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绪论 1

第1篇 力学 3

第1章 质点运动的基本规律 3

1.1几个基本概念 3

1.1.1质点和质点系 3

1.1.2参考系和坐标系 3

1.1.3时间和时刻 4

1.1.4国际单位制和量纲 4

1.2描述质点运动的物理量 5

1.2.1位矢 5

1.2.2位移 6

1.2.3速度 6

1.2.4加速度 7

1.3描述质点运动的坐标系 8

1.3.1直角坐标系 8

1.3.2自然坐标系 10

1.3.3质点运动学的两类基本问题 11

1.4圆周运动的角量描述 15

1.4.1圆周运动的角量 15

1.4.2线量和角量的关系 16

1.5相对运动 17

1.6牛顿运动定律及其应用 19

1.6.1牛顿运动定律 19

1.6.2力学中常见的三种力 21

1.6.3牛顿运动定律的应用 23

1.6.4惯性系和非惯性系 27

1.6.5牛顿运动定律的适用范围 27

1.7非惯性系中的力学定律 28

1.7.1加速平动参考系中的惯性力 28

1.7.2匀速转动参考系中的惯性离心力 29

习题 31

第2章 守恒定律 36

2.1功与动能定理 36

2.1.1变力的功 36

2.1.2功率 37

2.1.3质点的动能定理 39

2.1.4质点系的动能定理 41

2.2保守力与势能 42

2.2.1保守力和非保守力 42

2.2.2势能 45

2.2.3由势能求保守力 46

2.3功能定理与机械能守恒定律 47

2.3.1功能定理 47

2.3.2机械能守恒定律 48

2.4能量守恒定律 49

2.5动量定理与动量守恒定律 50

2.5.1动量 50

2.5.2质点的动量定理 50

2.5.3质点系的动量定理 53

2.5.4质点系的动量守恒定律 55

2.5.5火箭飞行原理 56

2.5.6碰撞 58

2.6质心与质心运动定理 60

2.6.1质心 60

2.6.2质心运动定理 62

2.7质点的角动量定理与角动量守恒定律 64

2.7.1质点的角动量 64

2.7.2力对点的力矩 65

2.7.3质点的角动量定理 65

2.7.4质点的角动量守恒定律 66

2.8守恒定律的综合应用 67

2.8.1守恒定律的意义 67

2.8.2守恒定律综合应用基本方法 68

习题 70

第3章 刚体的定轴转动 77

3.1刚体运动的描述 77

3.1.1刚体模型 77

3.1.2刚体的平动和转动 77

3.1.3定轴转动的描述 78

3.2转动动能与转动惯量 79

3.2.1转动动能 79

3.2.2转动惯量的计算 80

3.3刚体定轴转动定律 83

3.3.1力矩 83

3.3.2转动定律 84

3.3.3转动定律的应用 85

3.4刚体定轴转动中的功能关系 86

3.4.1力矩的功 87

3.4.2刚体定轴转动的动能定理 87

3.4.3刚体的重力势能 88

3.4.4含有刚体力学系统的机械能守恒定律 88

3.5刚体的角动量定理与角动量守恒定律 90

3.5.1刚体对定轴的角动量 90

3.5.2刚体定轴转动的角动量定理 90

3.5.3刚体定轴转动的角动量守恒定律 91

习题 93

第2篇 波动学 99

第4章 机械振动 99

4.1简谐振动 99

4.1.1简谐振动的特征 99

4.1.2简谐振动的速度和加速度 100

4.1.3单摆和复摆 101

4.2描述简谐振动的物理量 102

4.2.1振幅 102

4.2.2周期 102

4.2.3位相和初相 103

4.2.4振幅和初相的确定 104

4.3简谐振动的旋转矢量法 106

4.4简谐振动的能量 110

4.5简谐振动的合成 112

4.5.1两个同方向同频率简谐振动的合成 112

4.5.2两个同方向不同频率简谐振动的合成 114

4.5.3两个相互垂直同频率简谐振动的合成 116

4.5.4两个相互垂直不同频率简谐振动的合成 117

4.6阻尼振动与受迫振动 118

4.6.1阻尼振动 118

4.6.2受迫振动 120

习题 121

第5章 机械波 125

5.1机械波的产生与传播 125

5.1.1机械波的产生 125

5.1.2横波和纵波 125

5.1.3波的几何描述 126

5.2描述波的物理量 126

5.2.1波长 126

5.2.2周期和频率 127

5.2.3波速 127

5.3平面简谐波 128

5.3.1平面简谐波的波动方程 128

5.3.2平面波的微分方程 130

5.4平面简谐波的能量 132

5.4.1波的能量 132

5.4.2波的能量密度 133

5.4.3波的能流和能流密度 133

5.5惠更斯原理及应用 134

5.5.1惠更斯原理 134

5.5.2波的衍射 135

5.6波的叠加原理及应用 136

5.6.1波的叠加原理 136

5.6.2波的干涉 136

5.6.3驻波 138

5.6.4半波损失 140

5.6.5弦线上的驻波 140

5.7多普勒效应 143

习题 145

第6章 波动光学 149

6.1几何光学简介 149

6.1.1光线 149

6.1.2光的反射和折射 150

6.1.3透镜 152

6.1.4光的色散 154

6.2光波及其相干条件 154

6.2.1光波 154

6.2.2光的相干性 156

6.2.3相干光的获得 157

6.3光程与光程差 158

6.3.1光程 158

6.3.2光程差 159

6.3.3额外光程差 160

6.3.4使用透镜不会引起附加的光程差 160

6.4光的干涉 160

6.4.1杨氏双缝干涉 160

6.4.2洛埃镜实验 162

6.4.3薄膜干涉 165

6.4.4迈克尔逊干涉仪 171

6.5光的衍射 172

6.5.1光的衍射现象及其分类 172

6.5.2惠更斯-菲涅耳原理 173

6.5.3单缝衍射 174

6.5.4圆孔衍射 178

6.5.5光栅衍射 180

6.5.6X射线的衍射 184

6.6光的偏振 185

6.6.1自然光和线偏振光 185

6.6.2起偏和检偏 187

6.6.3马吕斯定理 188

6.6.4布儒斯特定律 189

6.6.5双折射现象 191

习题 192

第3篇 热学 197

第7章 气体动理论 197

7.1分子运动的基本概念 197

7.1.1气体分子运动的实验基础 197

7.1.2统计规律 198

7.2理想气体的状态方程 199

7.2.1气体的状态参量 199

7.2.2平衡态 200

7.2.3热力学第零定律 201

7.2.4理想气体的状态方程 201

7.3理想气体的压强公式 202

7.3.1理想气体的微观模型和统计性假设 202

7.3.2理想气体的压强公式 203

7.4理想气体的温度公式 205

7.5能量按自由度均分的统计规律 206

7.5.1分子运动的自由度 206

7.5.2能量按自由度均分定理 207

7.5.3理想气体的内能 208

7.6气体分子速率分布的统计规律 209

7.6.1速率分布函数 209

7.6.2麦克斯韦速率分布律 210

7.6.3麦克斯韦速率分布律的应用 211

7.7气体分子碰撞的统计规律 214

7.8真实气体的范德瓦耳斯方程 217

习题 219

第8章 热力学基础 222

8.1热力学中的基本概念 222

8.1.1准静态过程 222

8.1.2内能 223

8.1.3功 223

8.1.4热量 224

8.2热力学第一定律 224

8.2.1热力学第一定律的表述 224

8.2.2热力学第一定律对理想气体的应用 225

8.3循环过程与卡诺循环 234

8.3.1循环过程 234

8.3.2卡诺循环 235

8.4热力学第二定律 239

8.4.1可逆过程和不可逆过程 239

8.4.2热力学第二定律的两种表述 240

8.5熵与熵增加原理 241

8.5.1熵的引入 241

8.5.2熵增加原理 244

8.6热力学第二定律的统计意义 245

8.6.1热力学第二定律的微观意义 245

8.6.2玻耳兹曼熵公式 247

习题 248

附录A 矢量 252

附录B 常用基本物理常量 260

附录C 本书中常用物理量的符号和单位 261

习题参考答案 264

参考文献 270