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第一篇 力学 2

第一章 质点运动学 2

1.1 时间与空间 量纲 2

1.1.1 时间与空间 2

1.1.2 国际单位制与量纲 3

1.2 质点运动的描述 3

1.2.1 质点 3

1.2.2 参考系 坐标系 4

1.2.3 位置矢量与运动方程 4

1.2.4 位移与路程 5

1.2.5 速度 5

1.2.6 加速度 6

1.2.7 自然坐标系中的速度和加速度 10

1.2.8 圆周运动 12

1.3 相对运动 14

阅读材料(一)天体运动 宇宙膨胀 18

思考题 18

习题 20

第二章 质点动力学 23

2.1 牛顿运动定律 23

2.1.1 牛顿第一定律 23

2.1.2 牛顿第二定律 24

2.1.3 牛顿第三定律 25

2.1.4 应用 25

2.2.2 伽利略相对性原理 30

2.2 惯性参考系与非惯性参考系 30

2.2.1 惯性参考系 30

2.2.3 惯性力 31

2.2.4 科里奥利力 34

2.3 功 36

2.3.1 功 36

2.3.2 一对相互作用力的功 37

2.3.3 功率 38

2.4 机械能 机械能守恒定律 39

2.4.1 质点动能定理 39

2.4.2 保守力的功 40

2.4.3 势能 41

2.4.4 质点系的功能原理 42

2.4.5 机械能守恒定律与能量守恒定律 43

2.5 动量 动量守恒定律 45

2.5.1 质点动量定理 45

2.5.2 质点系动量定理 46

2.5.3 动量守恒定律 47

2.6 质心 50

2.6.1 质心 50

2.6.2 质心运动定理 52

阅读材料(二) 微重力 54

思考题 55

习题 58

3.1 刚体运动的基本形式 64

3.1.1 平动和转动 64

第三章 刚体力学基础 64

3.1.2 描述刚体转动的物理量 65

3.2 定轴转动定律 转动惯量 66

3.2.1 力矩 66

3.2.2 转动定律 67

3.2.3 转动惯量的计算 69

3.3 刚体定轴转动的机械能和力矩的功 73

3.3.1 刚体转动动能 73

3.3.2 刚体重力势能 73

3.3.3 力矩的功 74

3.3.4 刚体定轴转动的动能定理 74

3.3.5 刚体定轴转动的功能原理 75

3.4.1 质点的角动量 77

3.4 角动量定理及角动量守恒定律 77

3.4.2 刚体对定轴的角动量 78

3.4.3 刚体的角动量定理 79

3.4.4 刚体的角动量守恒定律 80

3.5 旋进 84

3.6 平面平行运动 86

3.6.1 刚体平面平行运动的描述 86

3.6.2 刚体平面平行运动的动力学规律 87

3.6.3 纯滚动 87

阅读材料(三) 对称性与守恒定律 91

思考题 93

习题 94

4.1.1 伽利略变换 100

第四章 狭义相对论 100

4.1 爱因斯坦基本假设 100

4.1.2 狭义相对论的实验基础 101

4.1.3 爱因斯坦基本假设(狭义相对论基本原理) 104

4.2 洛伦兹坐标变换和速度变换 105

4.2.1 洛伦兹坐标变换式 105

4.2.2 洛伦兹坐标变换的推导 107

4.2.3 相对论速度变换 108

4.3 狭义相对论时空观 112

4.3.1 “同时”的相对性 112

4.3.2 时间膨胀 113

4.3.3 长度缩短 113

4.4 闵可夫斯基四维世界 115

4.5.1 相对论的质速关系 117

4.5 相对论动力学基础 117

4.5.2 相对论动力学的基本方程 119

4.5.3 相对论动能 119

4.5.4 静能、总能和质能关系 121

4.5.5 能量和动量的关系 121

阅读材料(四) 广义相对论简介 123

思考题 126

习题 127

第二篇 电磁学 130

第五章 电荷与电场 130

5.1 库仑定律与电场强度 130

5.1.1 电荷及其性质 130

5.1.2 库仑定律 131

5.1.3 电场与电场强度 132

5.1.4 场强叠加原理 134

5.2 电通量与高斯定理 139

5.2.1 电场线 139

5.2.2 电通量 140

5.2.3 高斯定理 142

5.2.4 高斯定理的应用 144

5.2.5 静电场高斯定理的微分形式 148

5.3 静电场的环路定理与电势 148

5.3.1 静电场的环路定理 149

5.3.2 电势 151

5.3.3 电势差 152

5.3.4 电势的计算 153

5.3.5 等势面 电势梯度 156

5.4 静电场中导体 159

5.4.1 导体的静电平衡性质 159

5.4.2 空腔导体和静电屏蔽 163

5.4.3 电容和电容器 165

5.5 静电场中介质 介质中高斯定理 172

5.5.1 电介质的微观机制和极化过程 172

5.5.2 电极化强度矢量 174

5.5.3 介质中的场强 176

5.5.4 介质中的高斯定理 电位移D 178

5.5.5 有介质时静电场的计算 180

5.6.1 点电荷系统的电能 183

5.6 电场的能量 183

5.6.2 电容器的能量 186

5.6.3 电场能量 电场能量密度 187

5.6.4 电场能量的计算 188

阅读材料(五) 静电现象和应用 190

思考题 194

习题 198

第六章 电流与磁场 205

6.1 稳恒电流和稳恒电场 电动势 205

6.1.1 电流形成的条件 205

6.1.2 稳恒电流和稳恒电场 206

6.1.3 电流和电流密度 206

6.1.4 欧姆定律的微分形式 焦耳-椤次定律的微分形式 208

6.1.5 电源及电源电动势 212

6.1.6 含源电路的欧姆定律和基尔霍夫定律 214

6.2 磁场和磁感应强度 218

6.2.1 磁性起源于电荷的运动 218

6.2.2 磁场 磁感应强度B 220

6.3 毕奥-萨伐尔定律 221

6.3.1 毕奥-萨伐尔定律 221

6.3.2 毕奥-萨伐尔定律应用举例 223

6.3.3 运动电荷的磁场 230

6.4 磁场中高斯定理 231

6.4.1 磁感应线 231

6.4.2 磁通量 232

6.4.3 磁场中高斯定理 233

6.5.1 安培环路定理 234

6.5 真空中磁场的安培环路定理 234

6.5.2 安培环路定理的应用 237

6.6 磁场对运动电荷和载流导线的作用 241

6.6.1 洛伦兹力 241

6.6.2 带电粒子在磁场中的运动 242

6.6.3 应用电场和磁场控制带电粒子的实例 243

6.6.4 安培力 247

6.7 磁力的功 253

6.7.1 磁力对运动载流导线的功 253

6.7.2 磁力矩对转动载流线圈的功 254

6.8 磁介质 255

6.8.1 磁介质的分类和磁化 磁化经度 256

6.8.2 有磁介质存在时的高斯定理和安培环路定理 261

6.8.3 铁磁质 265

6.8.4 简单磁路 268

阅读材料(六) （A）量子霍尔效应 270

（B）超导电性 273

思考题 279

习题 280

第七章 电磁场与麦克斯韦方程组 289

7.1 电磁感应的基本定律 289

7.2 动生电动势 294

7.2.1 动生电动势的产生原因 294

7.2.2 动生电动势的计算 296

7.3 感生电动势 感生电场 298

7.3.1 感生电动势 298

7.3.2 感生电场 299

7.3.3 感生电动势计算 300

7.3.4 电子感应加速器 303

7.3.5 涡电流 305

7.4 自感和互感 307

7.4.1 自感 308

7.4.2 互感 310

7.5 磁场的能量 314

7.6 LR和CR电路中的暂态过程 317

7.6.1 LR电路 318

7.6.2 RC电路 319

7.7 位移电流和全电流定律 321

7.7.1 位移电流 321

7.7.2 全电流定律 323

7.8 麦克斯韦方程组 326

阅读材料(七) 磁悬浮列车 329

思考题 333

习题 334

附录 339

附录一 希腊字母表 339

附录二 国际单位制(SI)基本单位 340

附录三 国际单位制辅助单位 341

附录四 国际单位制的词头 341

附录五 常用物理常量表 342

附录六 书中物理量的符号及单位 343

习题参考答案 347