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第1章 质点运动学 1

1.1 质点的位置和位移 2

1.1.1 参考系和坐标系 2

1.1.2 位置矢量和运动方程 3

1.1.3 路程和位移 4

1.2 速度和加速度 5

1.2.1 速度 5

1.2.2 不同参考系中的速度变换 7

1.2.3 加速度 8

1.3 抛体运动 11

1.4 圆周运动 13

1.4.1 圆周运动的描述 13

1.4.2 圆周运动的加速度 16

1.4.3 一般平面曲线运动的加速度 18

本章提要 19

练习题 21

第2章 质点动力学 24

2.1 牛顿运动定律 25

2.1.1 牛顿第一定律 25

2.1.2 牛顿第二定律 26

2.1.3 牛顿第三定律 27

2.1.4 惯性系 28

2.2 几种常见的力 29

2.2.1 万有引力 29

2.2.2 弹力 31

2.2.3 摩擦力 31

2.3 牛顿运动定律的应用 32

2.4 功和功率 动能定理 36

2.4.1 恒力的功 36

2.4.2 变力的功 功率 36

2.4.3 几种常见的力做的功 39

2.4.4 动能 动能定理 40

2.5 势能 机械能守恒定律 43

2.5.1 保守力与非保守力 43

2.5.2 势能 43

2.5.3 功能原理 机械能守恒定律 44

2.6 冲量 动量定理 47

2.6.1 冲量 47

2.6.2 动量定理 49

2.7 动量守恒定理 碰撞 51

2.7.1 动量守恒定理 51

2.7.2 碰撞 53

本章提要 56

练习题 58

第3章 刚体力学 63

3.1 刚体的平动和定轴转动 64

3.1.1 刚体的平动和转动 64

3.1.2 刚体定轴转动的角量描述 64

3.1.3 角量与线量 66

3.2 力矩 刚体平衡的条件 68

3.2.1 力矩 68

3.2.2 刚体平衡的条件 70

3.3 转动定律 72

3.3.1 转动定律 72

3.3.2 转动惯量 73

3.3.3 平行轴定理 75

3.4 刚体定轴转动中的功和能 76

3.4.1 力矩的功和功率 76

3.4.2 刚体定轴转动的转动动能 77

3.4.3 刚体定轴转动的动能定理 78

3.5 刚体定轴转动的角动量及其守恒定理 81

3.5.1 角动量 81

3.5.2 力矩与角动量的关系 83

3.5.3 角动量守恒定律 84

本章提要 88

练习题 90

第4章 流体力学 95

4.1 流体静力学基础 96

4.1.1 密度 96

4.1.2 静止流体内的压强 96

4.1.3 帕斯卡原理和阿基米德原理 98

4.2 液体的表面张力 99

4.2.1 液体的微观结构 100

4.2.2 液体的表面张力 101

4.2.3 液体的表面张力系数 102

4.2.4 表面能 103

4.3 附加压强 毛细现象 105

4.3.1 弯曲液面的附加压强 105

4.3.2 球形液面的附加压强 106

4.3.3 浸润和不浸润 107

4.3.4 毛细现象 109

4.4 理想流体的稳定流动 110

4.4.1 理想流体 110

4.4.2 稳定流动 流线 流管 111

4.4.3 连续性方程 111

4.5 伯努利方程及其应用 113

4.5.1 伯努利方程 113

4.5.2 伯努利方程的应用 115

4.6 黏滞流体的流动 116

4.6.1 层流 116

4.6.2 泊肃叶公式 黏滞系数 117

4.6.3 湍流 118

本章提要 120

练习题 121

第5章 静电场 124

5.1 电荷 库仑定律 125

5.1.1 电荷 125

5.1.2 电荷的量子化 126

5.1.3 库仑定律 126

5.1.4 静电力的叠加 127

5.2 电场 电场强度 128

5.2.1 电场 128

5.2.2 单个点电荷产生的电场 129

5.2.3 电场强度的叠加原理 130

5.2.4 电荷连续分布的带电体产生的电场 132

5.3 电通量 高斯定理 134

5.3.1 电场线 134

5.3.2 电通量 135

5.3.3 高斯定理 137

5.3.4 高斯定理的应用 138

5.4 静电场的环路定理 电势 141

5.4.1 静电场的环路定理 141

5.4.2 电势能 143

5.4.3 电势 电势差 144

5.4.4 电势的计算 145

5.5 等势面 电场强度与电势梯度 148

5.5.1 等势面 148

5.5.2 电场强度与电势梯度 149

5.6 静电场中的导体 151

5.6.1 导体的静电平衡条件 151

5.6.2 静电平衡时导体上电荷的分布 152

5.6.3 静电屏蔽 155

5.7 电容和电容器 155

5.7.1 孤立导体的电容 155

5.7.2 电容器的电容 156

5.7.3 电容器的串联和并联 158

5.8 静电场中的电介质 159

5.8.1 电介质对电容的影响 相对电容率 159

5.8.2 电介质的极化 161

5.8.3 有电介质时的高斯定理 162

5.9 电场的能量 164

本章提要 167

练习题 170

第6章 稳恒磁场 175

6.1 稳恒电流 电流密度 176

6.1.1 稳恒电流 漂移速度 176

6.1.2 电流密度 177

6.2 磁场 磁感应强度 179

6.2.1 基本的磁现象 179

6.2.2 磁场 磁感应强度 180

6.3 带电粒子在磁场中的运动 181

6.3.1 洛伦兹力 181

6.3.2 带电粒子在均匀磁场中的运动 183

6.3.3 带电粒子在非均匀磁场中的运动 185

6.4 带电粒子在正交场中的运动举例 186

6.4.1 回旋加速器 186

6.4.2 霍尔效应 187

6.5 毕奥－萨伐尔定律 190

6.5.1 毕奥－萨伐尔定律 190

6.5.2 毕奥－萨伐尔定律的应用 191

6.6 磁场的高斯定理和安培环路定理 193

6.6.1 磁通量 磁场的高斯定理 193

6.6.2 安培环路定理 194

6.6.3 安培环路定理的应用 196

6.7 磁场对电流的作用 198

6.7.1 安培力 198

6.7.2 两平行长直导线之间的相互作用 200

6.7.3 载流线圈在磁场中所受的力与力矩 201

6.8 磁场中的磁介质 203

6.8.1 磁介质 相对磁导率 203

6.8.2 磁介质的磁化 204

6.8.3 介质中的安培环路定理 207

本章提要 209

练习题 212

第7章 电磁感应 电磁场 216

7.1 电源 电动势 217

7.2 电磁感应定律 218

7.2.1 电磁感应现象 218

7.2.2 法拉第电磁感应定律 219

7.2.3 楞次定律 220

7.3 动生电动势 222

7.3.1 动生电动势的产生 222

7.3.2 动生电动势的计算 223

7.4 感生电动势 225

7.4.1 感生电动势的产生 225

7.4.2 感生电场与静电场 227

7.4.3 感生电动势的计算 227

7.4.4 涡电流 228

7.5 自感和互感 229

7.5.1 自感 229

7.5.2 互感 232

7.6 磁场的能量 234

7.7 位移电流 麦克斯韦方程组 235

7.7.1 位移电流 安培-麦克斯韦定理 236

7.7.2 麦克斯韦方程组 238

本章提要 240

练习题 241

第8章 气体动理论 245

8.1 基本概念 246

8.1.1 阿伏伽德罗常数 246

8.1.2 热运动 246

8.1.3 分子间的作用力 247

8.1.4 状态参量 平衡态 248

8.1.5 热平衡 温度 温标 248

8.1.6 理想气体的宏观描述 249

8.2 理想气体的压强与温度 251

8.2.1 理想气体的微观模型 251

8.2.2 大量气体分子的统计假设 252

8.2.3 理想气体的压强与温度 253

8.3 理想气体的内能 256

8.3.1 自由度 256

8.3.2 能量均分定理 258

8.3.3 理想气体的内能 258

8.4 麦克斯韦速率分布律 260

8.4.1 麦克斯韦速率分布函数 260

8.4.2 三种统计速率 261

8.5 气体分子的平均自由程 264

本章提要 267

练习题 269

第9章 热力学基础 271

9.1 改变内能的两种方式 准静态过程 272

9.1.1 内能 272

9.1.2 改变内能的两种方式 272

9.1.3 准静态过程 274

9.1.4 准静态过程的功 274

9.2 热力学第一定律 能量守恒定律 276

9.2.1 热力学第一定律 276

9.2.2 能量守恒定律 277

9.3 热力学第一定律的应用 279

9.3.1 等体过程 摩尔定容热容 279

9.3.2 等压过程 摩尔定压热容 280

9.3.3 等温过程 282

9.3.4 绝热过程 283

9.4 热机与制冷机 卡诺定理 286

9.4.1 可逆过程与不可逆过程 286

9.4.2 热机 288

9.4.3 卡诺热机 289

9.4.4 制冷机 290

9.4.5 卡诺定理 293

9.5 热力学第二定律 293

9.5.1 热力学第二定律的两种表述 293

9.5.2 两种表述的等效性 295

9.6 热力学第二定律的微观解释 熵 296

9.6.1 有序和无序 297

9.6.2 气体的自由膨胀 297

9.6.3 熵 熵增加原理 298

本章提要 300

练习题 303

第10章 简谐运动 307

10.1 简谐运动的描述 308

10.1.1 简谐运动方程 308

10.1.2 描述简谐运动的特征量 309

10.1.3 振幅和初相位的确定 313

10.2 简谐运动的能量 313

10.3 旋转矢量 315

10.4 简谐运动的合成 317

10.4.1 两个同方向同频率简谐运动的合成 317

10.4.2 两个同方向不同频率的简谐运动的合成 319

10.4.3 两个相互垂直的简谐运动的合成 321

10.5 外力作用下的振动 323

10.5.1 阻尼振动 323

10.5.2 受迫振动 共振 326

本章提要 329

练习题 330

第11章 机械波 333

11.1 机械波的形成和传播 334

11.1.1 机械波的形成 334

11.1.2 横波与纵波 335

11.1.3 波动的描述 336

11.1.4 波线、波面和波前 338

11.2 平面简谐波 340

11.2.1 平面简谐波的波函数 341

11.2.2 波函数的物理意义 342

11.3 波的强度 声波的响度 345

11.3.1 波动能量的传播 345

11.3.2 波的强度 345

11.3.3 声强和响度 346

11.4 波的衍射 348

11.4.1 惠更斯原理 348

11.4.2 波的衍射 349

11.5 波的干涉 350

11.5.1 波的叠加 350

11.5.2 波的干涉 350

11.6 驻波 353

11.6.1 驻波的形成 353

11.6.2 驻波方程 355

11.6.3 半波损失 356

11.6.4 谐波 357

11.7 多普勒效应 359

11.7.1 波源不动，观察者运动 360

11.7.2 观察者不动，波源运动 360

11.7.3 观察者与波源同时运动 361

本章提要 364

练习题 366

第12章 光学 370

12.1 几何光学 371

12.1.1 光的反射和折射定律 371

12.1.2 全反射 373

12.1.3 平面上的反射与折射成像 374

12.1.4 薄透镜 374

12.2 光的相干性 光程 377

12.2.1 光是一种电磁波 377

12.2.2 光的相干性 378

12.2.3 相干光的获得 378

12.2.4 光程 光程差 379

12.2.5 薄透镜不产生附加光程差 380

12.3 分波面干涉 380

12.3.1 杨氏双缝干涉实验 381

12.3.2 劳埃德镜 383

12.4 分振幅干涉 385

12.4.1 等倾干涉 385

12.4.2 等厚干涉 388

12.4.3 迈克耳孙干涉仪 391

12.5 光的衍射 393

12.5.1 光的衍射现象 393

12.5.2 惠更斯－菲涅耳原理 394

12.5.3 单缝的夫琅禾费衍射 394

12.5.4 圆孔衍射和光学仪器的分辨率 397

12.6 衍射光栅 400

12.6.1 光栅衍射条纹的形成 400

12.6.2 光栅光谱 402

12.7 光的偏振 402

12.7.1 自然光与偏振光 403

12.7.2 偏振片 马吕斯定律 404

12.7.3 布儒斯特定律 406

12.7.4 光的双折射与旋光现象 407

本章提要 410

练习题 413

第13章 狭义相对论 417

13.1 经典的相对性原理 伽利略变换 418

13.1.1 经典的时空观和相对性原理 418

13.1.2 伽利略变换 419

13.2 狭义相对论的基本原理 420

13.2.1 经典的相对性原理与电磁规律 420

13.2.2 狭义相对论的两个基本假设 421

13.3 洛伦兹变换 422

13.3.1 洛伦兹坐标变换 422

13.3.2 相对论速度变换 424

13.4 狭义相对论的时空观 425

13.4.1 同时的相对性 426

13.4.2 长度的收缩 428

13.5 狭义相对论动力学基础 432

13.5.1 相对论动量和质量 432

13.5.2 相对论力学的基本方程 434

13.5.3 相对论能量 434

13.5.4 动量与能量的关系 436

本章提要 439

练习题 442

第14章 量子力学基础 444

14.1 黑体辐射 普朗克量子假说 445

14.1.1 热辐射 445

14.1.2 黑体与黑体辐射 445

14.1.3 黑体辐射的实验规律 446

14.1.4 普朗克量子假说 447

14.2 光电效应 爱因斯坦方程 448

14.2.1 光电效应的实验规律 448

14.2.2 经典理论解释光电效应遇到的困难 450

14.2.3 光子 爱因斯坦方程 450

14.3 波粒二象性 452

14.3.1 光的波粒二象性 452

14.3.2 粒子的波动性 453

14.4 概率波 454

14.5 不确定性关系 456

本章提要 459

练习题 461

附录1 常用的导数和积分公式 463

附录2 物理量的名称、符号和单位 464

附录3 常用物理常量 466

附录4 希腊字母表 467

参考文献 468