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绪论 1

第1章 质点力学 5

1.1 质点和参考系 5

1.1.1 质点和刚体 5

1.1.2 参考系和坐标系 6

1.1.3 时间和空间 6

1.2 质点运动的描述 7

1.2.1 位矢 7

1.2.2 位移 8

1.2.3 速度 8

1.2.4 加速度 9

1.3 牛顿运动定律 10

1.3.1 牛顿运动定律的表述 10

1.3.2 牛顿运动定律的应用举例 12

1.4 功和能 机械能守恒定律 13

1.4.1 功和功率 13

1.4.2 动能和势能 15

1.4.3 机械能守恒定律 17

1.5 冲量和动量 动量守恒定律 18

1.5.1 力的冲量 18

1.5.2 动量 动量定理 19

1.5.3 动量守恒定律 20

1.6 力矩和角动量 角动量守恒定律 21

1.6.1 力矩 角动量 21

1.6.2 角动量守恒定律 22

内容提要 25

课外练习1 27

物理学家简介 牛顿 29

第2章 刚体的定轴转动 33

2.1 刚体定轴转动的运动学描述 33

2.1.1 刚体的运动形式 33

2.1.2 刚体定轴转动的运动学描述 34

2.2 转动定律 36

2.2.1 力矩 36

2.2.2 转动定律的推导 37

2.2.3 转动惯量 38

2.2.4 转动定律的应用举例 41

2.3 机械能守恒 43

2.3.1 力矩的功 43

2.3.2 转动动能 动能定理 44

2.3.3 刚体的势能 机械能守恒 45

2.4 角动量守恒 47

2.4.1 角动量 47

2.4.2 角动量定理 48

2.4.3 角动量守恒定律 49

内容提要 50

课外练习2 52

物理学家简介 伽利略 54

第3章 热学 57

3.1 温度和气体物态方程 57

3.1.1 基本概念 57

3.1.2 气体的三条实验定律 59

3.1.3 理想气体的物态方程 60

3.2 气体动理论 62

3.2.1 理想气体压强 温度的微观意义 62

3.2.2 能量均分定理 理想气体的内能 65

3.2.3 麦克斯韦速率分布律 67

3.3 热力学第一定律 70

3.3.1 热力学第一定律的推导 70

3.3.2 几个典型的热力学过程 73

3.3.3 循环过程和卡诺循环 77

3.4 热力学第二定律 80

3.4.1 热力学第二定律概述 81

3.4.2 可逆过程与不可逆过程 81

3.4.3 热力学第二定律的实质 82

3.4.4 卡诺定理 82

内容提要 83

课外练习3 84

物理学家简介 焦耳 86

第4章 静电场 89

4.1 电荷守恒定律 库仑定律 89

4.1.1 电荷 电荷的量子化 89

4.1.2 电荷守恒定律 90

4.1.3 库仑定律 90

4.2 电场强度 高斯定理 91

4.2.1 电场强度 电场强度叠加原理 91

4.2.2 高斯定理 96

4.3 静电场的环路定理 电势 101

4.3.1 电场力做功 静电场的环路定理 101

4.3.2 电势 电势叠加原理 103

4.3.3 电势差 105

4.4 静电场中的导体 107

4.4.1 导体的静电平衡 107

4.4.2 静电平衡时导体上的电荷分布 109

4.5 静电场中的电介质 112

4.5.1 电介质的极化 113

4.5.2 有电介质时的高斯定理和环路定理 114

4.6 电容器 静电场的能量 116

4.6.1 电容器的电容 116

4.6.2 电容器的联接 117

4.6.3 静电场的能量 118

内容提要 120

课外练习4 122

物理学家简介 高斯 125

第5章 恒定磁场 127

5.1 恒定电流 127

5.1.1 电流 电流密度 127

5.1.2 欧姆定律及微分形式 128

5.2 磁感应强度 毕奥-萨伐尔定律 129

5.2.1 磁感应强度 129

5.2.2 毕奥-萨伐尔定律 磁场叠加原理 130

5.3 恒定磁场的高斯定理和安培环路定理 134

5.3.1 恒定磁场的高斯定理 134

5.3.2 安培环路定理 135

5.4 磁场对运动电荷和载流导体的作用 138

5.4.1 磁场对运动电荷的作用 138

5.4.2 磁场对载流导体的作用 140

5.4.3 磁场对载流线圈的作用 141

5.5 磁介质 142

5.5.1 磁介质 磁化强度 143

5.5.2 有磁介质时的高斯定理和安培环路定理 145

内容提要 147

课外练习5 149

物理学家简介 安培 152

第6章 电磁感应 电磁场 155

6.1 电磁感应定律 155

6.1.1 电磁感应现象 155

6.1.2 法拉第电磁感应定律 156

6.1.3 楞次定律 159

6.2 动生电动势和感生电动势 160

6.2.1 动生电动势 160

6.2.2 感生电动势 感生电场 162

6.3 自感和互感 磁场的能量 165

6.3.1 自感 165

6.3.2 互感 167

6.3.3 磁场的能量 169

6.4 电磁场 170

6.4.1 位移电流 170

6.4.2 麦克斯韦方程组 173

6.4.3 电磁场的物质性 174

内容提要 176

课外练习6 177

物理学家简介 麦克斯韦 179

第7章 振动和波 182

7.1 简谐振动 182

7.1.1 简谐振动的运动学描述 182

7.1.2 简谐振动的动力学方程和能量 187

7.1.3 简谐振动的合成 189

7.2 简谐波 193

7.2.1 机械波的产生条件和分类 193

7.2.2 平面简谐波的描述 195

7.2.3 波的能量和波的强度 198

7.2.4 波的叠加 驻波 200

内容提要 203

课外练习7 205

物理学家简介 惠更斯 208

第8章 光学 210

8.1 几何光学 210

8.1.1 几何光学的基本定律 210

8.1.2 光的反射和折射成像 211

8.1.3 薄透镜 213

8.2 光的干涉 216

8.2.1 基本概念 216

8.2.2 杨氏双缝干涉 217

8.2.3 薄膜干涉 219

8.3 光的衍射 222

8.3.1 基本概念 222

8.3.2 夫琅禾费单缝衍射 224

8.3.3 光栅衍射 227

8.4 光的偏振 229

8.4.1 基本概念 229

8.4.2 马吕斯定律 231

8.4.3 布儒斯特定律 232

内容提要 233

课外练习8 236

物理学家简介 托马斯·杨 238

第9章 量子物理学 240

9.1 热辐射 240

9.1.1 热辐射的基本概念 240

9.1.2 黑体辐射 241

9.1.3 普朗克公式 243

9.2 光电效应 康普顿效应 243

9.2.1 光电效应 243

9.2.2 康普顿效应 245

9.3 物质的波粒二象性 246

9.3.1 光的波粒二象性 246

9.3.2 德布罗意波 247

9.4 玻尔的氢原子理论 249

9.4.1 玻尔理论的基本假设 249

9.4.2 氢原子的轨道半径和能量 251

9.5 薛定谔方程 254

9.5.1 不确定关系 254

9.5.2 波函数 255

9.5.3 薛定谔方程的推导 255

9.6 激光 257

内容提要 260

课外练习9 261

物理学家简介 尼尔斯·玻尔 263

第10章 相对论力学 265

10.1 经典力学的时空观 265

10.1.1 伽利略相对性原理 265

10.1.2 经典力学的时空观表述 265

10.1.3 伽利略变换 266

10.2 狭义相对论的基本原理 267

10.2.1 迈克耳孙莫雷实验 268

10.2.2 狭义相对论的基本原理表述 269

10.2.3 洛伦兹变换 269

10.3 狭义相对论的时空观 273

10.3.1 “同时”的相对性 273

10.3.2 时间延缓 274

10.3.3 长度收缩 275

10.4 狭义相对论的动力学基础 276

10.4.1 狭义相对论的质量 277

10.4.2 狭义相对论的动量 277

10.4.3 狭义相对论的能量 278

10.4.4 狭义相对论的基本动力学方程 280

10.5 广义相对论简介 280

10.5.1 广义相对论的基本原理 280

10.5.2 广义相对论的实验检验 281

内容提要 283

课外练习10 284

物理学家简介 爱因斯坦 285

附录 289

附录A 数学基础 289

附录B 一些物理常量的常用值 300

附录C 历届诺贝尔物理学奖获得者 301

附录D 21世纪100个科学难题 307

附录E 国际单位制（SI）中的词头 310

课外练习参考答案 310

参考文献 320