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第1章 质点力学 1

1.1 参考系与坐标系 2

1.1.1 参考系 2

1.1.2 坐标系 2

1.2 位置矢量、位移 2

1.2.1 位置矢量 2

1.2.2 位移 3

1.3 速度、加速度 4

1.3.1 速度 4

1.3.2 加速度 5

1.4 牛顿运动定律 10

1.4.1 牛顿运动定律 10

1.4.2 几种常见的力 11

1.4.3 牛顿运动定律的应用 13

1.4.4 伽利略变换与相对运动 17

1.5 功和能 18

1.5.1 功 19

1.5.2 质点的动能定理 20

1.5.3 保守力做功与势能 20

1.5.4 质点系的功能原理与机械能守恒定律 23

1.5.5 能量守恒与转换定律 24

1.6 动量定理和动量守恒定律 26

1.6.1 冲量 26

1.6.2 质点的动量定理 27

1.6.3 质点系的动量定理与动量守恒定律 27

1.6.4 质心与质心运动定理 28

1.6.5 碰撞 30

1.7 角动量定理与角动量守恒定律 33

1.7.1 质点的角动量定理与角动量守恒定律 33

1.7.2 质点系的角动量定理与角动量守恒定律 34

习题 36

第2章 刚体力学 43

2.1 刚体的运动 43

2.1.1 刚体的平动 43

2.1.2 刚体的转动 44

2.2 刚体定轴转动的运动学 44

2.2.1 刚体定轴转动的角量描述 44

2.2.2 刚体定轴转动的特点 45

2.3 刚体定轴转动的动力学 46

2.3.1 刚体定轴转动的转动定律 46

2.3.2 刚体定轴转动的转动定律的应用 53

2.3.3 刚体定轴转动的动能定理 55

2.3.4 刚体定轴转动的角动量守恒定律 58

习题 63

第3章 气体动理论 71

3.1 理想气体状态方程 71

3.1.1 热力学系统 71

3.1.2 平衡态 71

3.1.3 气体状态参量 72

3.1.4 气体实验定律 72

3.1.5 理想气体状态方程 73

3.2 理想气体压强和温度的统计意义 73

3.2.1 理想气体微观定义 73

3.2.2 分子集体统计假设 73

3.2.3 理想气体压强公式推导 74

3.2.4 温度的统计意义 76

3.3 麦克斯韦分子速率分布律 76

3.3.1 伽尔顿板实验 77

3.3.2 气体分子速率分布律 78

3.3.3 麦克斯韦分子速率分布律 78

3.3.4 归一化条件 78

3.3.5 麦克斯韦分子速率分布律应用 79

3.4 能量均分定理 80

3.4.1 自由度 81

3.4.2 气体分子自由度 81

3.4.3 能量按自由度均分定理 82

3.4.4 理想气体内能 82

3.5 气体分子的平均自由程 83

3.5.1 分子碰撞 83

3.5.2 平均碰撞次数（频率）和平均自由程 84

习题 85

第4章 热力学基础 91

4.1 热力学第一定律 91

4.1.1 准静态过程 91

4.1.2 功 91

4.1.3 热量 92

4.1.4 内能 93

4.1.5 热力学第一定律 93

4.2 热力学第一定律的应用 94

4.2.1 热容定义 94

4.2.2 等容摩尔热容 94

4.2.3 等压摩尔热容 95

4.2.4 等温过程 96

4.2.5 绝热过程 96

4.3 循环过程、卡诺循环 98

4.3.1 循环过程 98

4.3.2 卡诺循环 101

4.4 热力学第二定律 104

4.4.1 热力学第二定律的两种表述 104

4.4.2 可逆过程与不可逆过程 105

4.4.3 卡诺定理 106

4.4.4 玻尔兹曼熵 106

4.4.5 克劳修斯熵 107

习题 108

第5章 真空中的静电场 116

5.1 电荷 116

5.2 库仑定律 117

5.3 电场强度 118

5.3.1 电场和电场强度 118

5.3.2 点电荷的电场强度及叠加原理 119

5.4 高斯定埋 122

5.4.1 电场线 122

5.4.2 电通量 122

5.4.3 高斯定理 123

5.5 电势、环路定理 127

5.5.1 静电场力的功 128

5.5.2 静电场的环路定理 128

5.5.3 电势能 129

5.5.4 电势 129

5.5.5 电势的计算 130

5.6 等势面、电势梯度 132

5.6.1 等势面 132

5.6.2 电势梯度 132

习题 133

第6章 静电场中的导体与电介质 142

6.1 静电场中的导体 142

6.1.1 静电平衡条件 142

6.1.2 静电平衡时导体上的电荷分布特征 143

6.1.3 有导体存在时静电场的分析与计算 145

6.1.4 静电屏蔽 147

6.2 电容器 148

6.2.1 孤立导体电容 148

6.2.2 两个导体的电容器 149

6.3 静电能 152

6.3.1 电荷系的静电能 152

6.3.2 静电场的能量 153

6.4 电介质中的电场 155

6.4.1 电介质的极化 155

6.4.2 介质内的电场强度 157

6.4.3 电介质中的高斯定理 158

习题 159

第7章 恒定磁场 165

7.1 恒定电流 165

7.1.1 电流、电流强度 165

7.1.2 电流密度 166

7.1.3 电源、电动势 167

7.2 毕奥-萨伐尔定律 169

7.2.1 磁场、磁感应强度 169

7.2.2 毕奥-萨伐尔定律 170

7.2.3 匀速运动电荷的磁场 175

7.3 磁场中的高斯定理 176

7.3.1 磁感应线、磁通量 176

7.3.2 磁场中的高斯定理 177

7.4 安培环路定理及其应用 178

7.4.1 安培环路定理 178

7.4.2 安培环路定理的应用 180

7.5 带电粒子在磁场和电场中的运动及其应用 182

7.5.1 洛伦兹力 182

7.5.2 带电粒子在磁场中的运动 183

7.5.3 利用电场与磁场控制带电粒子运动的实例 185

7.5.4 霍尔效应 188

7.6 磁场对载流导线的作用 190

7.6.1 安培力 190

7.6.2 磁力矩 192

7.6.3 磁力的功 194

7.7 磁场中的磁介质 195

7.7.1 磁介质 195

7.7.2 磁介质的磁化强度 195

7.7.3 磁介质中的安培环路定理 197

7.7.4 铁磁质 198

习题 200

第8章 电磁感应 213

8.1 法拉第电磁感应的基本定律 213

8.1.1 电磁感应现象 213

8.1.2 法拉第电磁感应定律 215

8.1.3 楞次定律 215

8.2 动生电动势、感生电动势 218

8.2.1 动生电动势 218

8.2.2 感生电动势 220

8.3 自感、互感 222

8.3.1 自感 222

8.3.2 互感 223

8.4 磁场的能量 225

习题 227

第9章 麦克斯韦方程组 236

9.1 位移电流与麦克斯韦方程组 236

9.2 麦克斯韦方程组的微分形式、电磁波 239

9.2.1 麦克斯韦方程组的微分形式 239

9.2.2 真空中的麦克斯韦方程组 240

9.2.3 光的电磁理论 243

9.3 电磁波的产生 244

习题 246

第10章 振动 249

10.1 简谐振动 249

10.1.1 弹簧振子的简谐振动 249

10.1.2 简谐振动的描述 251

10.1.3 简谐振动的图示法——旋转矢量法 255

10.1.4 简谐振动的能量 257

10.2 简谐振动的合成 257

10.2.1 同方向、同频率的简谐振动的合成 257

10.2.2 同方向、不同频率简谐振动的合成 259

10.2.3 两个互相垂直方向的简谐振动的合成 260

10.3 阻尼振动、受迫振动、共振 261

10.3.1 阻尼振动 261

10.3.2 受迫振动、共振 262

10.4 振动的分解 263

习题 264

第11章 波动 271

11.1 机械波的产生与传播 271

11.2 平面简谐波函数 272

11.3 波的能量、能流、能流密度 275

11.3.1 波的能量 275

11.3.2 能流和能流密度 276

11.3.3 声强级 276

11.4 惠更斯原理和波的衍射、反射与折射 277

11.4.1 惠更斯原理 277

11.4.2 波的衍射 278

11.4.3 波的反射与折射 278

11.5 波的干涉 279

11.5.1 波的叠加原理 279

11.5.2 简谐波的叠加与干涉 280

11.5.3 驻波 281

11.6 多普勒效应 284

11.6.1 声波的多普勒效应 284

11.6.2 光波的多普勒效应 286

习题 286

第12章 波动光学 294

12.1 光的干涉 294

12.1.1 相干光 294

12.1.2 光程 295

12.1.3 杨氏双缝干涉 296

12.1.4 薄膜干涉 298

12.1.5 迈克耳孙干涉仪 302

12.2 光的衍射 304

12.2.1 光的衍射现象与惠更斯-菲涅耳原理 304

12.2.2 单缝夫琅和费衍射 305

12.2.3 光学仪器的分辨本领 308

12.2.4 光栅衍射 310

12.2.5 X射线衍射 313

12.3 光的偏振 314

12.3.1 光的偏振态 314

12.3.2 线偏振光的获得和检验、马吕斯定律 316

12.3.3 光在介质表面反射折射时的偏振、布儒斯特定律 319

12.3.4 双折射现象 320

12.3.5 双折射晶体光学器件 322

习题 324

第13章 狭义相对论基础 336

13.1 经典力学及其困难 336

13.1.1 经典的相对运动理论 336

13.1.2 牛顿力学的时空观 337

13.1.3 牛顿力学的相对性原理 338

13.1.4 电磁理论与伽利略变换的矛盾 338

13.2 洛伦兹变换与狭义相对论的时空观 340

13.2.1 狭义相对论的两个基本假设 340

13.2.2 洛伦兹变换（狭义相对论的坐标变换） 341

13.2.3 狭义相对论的速度变换 342

13.2.4 狭义相对论的时空观 344

13.3 相对论力学基础 350

13.3.1 物体的相对论质量和动量 351

13.3.2 相对论动能 351

13.3.3 物体的总能量和质能关系 352

13.3.4 质量亏损和结合能 354

13.3.5 动量与能量的关系 355

习题 357

第14章 量子力学基础 361

14.1 黑体辐射与能量的量子化 361

14.1.1 热辐射 361

14.1.2 黑体辐射 362

14.1.3 普朗克的能量子理论 363

14.2 光电效应与光的波粒二象性 364

14.2.1 光电效应实验 364

14.2.2 爱因斯坦的光子假说 366

14.2.3 光的波粒二象性 367

14.3 康普顿散射 368

14.3.1 实验现象 368

14.3.2 理论解释 368

14.4 物质波 370

14.4.1 德布罗意的物质波 370

14.4.2 物质波的实验验证 371

14.4.3 物质波的意义 372

14.5 氢原子光谱和玻尔的旧量子论 373

14.5.1 原子的有核结构模型 373

14.5.2 氢原子光谱的实验结果 374

14.5.3 玻尔的旧量子论 374

14.6 物质波的波函数 377

14.6.1 自由粒子的波函数 377

14.6.2 态叠加原理 377

14.6.3 不确定原理 378

14.7 薛定谔方程 379

14.7.1 波函数的标准条件 379

14.7.2 量子力学的基本方程——薛定谔方程 380

14.7.3 一维定态薛定谔方程的求解 381

14.8 一维定态系统 382

14.8.1 一维无限深方势阱 382

14.8.2 一维简谐振子 384

14.8.3 势垒贯穿 385

14.9 氢原子 385

14.9.1 氢原子的薛定谔方程 386

14.9.2 描述氢原子状态的三个量子数 386

14.9.3 电子的概率分布、电子云 387

14.10 电子自旋与原子的壳层结构 389

14.10.1 电子的自旋 389

14.10.2 泡利不相容原理 390

14.10.3 壳层结构、原子的电子组态 390

习题 392