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第1章 质点力学 1

1.1质点运动的描述 1

1.1.1位矢和位移 1

1.1.2速度 2

1.1.3加速度 3

1.1.4运动的相对性 5

1.1.5几种基本运动 6

1.2牛顿力学的基本定律 10

1.2.1牛顿运动定律 10

1.2.2惯性参考系和伽利略相对性原理 11

1.2.3用牛顿定律解题 12

1.2.4万有引力定律 惯性质量和引力质量 14

1.2.5非惯性参考系和惯性力 15

1.3动量变化定理和动量守恒 17

1.3.1冲量和质点动量变化定理 17

1.3.2质点系动量变化定理 18

1.3.3动量守恒定律 19

1.3.4火箭水平推进速度 20

1.3.5质心和质心运动定理 21

1.4功和能量 22

1.4.1功和质点动能变化定理 22

1.4.2质点系动能变化定理 23

1.4.3保守力和势能 24

1.4.4机械能变化定理 26

1.4.5理想流体和伯努利方程 26

1.4.6机械能守恒定律 28

1.5角动量变化定理和角动量守恒 30

1.5.1质点的角动量 30

1.5.2质点角动量变化定理 30

1.5.3质点系角动量变化定理和角动量守恒定律 32

本章提要 33

习题 34

第2章 刚体力学 38

2.1刚体的定轴转动和平面平行运动 38

2.1.1刚体的定轴转动 38

2.1.2刚体定轴转动定理 转动惯量 力矩 39

2.1.3刚体的平面平行运动 40

2.2转动惯量的计算 平行轴定理 41

2.3用刚体转动定理解题 43

2.4刚体转动的功和能 46

2.4.1转动动能 46

2.4.2刚体的重力势能 46

2.4.3力矩做功 46

2.4.4刚体定轴转动的动能变化定理 47

2.4.5运动刚体的机械能守恒 47

2.5定轴转动刚体的角动量守恒 48

2.6进动和陀螺仪 50

本章提要 50

习题 51

第3章 狭义相对论 55

3.1狭义相对论的建立 55

3.1.1时空变换 55

3.1.2绝对时空观和伽利略变换 56

3.1.3狭义相对论的基本假设 56

3.2洛伦兹变换 58

3.3时间延缓和长度收缩 61

3.3.1同时性的相对性 61

3.3.2时间延缓 62

3.3.3长度收缩 64

3.4相对论速度变换 66

3.5相对论动力学基础 67

3.5.1动量和质量 68

3.5.2质能关系 69

3.5.3能量和动量关系 71

3.5.4能量和动量守恒 72

3.6广义相对论简介 73

本章提要 74

习题 75

第4章 静电场 77

4.1电荷和库仑定律 77

4.1.1电荷 77

4.1.2库仑定律 78

4.2电场和电场强度 79

4.2.1电场 79

4.2.2电场强度 79

4.2.3电场强度的计算 80

4.3电通量和高斯定理 84

4.3.1电场线和电通量 84

4.3.2高斯定理 86

4.3.3用高斯定理求电场 87

4.4静电场的环路定理和电势 89

4.4.1静电场的保守性 89

4.4.2静电场的环路定理 90

4.4.3电势 90

4.4.4由电势求电场强度 93

本章提要 94

习题 95

第5章 静电场中的导体和电介质 99

5.1静电场中的导体 99

5.1.1导体的静电平衡 99

5.1.2静电平衡导体上的电荷分布 99

5.1.3静电平衡导体表面附近的电场 100

5.1.4静电屏蔽 102

5.2电容和电容器 103

5.2.1孤立导体的电容 103

5.2.2电容器的电容 103

5.2.3电容器的串并联 104

5.3静电场中的电介质 105

5.3.1电介质的极化 105

5.3.2极化强度和极化电荷 106

5.3.3电介质的极化规律 107

5.3.4有介质时的高斯定理 107

5.3.5用有介质时的高斯定理求电场 108

5.4静电场的能量 109

5.5几种各向异性电介质介绍 111

本章提要 112

习题 112

第6章 稳恒电流的磁场 116

6.1电流密度和稳恒电流 116

6.1.1电流密度矢量 116

6.1.2稳恒电流 117

6.1.3欧姆定律的微分形式 118

6.2磁感应强度和毕奥-萨伐尔定律 119

6.2.1基本磁现象 119

6.2.2磁感应强度 120

6.2.3毕奥-萨伐尔定律 121

6.2.4用毕奥-萨伐尔定律求磁场 122

6.3安培环路定理 124

6.3.1安培环路定理的表述 124

6.3.2用安培环路定理求磁场 125

6.4安培力 磁矩 洛伦兹力 128

6.4.1安培力 128

6.4.2磁场对载流线圈的力矩 磁矩 129

6.4.3洛伦兹力 131

6.4.4带电粒子在磁场中的运动 131

6.4.5霍尔效应 132

6.5磁场中的磁介质 133

6.5.1磁介质的磁化 133

6.5.2磁化强度和磁化电流 134

6.5.3有介质时的安培环路定理 134

6.5.4磁介质的磁化规律 135

6.5.5用有介质时的安培环路定理求磁场 135

6.6铁磁质 136

本章提要 138

习题 138

第7章 电磁感应 位移电流 电磁波 143

7.1电磁感应 143

7.1.1电动势 143

7.1.2电磁感应现象 144

7.1.3法拉第电磁感应定律 144

7.1.4电磁感应定律和磁通连续定理 146

7.2动生电动势 感生电动势 感生电场 146

7.2.1动生电动势 147

7.2.2感生电动势和感生电场 148

7.3互感和自感 150

7.3.1互感 150

7.3.2自感 151

7.3.3磁场的能量 151

7.4麦克斯韦方程组和电磁波 152

7.4.1位移电流和普遍情况下的安培环路定理 152

7.4.2麦克斯韦方程组 154

7.4.3电磁波 155

本章提要 156

习题 157

第8章 气体动理论 160

8.1理想气体和平衡态 160

8.1.1理想气体 160

8.1.2平衡态 160

8.1.3理想气体的状态方程 161

8.2理想气体的压强和温度 162

8.2.1理想气体的微观假设 162

8.2.2统计平均值 162

8.2.3理想气体的压强 163

8.2.4理想气体的温度 164

8.2.5光子气体的压强 165

8.3能量均分定理 理想气体的内能 166

8.3.1自由度 166

8.3.2能量均分定理 166

8.3.3理想气体的内能 167

8.4分子按空间位置的分布 168

8.4.1大气压随高度的变化 168

8.4.2大气密度随高度的变化 169

8.4.3分子按空间位置的分布规律 169

8.5麦克斯韦分布律 170

8.5.1麦克斯韦速度分布律 170

8.5.2麦克斯韦速率分布律 171

8.5.3平均速率 方均根速率 172

8.6相空间和玻耳兹曼分布律 173

8.6.1相空间和分布函数 173

8.6.2玻耳兹曼分布律 174

8.6.3能量均分定理的证明 175

8.6.4简谐振子的平均能量 176

8.7实际气体和范德瓦耳斯方程 177

8.7.1实际气体等温线 177

8.7.2分子力 178

8.7.3范德瓦耳斯方程 178

8.8平均自由程和输运过程 180

8.8.1平均自由程 180

8.8.2输运过程 181

本章附录 183

本章提要 184

习题 185

第9章 热力学基础 187

9.1热力学第一定律 187

9.1.1热力学第一定律的表述 187

9.1.2准静态过程 187

9.1.3ΔE、A和Q的计算 188

9.2理想气体的典型过程和热容 189

9.2.1等体过程和摩尔定体热容 189

9.2.2等压过程和摩尔定压热容 189

9.2.3等温过程 190

9.2.4绝热过程 191

9.3循环过程和卡诺循环 193

9.3.1循环过程和热机效率 193

9.3.2可逆过程和不可逆过程 194

9.3.3卡诺循环和卡诺定理 195

9.4热力学第二定律 198

9.4.1热力学第二定律的宏观表述 198

9.4.2微观态和等概率假设 199

9.4.3热力学第二定律的微观意义 200

9.5熵和熵增加原理 201

9.5.1玻耳兹曼熵 201

9.5.2熵增加原理 202

9.5.3克劳修斯熵 202

9.5.4理想气体的熵 204

本章提要 207

习题 208

第10章 振动和波动 211

10.1简谐振动 211

10.1.1简谐振动的描述 211

10.1.2旋转矢量图和复数表示 214

10.1.3简谐振动的能量 215

10.2两个简谐振动的合成 217

10.2.1同方向、同频率简谐振动的合成 217

10.2.2同方向、不同频率简谐振动的合成 218

10.2.3互相垂直的同频率简谐振动的合成 219

10.2.4互相垂直的不同频率简谐振动的合成 220

10.3阻尼振动 受迫振动 共振 220

10.3.1阻尼振动 220

10.3.2受迫振动 221

10.3.3共振 222

10.3.4品质因数 223

10.4简谐波 223

10.4.1简谐波的产生 224

10.4.2简谐波的波函数 224

10.4.3简谐波的能量 226

10.5惠更斯原理和波的传播方向 228

10.5.1惠更斯原理 228

10.5.2波的衍射 228

10.5.3波的反射和折射 229

10.6波的叠加 干涉 驻波 230

10.6.1波的叠加原理 230

10.6.2波的干涉 230

10.6.3驻波 230

10.6.4半波损失 232

10.6.5简正模式 232

10.7多普勒效应 233

10.7.1机械波的多普勒效应 233

10.7.2电磁波的多普勒效应 235

10.7.3冲击波 236

10.8波动方程和波速 237

10.8.1波动方程 237

10.8.2波速 237

本章提要 238

习题 240

第11章 波动光学 243

11.1光源发光机理 杨氏双缝干涉 243

11.1.1光源发光机理 243

11.1.2杨氏双缝干涉 244

11.1.3半波损失的实验验证 246

11.2相位差和光程 247

11.2.1两束光在相遇点的相位差 247

11.2.2光程和费马原理 247

11.2.3透镜物像之间的等光程性 247

11.3厚度均匀薄膜干涉——等倾干涉 249

11.3.1等倾干涉条纹 249

11.3.2增透膜和增反膜 251

11.4厚度不均匀薄膜干涉——等厚干涉 252

11.4.1劈尖薄膜干涉 252

11.4.2牛顿环 254

11.4.3迈克耳孙干涉仪 255

11.5单缝衍射和半波带法 256

11.5.1惠更斯-菲涅耳原理 256

11.5.2夫琅禾费单缝衍射 257

11.5.3菲涅耳半波带法 257

11.6圆孔衍射和光学仪器的分辨率 259

11.6.1夫琅禾费圆孔衍射 259

11.6.2光学仪器的分辨率 260

11.7光栅和光栅衍射 261

11.7.1光栅 262

11.7.2光栅衍射 262

11.7.3缺级现象 263

11.7.4晶体对X射线的衍射 265

11.8光的偏振 266

11.8.1光的偏振状态 267

11.8.2偏振片 268

11.8.3反射光和折射光的偏振 269

11.9双折射 269

11.9.1双折射现象 269

11.9.2波片 271

11.9.3起偏棱镜 273

11.9.4偏振光的干涉 273

本章提要 274

习题 275

第12章 量子物理基础 277

12.1黑体辐射和能量子假设 277

12.1.1热辐射 277

12.1.2黑体和黑体辐射 278

12.1.3普朗克黑体辐射公式和能量子假设 280

12.2光的粒子性 281

12.2.1光电效应和爱因斯坦光量子理论 281

12.2.2康普顿效应 284

12.2.3光的波粒二象性 286

12.3粒子的波动性 概率波 波函数 286

12.3.1粒子的波动性 286

12.3.2概率波 287

12.3.3波函数 289

12.3.4自由粒子波函数 290

12.4不确定度关系 291

12.5薛定谔方程和能量本征方程 294

12.5.1自由粒子薛定谔方程 294

12.5.2薛定谔方程和哈密顿量 294

12.5.3能量本征方程和定态 295

12.6一维势场中的粒子 297

12.6.1无限深方势阱中的粒子 297

12.6.2简谐振子 299

12.6.3隧道效应 301

12.7动量和轨道角动量 303

12.7.1动量 303

12.7.2轨道角动量 303

12.7.3分子的转动能级 306

12.8电子的自旋 306

12.8.1磁矩与角动量的关系 307

12.8.2施特恩-盖拉赫实验 307

12.8.3电子自旋的表达 308

12.9氢原子 309

12.9.1径向方程 309

12.9.2能级和本征波函数 309

12.9.3电子的概率分布 311

12.9.4原子的电子壳层结构 312

本章提要 316

习题 317

数值表 320

习题答案 322

索引 334