

13.3.4　放射性平衡 358

相关链接　放射性测定年代 360

13.4　射线与物质的相互作用 361

13.4.1 带电粒子与物质相互作用的机制 361

13.4.2　重带电粒子与物质的相互作用 362

13.4.3　β射线与物质的相互作用 364

13.4.4　光子与物质的相互作用 365

13.4.5 中子与物质的相互作用 366

13.5　辐射剂量与防护 367

13.5.1　辐射剂量及其单位 367

13.5.2　辐射防护 368

思考题 369

习题 369

参考文献 370

习题答案 371

附录 基本物理常量 378