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序 1

前言 1

绪论 1

第一篇 力学 8

第1章 质点运动学 8

1.1 质点运动的描述 8

1.1.1 预备知识 8

1.1.2 描述质点运动的物理量 9

1.2 圆周运动 14

1.2.1 直角坐标系下的描述 14

1.2.2 自然坐标系下的描述 15

1.2.3 圆周运动的角量描述 16

1.3 直线运动的描述 17

1.4 相对运动与伽利略变换 21

1.4.1 运动合成定理 21

1.4.2 伽利略变换 21

本章内容小结 23

思考题 24

练习题 25

第2章 质点动力学 29

2.1 牛顿运动定律及其应用 29

2.1.1 牛顿运动定律 29

2.1.2 常见的几种力 30

2.1.3 牛顿定律应用 31

2.2 惯性系和力学相对性原理 37

2.2.1 惯性参考系 37

2.2.2 力学相对性原理 38

2.3 功与能 38

2.3.1 功 38

2.3.2 动能定理 41

2.3.3 保守力、非保守力与势能 42

2.4 功能原理与机械能守恒定律 45

2.5 动量定理与动量守恒定律 46

2.5.1 冲量与质点的动量定理 46

2.5.2 质点系的动量定理 48

2.5.3 动量守恒定律 49

2.6 碰撞 51

2.6.1 弹性碰撞 51

2.6.2 完全非弹性碰撞 52

2.6.3 非弹性碰撞 53

本章内容小结 53

思考题 55

练习题 56

第3章 刚体的定轴转动 60

3.1 定轴转动刚体运动学 60

3.2 转动定理 62

3.2.1 力矩 62

3.2.2 转动定理 63

3.2.3 转动惯量 64

3.3 刚体定轴转动中的功和能 69

3.3.1 外力矩的功 69

3.3.2 定轴转动刚体的转动动能和势能 70

3.3.3 定轴转动的动能定理 70

3.4 刚体定轴转动的角动量定理与角动量守恒定律 72

3.4.1 冲量矩和角动量 72

3.4.2 角动量定理和角动量守恒定理 72

本章内容小结 74

思考题 76

练习题 77

第二篇 电磁学 83

第4章 静电场 83

4.1 电荷与库仑定律 83

4.1.1 电荷、电荷的量子化与电荷守恒定律 83

4.1.2 库仑定律 84

4.1.3 电场强度 86

4.2 真空中静电场的高斯定理 91

4.2.1 电场线 91

4.2.2 电通量 92

4.2.3 真空中静电场的高斯定理 93

4.3 电势 98

4.3.1 静电场的电场力是保守力 98

4.3.2 任意带电体的电场力是保守力 98

4.3.3 静电场的环路定律 98

4.3.4 电势能与电势 99

4.3.5 场强与电势的微分关系 102

*4.4 静电场中的导体 102

4.4.1 导体的静电平衡条件 102

4.4.2 静电平衡时导体上的电荷分布 103

4.4.3 静电屏蔽 105

4.4.4 有导体存在时电场的计算 105

4.5 静电场中的电介质 107

4.5.1 静电场中的电偶极子 107

4.5.2 电介质的分类—无极分子与有极分子电介质 108

4.5.3 电介质的极化 108

4.5.4 电介质中的电场 108

4.6 介质中的高斯定理与环路定理 109

4.7 电容器与电场能 111

4.7.1 电容器 111

4.7.2 电容的计算 111

4.7.3 电容器的电能 112

4.7.4 静电场的能量 113

本章内容小结 114

思考题 116

练习题 118

第5章 稳恒磁场 122

5.1 磁场与磁感应强度 122

5.1.1 基本磁现象与磁场 122

5.1.2 磁感应强度 123

5.2 毕奥一萨伐尔定律 124

5.2.1 毕奥一萨伐尔定律 125

5.2.2 毕奥一萨伐尔定律的应用 125

5.3 磁场的高斯定理 129

5.3.1 磁感线 129

5.3.2 磁通量与磁场的高斯定理 129

5.4 安培环路定理 131

5.4.1 安培环路定理 132

5.4.2 安培环路定理的应用 133

5.5 磁场对电流的作用 136

5.5.1 磁场对载流导线的作用力 136

5.5.2 磁场对载流线圈的作用力矩 138

5.5.3 磁场对运动电荷的作用力 140

5.5.4 霍耳效应 140

*5.5.5 介质中的磁场 142

本章内容小结 146

思考题 147

练习题 148

第6章 电磁感应 152

6.1 电磁感应 152

6.1.1 电磁感应现象 152

6.1.2 电磁感应定律 153

6.2 动生电动势和感生电动势 155

6.2.1 动生电动势 156

6.2.2 感生电动势 158

*6.3 自感与互感 160

6.3.1 自感 160

6.3.2 互感 162

*6.4 磁场的能量 163

6.5 麦克斯韦方程组 165

6.5.1 位移电流 166

6.5.2 麦克斯韦方程组 168

*6.6 电磁波与人类文明 169

本章内容小结 172

思考题 173

练习题 174

第三篇 热学 177

第7章 气体动理论 177

7.1 气体动理论的基本概念 177

7.1.1 热力系统 177

7.1.2 平衡态与平衡过程 178

7.1.3 理想气体状态方程 178

7.2 理想气体压强和温度的微观本质 179

7.2.1 理想气体的微观模型 179

7.2.2 理想气体压强的微观本质 179

7.2.3 理想气体温度的微观本质 180

7.3 能量按自由度均分定理 181

7.3.1 分子的运动自由度 181

7.3.2 能量按运动自由度均分定理 182

7.3.3 理想气体的内能 182

7.4 麦克斯韦速率分布律 183

7.4.1 麦克斯韦速率分布律 183

7.4.2 气体分子热运动速率的三种统计平均值 184

7.5 气体分子的平均碰撞频率和平均自由程 185

本章内容小结 187

思考题 188

练习题 189

第8章 热力学基础 192

8.1 热力学第一定律 192

8.1.1 功 192

8.1.2 热量 193

8.1.3 内能 193

8.1.4 热力学第一定律 193

8.2 理想气体的定值过程 193

8.2.1 定容过程 194

8.2.2 定压过程 195

8.2.3 定温过程 195

8.3 绝热过程 196

8.3.1 绝热过程方程式 196

8.3.2 绝热过程的功和内能 197

8.3.3 绝热线与等温线的关系 197

8.4 循环过程与卡诺循环 200

8.4.1 循环过程 200

8.4.2 卡诺循环 202

8.5 热力学第二定律 205

8.5.1 可逆过程和不可逆过程 206

8.5.2 热力学第二定律 207

8.5.3 卡诺定理 208

本章内容小结 208

思考题 210

练习题 210

第四篇 波动与光学 213

第9章 机械振动 213

9.1 简谐振动及相关概念 213

9.1.1 简谐振动 214

9.1.2 描述简谐振动的特征物理量 21

9.1.3 简谐振动方程的建立 216

9.2 简谐振动的规律 220

9.2.1 简谐振动的运动学方程、速度和加速度 220

9.2.2 简谐振动的能量 221

9.2.3 旋转矢量法 222

9.3 简谐振动的合成 225

9.3.1 两个同方向、同频率简谐振动的合成 225

9.3.2 同方向不同频率简谐振动的合成及拍现象 227

9.3.3 垂直方向同频率的两个谐振动的合成 228

9.3.4 垂直方向不同频率的谐振动的合成 229

9.4 阻尼振动、受迫振动、共振 230

9.4.1 阻尼振动 230

9.4.2 受迫振动 231

9.4.3 共振 232

本章内容小结 232

思考题 233

练习题 234

第10章 机械波 238

10.1 机械波的基本概念 238

10.1.1 机械波的产生 238

10.1.2 横波与纵波 238

10.1.3 波的几何描述 238

10.1.4 波的特征物理量描述 239

10.2 平面简谐波的波函数 240

10.2.1 平面简谐波的波动方程 240

10.2.2 波动方程的物理意义 242

10.3 波的能量、能流 244

10.3.1 波的能量 244

10.3.2 波的能量密度 246

10.3.3 波的强度 246

10.4 波的衍射和干涉 247

10.4.1 惠更斯原理 247

10.4.2 波的衍射 248

10.4.3 波的叠加原理 248

10.4.4 波的干涉 249

*10.4.5 驻波 251

*10.5 多普勒效应 253

本章内容小结 254

思考题 256

练习题 257

第11章 波动光学 261

11.1 光源、相干光、光程和光程差 261

11.1.1 光源 261

11.1.2 光的相干条件 261

11.1.3 相干光的获得 262

11.1.4 光程与光程差 262

11.2 分波阵面干涉 263

11.2.1 杨氏双缝干涉 263

11.2.2 洛埃镜实验 266

11.3 分振幅干涉 266

11.3.1 薄膜干涉 266

11.3.2 劈尖干涉 268

11.3.3 牛顿环 270

11.4 迈克尔逊干涉仪 271

11.5 光的衍射与惠更斯一菲涅耳原理 272

11.5.1 光的衍射 272

11.5.2 惠更斯一菲涅耳原理 273

11.6 单缝夫琅和费衍射 273

11.7 光栅衍射 276

11.7.1 光栅的结构 276

11.7.2 光栅衍射条纹的形成 276

11.7.3 光栅方程 277

11.7.4 谱线的缺级 277

11.8 光的偏振 278

11.8.1 光的偏振态 278

11.8.2 起偏与检偏 280

11.8.3 反射与折射时的偏振 281

本章内容小结 282

思考题 283

练习题 284

第五篇 近代物理 290

第12章 近代物理基础 290

12.1 狭义相对论的两个原理及洛仑兹变换 290

12.1.1 狭义相对论的两个假定 290

12.1.2 洛仑兹变换 291

12.2 狭义相对论的时空观 294

12.2.1 同时性的相对性 294

12.2.2 长度收缩 295

12.2.3 时间延缓 296

12.3 洛仑兹速度变换 298

12.4 相对论动力学基础 299

12.4.1 相对论质量 299

12.4.2 相对论动力学基本方程 302

12.4.3 质能关系 302

12.4.4 相对论能量和动量的关系 304

12.4.5 广义相对论简介 305

12.5 黑体辐射与普朗克的能量子假设 306

12.5.1 热辐射 306

12.5.2 黑体辐射的基本规律 307

12.5.3 普朗克辐射公式和能量子的概念 308

12.6 光电效应 309

12.6.1 光电效应的实验规律 309

12.6.2 经典理论遇到的困难 311

12.6.3 爱因斯坦的光子论及其对光电效应的解释 311

12.7 康普顿效应 312

12.7.1 康普顿效应及其观测 312

12.7.2 光子论对康普顿效应的解释 312

12.7.3 光的波粒二象性 314

12.8 氢原子光谱和玻尔的量子论 314

12.8.1 原子的核型结构模型及其与经典理论的矛盾 314

12.8.2 氢原子光谱的规律性 315

12.8.3 玻尔的量子论 317

12.8.4 氢原子轨道半径和能量的计算 317

12.9 微观粒子的波动性 318

12.9.1 德布罗意假设 318

12.9.2 电子衍射实验 319

12.9.3 不确定关系 321

12.10 波函数及其统计诠释 322

12.11 薛定谔方程 324

12.11.1 含时薛定谔方程 324

12.11.2 定态薛定谔方程 325

12.12 一维势阱和势垒问题 326

12.12.1 一维无限深方势阱 326

12.12.2 势垒穿透和隧道效应 328

思考题 330

练习题 331

*第13章 当代物理前沿 335

13.1 超导电性 335

13.1.1 超导体的基本性质 336

13.1.2 高温超导体 337

13.1.3 BCS理论 338

13.1.4 超导材料的应用 338

13.2 纳米技术 339

13.2.1 纳米材料 340

13.2.2 纳米加工与原子操纵 341

13.2.3 C60与碳纳米管 342

13.2.4 纳米技术的应用 343

13.3 光导纤维 346

13.3.1 光及其特性 346

13.3.2 光纤 346

13.3.3 均匀折射率光纤导光原理 347

13.3.4 光纤制造与衰减 347

13.3.5 光纤的应用 347

13.4 声学 348

13.4.1 声学的基本概念与理论 349

13.4.2 听觉、语言和音乐 350

13.4.3 超声 352

13.4.4 声与海洋 353

13.5 光彩夺目的新光源 354

13.5.1 激光产生的基本原理 354

13.5.2 激光技术的应用 357

13.5.3 同步辐射光源 363

13.6 原子能及其和平利用 364

13.6.1 原子能及其释放 364

13.6.2 裂变与聚变 366

13.6.3 原子能和中国的能源问题 369

参考文献 371