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第1篇 力学 3

第1章 质点力学 3

1.1 质点运动学 3

1.1.1 质点参照系 时间和空间 3

1.1.2 位矢 位移 速度 加速度 5

1.1.3 曲线运动及其描述 9

1.1.4 伽利略坐标变换 12

1.2 质点动力学 14

1.2.1 牛顿运动定律 14

1.2.2 SI单位和量纲 16

1.2.3 常见力和基本力 17

1.2.4 应用牛顿运动定律解题 20

1.2.5 冲量与动量定理 23

1.2.6 动量守恒定律 26

1.3 功和能 27

1.3.1 功与功率 势能 27

1.3.2 动能 动能定理 31

1.3.3 功能原理 机械能守恒定律 32

1.3.4 碰撞 33

阅读材料A 人体材料的力学特性 36

A.1 骨的力学性质和特点 36

A.2 肌肉的力学性质和特点 38

A.3 血管壁的力学性质和特点 38

A.4 相关实用案例 39

第2章 刚体的定轴转动 48

2.1 刚体的运动 48

2.1.1 平动和转动 48

2.1.2 质心 刚体的质心运动定理 49

2.1.3 定轴转动的角量描述 51

2.1.4 刚体定轴转动的角动量 51

2.1.5 刚体的转动动能 52

2.1.6 转动惯量的计算 52

2.2 刚体的转动定律 54

2.2.1 刚体定轴转动的力矩 54

2.2.2 刚体定轴转动定律 55

2.3 刚体的功和能 60

2.3.1 力矩的功 60

2.3.2 定轴转动的动能定理 60

2.3.3 定轴转动的机械能 61

2.4 角动量守恒定律 62

2.4.1 刚体的角动量定理 62

2.4.2 刚体的角动量守恒定律 62

阅读材料B 陀螺仪 64

第3章 流体力学 72

3.1 理想流体的定常流动 72

3.1.1 基本概念 72

3.1.2 连续性方程 73

3.1.3 伯努利方程及其应用 74

3.2 黏性流体的流动 77

3.2.1 牛顿黏滞定律 77

3.2.2 湍流 雷诺数 78

3.2.3 黏性流体的伯努利方程 79

3.2.4 泊肃叶公式 79

3.2.5 斯托克司定律 81

阅读材料C 血液的流动 82

C.1 血液的流动 82

C.2 心脏做功 84

C.3 血压的测量 84

第4章 振动和波动 89

4.1 简谐运动 89

4.1.1 简谐运动方程 89

4.1.2 简谐运动的能量 92

4.1.3 简谐运动的合成和分解 93

4.1.4 阻尼运动 受迫振动 共振 98

4.2 波动 100

4.2.1 波的产生和传播 100

4.2.2 平面简谐波波动方程 102

4.2.3 波的能量和强度 104

4.2.4 波的叠加原理 波的干涉 驻波 105

4.2.5 声波和超声波 108

4.2.6 多普勒效应 112

阅读材料D 听诊与叩诊 113

第2篇 电磁学 121

第5章 静电场 121

5.1 电场 电场强度 121

5.1.1 电荷 库仑定律 121

5.1.2 电场 电场强度 122

5.1.3 场强叠加原理 123

5.2 高斯定理及其应用 125

5.2.1 电场线 电通量 125

5.2.2 静电场的高斯定理 127

5.2.3 高斯定理的应用 128

5.3 电场力的功 电势 130

5.3.1 电场力的功 静电场的环路定理 130

5.3.2 电势能 电势 131

5.3.3 等势面 电场强度和电势的关系 134

5.4 静电场中的导体 135

5.4.1 导体的静电平衡 135

5.4.2 静电平衡时导体上的电荷分布 136

5.4.3 静电屏蔽 137

5.5 静电场中的电介质 137

5.5.1 电介质及其极化 137

5.5.2 电介质中的场强 139

5.6 电容 电场的能量 139

5.6.1 电容 电容器 139

5.6.2 带电系统的能量 141

5.6.3 静电场的能量 141

第6章 电流与电路 148

6.1 恒定电流 148

6.1.1 电 流电流强度 148

6.1.2 欧姆定律的微分形式 149

6.2 电动势 151

6.3 直流电路 151

6.3.1 含源电路的欧姆定律 151

6.3.2 基尔霍夫定律及其应用 153

阅读材料E 细胞膜电位 155

阅读材料F 心电图的电学原理 157

F.1 心电的产生和心电偶 157

F.2 心电图机和心电导联 159

阅读材料G 电流对人体的作用 161

G.1 直流电对人体的作用 161

G.2 低频电的作用 心脏起搏器 161

G.3 高频电疗和高频电刀 162

G.4 人体的触电问题 163

第7章 磁场 166

7.1 磁场 磁感应强度 166

7.1.1 磁场 磁感应强度 166

7.1.2 磁场线和磁通量 167

7.1.3 毕奥-萨伐尔定律 168

7.1.4 电流的磁场 168

7.1.5 安培环路定理及其应用 170

7.2 磁场对运动电荷和电流的作用 173

7.2.1 磁场对运动电荷和电流的作用 磁聚焦 173

7.2.2 霍尔效应 电磁泵 175

7.2.3 磁场对载流导线的作用 176

7.2.4 磁场对载流线圈的作用 177

7.3 磁介质 178

7.3.1 物质的磁性和磁化 178

7.3.2 磁场强度 180

7.3.3 铁磁性 180

7.4 电磁感应 182

7.4.1 电磁感应定律 182

7.4.2 动生电动势 182

7.4.3 感生电动势 涡电流 183

7.4.4 自感和互感 184

7.4.5 磁场的能量 185

阅读材料H 生物磁现象 187

H.1 生物磁现象 187

H.2 磁场的生物效应 188

第3篇 热 学 201

第8章 气体动理论 201

8.1 状态过程 201

8.2 理想气体状态方程 202

8.3 理想气体的压强 204

8.3.1 理想气体的微观模型 204

8.3.2 理想气体的压强 205

8.4 温度的微观意义 206

8.4.1 温标 206

8.4.2 温度的微观本质 207

8.4.3 气体的方均根速率 207

8.5 能量均分原理 理想气体的内能 208

8.5.1 分子的自由度 208

8.5.2 能量均分原理 208

8.5.3 理想气体的内能 209

8.6 热平衡态的统计规律 210

8.6.1 速率分布函数 210

8.6.2 麦克斯韦速率分布律 210

8.6.3 气体分子速率分布的实验测定 212

8.6.4 麦克斯韦速度分布律 玻尔兹曼能量分布律 213

8.7 实际气体等温线 范德瓦尔斯方程 214

8.7.1 实际气体等温线 214

8.7.2 范德瓦尔斯方程 215

8.7.3 范德瓦尔斯方程的等温线 217

8.8 气体分子的平均自由程 218

8.9 输运过程及其宏观规律 219

8.9.1 内摩擦 219

8.9.2 热传导 220

8.9.3 扩散 221

阅读材料I 液体的表面性质 221

I.1 液体的表面张力和表面能 222

I.2 液体与固体交界处的表面现象 225

第9章 热力学基础 232

9.1 热力学第一定律 232

9.1.1 内能功和热 232

9.1.2 热力学第一定律 233

9.1.3 理想气体的热容 233

9.1.4 热力学第一定律的应用 235

9.1.5 绝热过程 236

9.2 热力学第二定律 238

9.2.1 循环过程热机和制冷机 238

9.2.2 热力学第二定律 240

9.2.3 可逆过程与不可逆过程 241

9.2.4 卡诺循环和卡诺定理 242

9.3 熵熵增加原理 244

9.3.1 熵 244

9.3.2 不可逆过程中的熵变 244

9.3.3 熵增加原理 246

9.4 热力学第二定律的统计意义 246

阅读材料J 人体的体温控制 247

J.1 人体的能量交换 247

J.2 人体中的熵变问题 248

第4篇 光学 255

第10章 几何光学 255

10.1 几何光学的基本定律 255

10.2 球面折射成像 255

10.2.1 单球面折射成像 256

10.2.2 共轴球面系统 260

10.3 透镜成像 262

10.3.1 薄透镜成像 262

10.3.2 透镜的像差 267

10.4 放大镜 光学显微镜 268

10.4.1 放大镜 268

10.4.2 光学显微镜 269

10.5 眼的光学系统 275

10.5.1 眼的结构和光学性质 275

10.5.2 人眼的调节 视力 276

10.5.3 非正视眼的矫正 276

第11章 波动光学 282

11.1 光的干涉 282

11.1.1 分波前干涉 286

11.1.2 薄膜干涉 289

11.1.3 迈克耳孙干涉仪 295

11.1.4 光的相干性 297

11.2 光的衍射 298

11.2.1 光的衍射现象 惠更斯-菲涅耳原理 298

11.2.2 单缝的夫琅禾费衍射 301

11.2.3 圆孔的夫琅禾费衍射 光学仪器的分辨率 304

11.2.4 衍射光栅 307

11.2.5 晶体对X射线的衍射 311

11.3 光的偏振 312

11.3.1 自然光和偏振光 313

11.3.2 偏振片 马吕斯定律 315

11.3.3 反射和折射时光的偏振 319

11.3.4 双折射现象 二向色性 321

11.3.5 波片 偏振态的检验 324

11.3.6 偏振光的干涉 326

阅读材料K 克尔效应和旋光现象 327

阅读材料L 液晶 329

L.1 液晶的光学特性 329

L.2 液晶的电光效应 330

阅读材料M 光的吸收、散射和色散 331

M.1 光的吸收 331

M.2 光的散射 333

M.3 光的色散 334

阅读材料N 激光全息 336

N.1 激光全息的原理 336

N.2 全息显示的发展及应用 337

第5篇 近代物理基础 345

第12章 狭义相对论基础 345

12.1 经典力学的相对性原理和时空观 345

12.2 洛伦兹变换 348

12.3 狭义相对论的基本原理 351

12.3.1 同时的相对性 351

12.3.2 时间延缓（钟慢效应） 352

12.3.3 长度收缩 353

12.4 相对论动量和能量 354

12.4.1 质量与速度的关系 354

12.4.2 相对论力学的基本方程 355

12.4.3 质量与能量的关系 355

12.4.4 动量与能量之间的关系 357

12.5 广义相对论简介 359

12.5.1 非惯性系与惯性力 359

12.5.2 惯性质量和引力质量 359

12.5.3 广义相对论的基本原理 360

12.5.4 广义相对论的实验验证 360

第13章 量子力学基础 364

13.1 黑体辐射和普朗克的量子假设 364

13.1.1 热辐射现象 364

13.1.2 黑体辐射实验定律 364

13.1.3 普朗克量子假设 367

13.2 光电效应 368

13.2.1 光电效应的实验规律 368

13.2.2 爱因斯坦的光子理论 369

13.2.3 光的波粒二象性 370

13.3 康普顿效应 371

13.3.1 康普顿效应的实验规律 371

13.3.2 光子理论的解释 373

13.4 氢原子光谱与玻尔模型 375

13.4.1 氢原子光谱的规律性 375

13.4.2 玻尔的氢原子理论 376

13.4.3 玻尔理论的局限性 378

13.5 实物粒子的波粒二象性 378

13.5.1 德布罗意波 378

13.5.2 德布罗意波的实验验证 379

13.6 不确定关系 381

13.7 波函数与薛定谔方程 383

13.7.1 波函数及其统计解释 383

13.7.2 薛定谔方程 384

13.8 一维势阱 势垒与隧道效应 385

13.8.1 一维无限深势阱 385

13.8.2 一维势垒与隧道效应 388

13.8.3 谐振子 389

阅读材料O 量子通信 389

第14章 原子核与放射性 394

14.1 原子核的结构和性质 394

14.1.1 原子核的组成 394

14.1.2 结合能原子核的稳定性 395

14.1.3 原子核的自旋和磁矩 396

14.2 原子核的衰变 397

14.2.1 α衰变 397

14.2.2 β衰变和电子俘获 397

14.2.3 γ衰变和内转换 399

14.3 原子核的衰变规律 400

14.3.1 指数衰变规律 400

14.3.2 半衰期和平均寿命 400

14.3.3 放射性活度 402

14.3.4 放射性平衡 402

14.4 射线与物质的相互作用 403

14.4.1 带电粒子与物质的相互作用 403

14.4.2 光子与物质的相互作用 404

14.4.3 中子与物质的相互作用 405

14.5 射线的探测、剂量与防护 405

14.5.1 射线的探测 405

14.5.2 射线的剂量 406

14.5.3 辐射防护 408

14.6 放射性核素的医学应用 408

14.6.1 放射性治疗 409

14.6.2 放射性诊断 409

阅读材料P X射线成像 411

P.1 X射线的产生及其基本性质 411

P.2 X射线谱 414

P.3 X射线的吸收 416

P.4 X射线的应用 418

阅读材料Q 核磁共振成像 425

Q.1 核磁共振成像的基本原理 425

Q.2 核磁共振成像的基本方法 431

Q.3 人体的核磁共振成像 437

附录 441

附表1 国际单位制的基本单位与辅助单位 441

附表2 国际单位中具有专门名称的导出单位 441

附表3 基本物理常数 442

附表4 国际制词头 443

附表5 一些常见物体的密度 443

附表6 1大气压（1.013×10 5 Pa）下一些元素的熔点和沸点 443

附表7 希腊字母读音表及意义 444