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第一篇 力学 2

第一章 质点运动学 2

第一节 质点运动学基本概念 2

一、参考系 2

二、坐标系 2

三、质点 3

第二节 质点运动的矢量描述 3

一、位置矢量 3

二、位移 4

三、速度 4

四、加速度 6

第三节 曲线运动 7

一、自然坐标系 7

二、圆周运动 8

三、运动学中的两类问题 10

第四节 相对运动 12

阅读材料 全球定位系统（GPS）的原理及应用 13

思考题 15

习题 16

第二章 质点动力学 18

第一节 牛顿运动定律 18

一、牛顿三定律的表述与物理意义 18

二、常见的力 20

三、牛顿运动定律的应用 24

第二节 动量定理和动量守恒定律 26

一、冲量 26

二、质点的动量定理 27

三、质点系的动量定理 29

四、质点系的动量守恒定律 30

第三节 功机械能和机械能守恒定律 32

一、功与功率 32

二、质点的动能定理 34

三、质点系的动能定理 35

四、机械能功能原理 37

五、机械能守恒定律 39

六、能量守恒定律 40

阅读材料航天中的力学 41

思考题 44

习题 45

第三章 刚体力学基础 48

第一节 刚体运动的描述 48

一、刚体 48

二、刚体运动的几种形式 48

三、刚体定轴转动的描述 49

第二节 刚体定轴转动定律 50

一、力矩 50

二、转动惯量 转动定律 51

三、转动定律的应用 55

第三节 刚体定轴转动的角动量守恒定律 57

一、刚体定轴转动的角动量定理 57

二、刚体定轴转动的角动量守恒定律 57

第四节 刚体定轴转动的动能定理 59

一、力矩的功 59

二、刚体定轴转动的动能定理 60

三、刚体定轴转动的功能原理与机械能守恒定律 60

阅读材料 角动量守恒定律在运动中的应用 63

思考题 65

习题 65

第四章 流体力学 69

第一节 流体流动的基本概念 69

一、理想流体的稳定流动 69

二、连续性原理 70

第二节 伯努利方程及其应用 70

一、伯努利方程 70

二、伯努利方程的应用实例 71

第三节 黏滞流体的运动规律 73

一、牛顿黏滞定律 73

二、湍流 74

三、泊肃叶公式 75

四、斯托克斯定律 76

阅读材料 离心分离原理 77

思考题 79

习题 79

第二篇 热学 82

第五章 气体动理论 82

第一节 气体动理论的基本概念 82

一、分子动理论的基本观点 82

二、理想气体的微观模型 83

三、平衡态 状态方程 84

四、理想气体的统计性假设 84

第二节 理想气体的压强和温度 85

一、压强公式 85

二、温度公式 87

第三节 能量按自由度均分定理 内能 90

一、分子的自由度 90

二、能量按自由度均分定理 91

三、理想气体的内能 91

第四节 气体分子的速率分布律 92

一、速率分布函数 93

二、麦克斯韦速率分布律 93

三、三种速率 94

四、麦克斯韦速率分布律的实验验证 96

五、玻尔兹曼分布律 96

第五节 气体分子的输运规律 98

一、气体的黏滞现象 98

二、气体分子的扩散 98

三、气体的热传导现象 99

第六节 气体分子的平均碰撞频率和平均自由程 99

一、分子的平均碰撞频率 99

二、分子的平均自由程 100

阅读材料 生物圈中臭氧、二氧化碳和水的生态学意义与新自然观 101

思考题 104

习题 104

第六章 热力学基础 107

第一节 热力学的基本概念 107

一、热力学系统 107

二、热力学过程 108

三、功和热量 108

第二节 热力学第一定律及其在理想气体中的应用 110

一、热力学第一定律 110

二、热力学第一定律在理想气体等值过程中的应用 110

三、理想气体的绝热过程 112

四、焓 114

五、循环过程 116

第三节 热力学第二定律 119

一、可逆过程与不可逆过程 119

二、热力学第二定律 120

三、热力学第二定律的统计意义 120

第四节 熵熵增加原理 122

一、卡诺定理 122

二、熵 122

三、熵增加原理 124

四、非平衡状态中负熵流的概念 125

第五节 吉布斯自由能 126

一、吉布斯自由能 126

二、标准生成吉布斯自由能 128

阅读材料 “热寂说”与宇宙的未来 128

思考题 129

习题 130

第七章 液体的表面性质 133

第一节 液体的表面张力 133

一、表面张力现象 表面能 133

二、表面张力系数 134

第二节 弯曲液面下的附加压强 136

第三节 毛细现象 138

一、润湿与不润湿现象 138

二、毛细现象 139

三、气体栓塞现象 140

第四节 弯曲液面上方的饱和蒸气压 142

阅读材料 肺泡的表面活性物质 144

呼吸窘迫症 144

思考题 144

习题 145

第三篇 电磁学 148

第八章 静电场 148

第一节 电场强度 148

一、库仑定律 148

二、电场强度 149

三、电场强度的计算 场强叠加原理 149

第二节 高斯定理及其应用 155

一、电场线 155

二、电通量 155

三、真空中的高斯定理 156

四、高斯定理的应用 157

第三节 电势能 电势 159

一、静电场力的功 静电场环路定理 159

二、电势能与电势 160

三、电场强度与电势的关系 162

第四节 静电场中的导体与电介质 164

一、静电场中的导体 164

二、电介质的极化现象 165

三、电极化强度矢量 166

四、电介质中的电场 166

五、有电介质时的高斯定理 168

六、电容器 170

第五节 静电场的能量 172

阅读材料 静电技术的应用 174

思考题 176

习题 176

第九章 稳恒磁场 179

第一节 稳恒电流 179

一、电流与电阻 179

二、电动势 181

第二节 磁感应强度 毕奥-萨伐尔定律 182

一、磁场 182

二、磁感应强度 183

三、毕奥-萨伐尔定律 184

四、应用举例 184

第三节 磁场中的高斯定理和安培环路定理 188

一、磁感应线 188

二、磁通量 磁场中的高斯定理 189

三、真空中的安培环路定理 189

四、安培环路定理的应用 191

第四节 磁场对电流和运动电荷的作用 193

一、磁场对载流导线的作用 193

二、磁场对载流线圈的作用 194

三、磁场对运动电荷的作用 195

四、霍尔效应 197

第五节 磁场中的磁介质 199

一、磁介质 199

二、磁介质的磁化机制 199

三、磁化强度 200

四、磁介质中的安培环路定理 200

五、磁滞现象 磁滞回线 200

阅读材料 生物与磁场 202

量子反常霍尔效应 203

思考题 203

习题 204

第十章 电磁感应与电磁波 206

第一节 电磁感应定律 206

一、法拉第电磁感应定律 206

二、楞次定律 207

第二节 动生电动势与感生电动势 207

一、动生电动势 208

二、感生电动势 209

第三节 自感和互感 211

一、自感 211

二、互感 212

第四节 磁场的能量 213

第五节 电磁场与电磁波 214

一、位移电流 214

二、麦克斯韦方程组 216

三、平面电磁波 217

阅读材料 微波的生物学效应及应用 218

超级天眼——500m口径球面射电望远镜 219

思考题 220

习题 220

第四篇 波动与光学 223

第十一章 机械振动与机械波 223

第一节 简谐振动 223

一、简谐振动的运动方程 223

二、简谐振动的有关物理量 224

三、简谐振动的矢量表示法 225

四、简谐振动的能量 225

五、简谐振动的合成 226

第二节 机械波 231

一、机械波有关概念和物理量 231

二、简谐波的波动方程 233

三、惠更斯原理 波的衍射 235

四、波的叠加原理 波的干涉 236

五、多普勒效应 240

六、波的能量 能流密度 242

阅读材料 超声波及其应用 243

思考题 244

习题 245

第十二章 波动光学 248

第一节 光学的基本概念 248

一、电磁波的特征 248

二、光的相干性 249

三、光程 光程差 250

四、光源 250

第二节 光的干涉 251

一、分波阵面法干涉实验 251

二、分振幅法的干涉实验 254

第三节 光的衍射 260

一、光的衍射现象 惠更斯-菲涅尔原理 260

二、单缝夫琅禾费衍射 260

三、圆孔衍射 光学仪器的分辨率 263

四、光栅衍射 265

第四节 光的偏振 267

一、自然光与偏振光 267

二、偏振光的产生方法 268

三、起偏振与检偏振 马吕斯定律 270

四、椭圆偏振光 271

五、旋光现象 273

第五节 旋光色散和圆二色性在生物学中的应用 273

一、旋光色散的基础理论 273

二、圆二色性的基础理论 274

三、旋光色散和圆二色性在分子生物学研究中的应用 275

阅读材料 激光生物学效应 275

医学光学成像技术 276

紫外成像在电力设备放电检测中的应用 277

立体电影 277

思考题 278

习题 278

第十三章 光度学 281

第一节 能量标准的基本物理量 281

一、辐射通量 281

二、辐射强度 281

三、面光源的辐出度 282

四、辐照度 照度定律 282

第二节 视觉标准的基本物理量 283

一、视见函数 283

二、光通量 284

三、点光源的发光强度 285

四、面光源的光出射度 285

五、光照度 286

第三节 光能的测量 287

一、光照度的测量 照度计 287

二、辐照度的测量 辐射计 287

三、光合有效辐射的测量 量子照度计 288

第四节 光的吸收 288

阅读材料 光的生态作用与生物的适应 289

思考题 290

习题 290

第五篇 近代物理简介 293

第十四章 狭义相对论简介 293

第一节 牛顿时空观与电动力学的矛盾 293

一、牛顿时空观 293

二、牛顿时空观与电动力学的矛盾 295

第二节 狭义相对论基本原理 洛伦兹变换 295

一、狭义相对论的两个基本原理 295

二、洛伦兹变换 296

第三节 相对论时空观 297

一、同时的相对性 297

二、时间间隔的相对性（钟慢效应） 298

三、空间间隔的相对性（尺缩效应） 299

第四节 洛伦兹速度变换 300

第五节 相对论动力学 302

一、相对论质量 302

二、相对论动量 303

三、相对论动能 304

四、质能关系式 304

五、相对论动量与能量的关系 306

阅读材料 孪生子佯谬 306

核电站 307

思考题 308

习题 308

第十五章 量子物理简介 310

第一节 早期量子论 310

一、黑体辐射 310

二、光电效应 312

三、康普顿效应 313

四、玻尔氢原子理论 315

第二节 微观粒子的波粒二象性及测不准关系 317

一、微观粒子的波粒二象性 317

二、不确定关系 318

第三节 波函数 321

一、波函数 321

二、波函数的统计意义 321

三、波函数的标准条件 322

第四节 薛定谔方程 322

第五节 氢原子的能级和波函数 324

一、氢原子的能级与量子化条件 324

二、氢原子的波函数 326

第六节 多电子原子的能级与原子光谱 327

一、原子中电子的耦合和光谱项 327

二、跃迁规则 328

阅读材料 我们身边的量子力学 329

思考题 332

习题 332

第十六章 近代物理技术应用 334

第一节 激光 334

一、自发辐射和受激辐射 334

二、粒子数反转 335

三、光学谐振腔 335

四、激光在生物工程和农业上的应用 336

第二节 红外辐射 336

一、红外辐射 336

二、红外辐射干燥 337

三、红外CO2分析仪 339

四、红外遥感技术 339

第三节 X射线 342

一、X射线的产生及X射线光谱 342

二、X射线的衍射 343

三、X射线成分分析及其在生物学上的应用 347

四、放射性核物理及其在生物学上的应用 348

第四节 核磁共振 352

一、原子核的自旋和磁矩 353

二、原子核在磁场中的能级 354

三、核磁共振 355

四、核磁共振仪 355

五、化学位移 356

六、自旋-自旋耦合 359

附录 361

附录Ⅰ 矢量 361

一、矢量的基本概念 361

二、矢量的加减 361

三、矢量的标积和矢积 362

附录Ⅱ 我国的法定计量单位和常用物理数据 363

一、单位制和单位 363

二、常用物理数据 365

参考文献 367