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第1章 几何光学基础 1

1.1 基本概念 1

1.1.1 点光源和光束 1

1.1.2 物和像 2

1.1.3 光速、光程和介质的折射率 3

1.2 几何光学基本定律 4

1.2.1 光的直线传播定律和光的独立传播定律 4

1.2.2 光的反射定律和折射定律 5

1.2.3 光的全反射 7

1.3 光在平面上的反射和折射 7

1.3.1 光在平面上的反射 7

1.3.2 光在平面上的折射 9

1.4 光在球面上的反射和折射 11

1.4.1 光在单球面上的折射 11

1.4.2 横向放大率和角放大率 14

1.4.3 球面折射成像的作图方法 15

1.4.4 球面反射成像 15

1.5 薄透镜 16

1.5.1 薄透镜成像规律 16

1.5.2 薄透镜成像的作图法和横向放大率 18

思考与讨论 20

习题1 21

第2章 光的偏振 23

2.1 光波的描述 23

2.2 光的偏振性 24

2.2.1 自然光与偏振光 24

2.2.2 偏振片的起偏和检偏 26

2.3 马吕斯定律 28

2.4 布儒斯特定律 29

2.4.1 反射光和折射光的偏振 30

2.4.2 玻璃片堆法获得偏振光 31

思考与讨论 32

习题2 32

第3章 光的干涉 34

3.1 光的相干性 34

3.1.1 光波的位相差、波程差和光程差 34

3.1.2 光的叠加原理和相干条件 35

3.1.3 相干光的获得 36

3.2 分波阵面干涉 36

3.2.1 杨氏双缝干涉实验 36

3.2.2 半波损失 38

3.3 分振幅干涉 40

3.3.1 薄膜的等倾干涉 40

3.3.2 劈尖的等厚干涉 41

3.3.3 牛顿环 42

3.3.4 增透膜 43

思考与讨论 44

习题3 45

第4章 光的衍射 47

4.1 光的衍射原理 47

4.1.1 光的衍射及其分类 47

4.1.2 惠更斯-菲涅耳原理 48

4.2 夫琅禾费单缝衍射和菲涅耳半波带法 48

4.2.1 单缝夫琅禾费衍射的装置以及光强分布 49

4.2.2 菲涅耳半波带法 49

4.3 光栅衍射和光谱 52

4.3.1 光栅 52

4.3.2 光栅衍射 53

4.3.3 明纹条件和光栅方程 53

4.3.4 光栅光谱 54

4.3.5 缺级问题 55

4.3.6 光栅的衍射光强分布 55

4.4 眼睛和光学仪器的分辨率 56

4.4.1 眼睛视物的基本原理 56

4.4.2 光学仪器的分辨率 59

思考与讨论 60

习题4 61

第5章 量子光学基础 63

5.1 热辐射与普朗克能量子假设 63

5.2 光电效应与爱因斯坦的光子理论 65

5.3 康普顿散射和光的波粒二象性 67

5.3.1 康普顿散射 67

5.3.2 光的波粒二象性 68

5.4 氢原子的玻尔理论 69

思考与讨论 74

习题5 74

第6章 运动的相对性 75

6.1 质点相对运动的描述 75

6.1.1 质点和参考系 75

6.1.2 位置矢量和运动方程 76

6.1.3 位移、速度和加速度 78

6.2 匀变速直线运动 82

6.3 圆周运动 83

6.3.1 匀速圆周运动与法向加速度 83

6.3.2 变速圆周运动 84

6.4 平面曲线运动 87

6.4.1 运动叠加原理 87

6.4.2 斜抛运动 88

6.5 伽利略相对性原理与伽利略变换 90

6.5.1 相对运动 90

6.5.2 伽利略相对性原理 92

6.5.3 伽利略变换 93

6.5.4 伽利略相对性原理的局限性 94

思考与讨论 95

习题6 96

第7章 狭义相对论时空观 98

7.1 狭义相对论的两个基本假设 98

7.2 洛伦兹坐标变换和速度变换 98

7.2.1 洛伦兹坐标变换 98

7.2.2 洛伦兹速度变换关系 100

7.3 同时性的相对性、时间延缓和长度收缩 101

7.3.1 同时的相对性 101

7.3.2 时间延缓效应 103

7.3.3 长度收缩效应 104

思考与讨论 105

习题7 105

第8章 质点动力学基础 107

8.1 牛顿运动定律及其应用 107

8.1.1 牛顿第一运动定律 107

8.1.2 牛顿第二运动定律 109

8.1.3 牛顿第三运动定律 110

8.1.4 牛顿运动定律的综合应用 111

8.2 质点与质点系的动量定理和动量守恒定律 113

8.2.1 质点的动量和动量定理 113

8.2.2 质点系的动量定理 114

8.2.3 动量守恒定律 116

8.3 功和动能定理 117

8.3.1 功 117

8.3.2 动能和动能定理 118

8.4 质点系的势能 120

8.4.1 保守力的功 120

8.4.2 质点系的势能 121

8.5 机械能守恒定律和功能原理 123

8.5.1 机械能守恒定律 123

8.5.2 非保守力的功 124

8.5.3 功能原理 124

8.6 相对论质量和动量 126

8.7 狭义相对论质能关系 127

思考与讨论 129

习题8 129

第9章 刚体转动 132

9.1 质心和质心运动定理 132

9.1.1 质心与刚体的平动 132

9.1.2 质心运动定律 135

9.2 刚体定轴转动 136

9.3 力矩、转动定律和转动惯量 139

9.3.1 力矩 139

9.3.2 刚体定轴转动的角动量 139

9.3.3 转动惯量 140

9.3.4 刚体定轴转动定律 143

9.4 角动量定理和角动量守恒定律 144

9.4.1 刚体定轴转动的角动量定理 145

9.4.2 刚体定轴转动的角动量守恒定律 145

9.5 力矩的功和刚体绕定轴转动的动能定理 146

9.5.1 力矩的功 146

9.5.2 刚体绕定轴转动的动能定理 146

思考与讨论 148

习题9 149

第10章 机械振动和机械波 153

10.1 简谐振动 153

10.1.1 简谐振动方程 153

10.1.2 振幅和相位 155

10.1.3 简谐振动的旋转矢量法 157

10.1.4 简谐振动的能量 158

10.2 一维简谐振动的合成 160

10.2.1 两个同方向、同频率简谐振动的合成 160

10.2.2 两个同方向、不同频率简谐振动的合成 162

10.3 机械波 163

10.3.1 机械波的基本特征 163

10.3.2 平面简谐波的波函数 166

10.4 波的能量 169

10.4.1 波的能量传输特性 169

10.4.2 能量密度 171

10.4.3 能流密度 171

思考与讨论 172

习题10 173

第11章 流体运动基础 176

11.1 理想流体的稳定流动 176

11.1.1 理想流体 176

11.1.2 稳定流动 176

11.1.3 连续性方程 177

11.2 伯努利方程及其应用 178

11.2.1 伯努利方程 178

11.2.2 伯努利方程的应用 179

11.3 黏性流体的运动规律 180

11.3.1 流体的黏性 180

11.3.2 泊肃叶定律 181

11.3.3 斯托克斯定律 183

11.4 液体表面性质 184

11.4.1 液体的表面张力 184

11.4.2 弯曲液面的附加压强 188

11.4.3 毛细现象和气体栓塞现象 190

思考与讨论 193

习题11 194

第12章 气体动理学基础 196

12.1 平衡态和状态参量 196

12.2 理想气体模型 197

12.3 理想气体内能和能量均分原理 202

12.4 麦克斯韦气体分子速率分布律 204

12.4.1 气体分子速率的实验测定 204

12.4.2 分子速率分布 205

12.4.3 麦克斯韦分子速率分布律 205

12.4.4 统计速率 206

12.5 气体分子的平均碰撞频率和平均自由程 207

12.5.1 气体分子的平均碰撞频率 207

12.5.2 气体分子的平均自由程 208

思考与讨论 209

习题12 210

第13章 热学基础 212

13.1 准静态过程 212

13.1.1 准静态过程与弛豫时间 212

13.1.2 准静态过程的功 213

13.2 热力学第一定律 213

13.3 理想气体的等体过程和等压过程 214

13.3.1 理想气体的等体过程 214

13.3.2 理想气体的等压过程 215

13.4 理想气体的等温过程和绝热过程 216

13.4.1 理想气体的等温过程 216

13.4.2 绝热过程 217

13.5 循环过程与热机效率 219

13.5.1 循环过程 219

13.5.2 卡诺循环 220

13.5.3 卡诺定理 221

13.6 热力学第二定律和熵增加原理 221

13.6.1 可逆过程与不可逆过程 222

13.6.2 热力学第二定律概述 222

13.6.3 熵与熵增加原理 223

13.7 玻尔兹曼关系 224

13.8 热力学第三定律 225

思考与讨论 225

习题13 226

第14章 真空中的静电场 229

14.1 电荷守恒定律和库仑定律 229

14.1.1 电荷与电荷守恒定律 229

14.1.2 点电荷的概念与库仑定律 231

14.1.3 库仑定律和万有引力定律的主要异同 232

14.1.4 氢核聚变的困难所在 233

14.2 静止电荷的电场强度 233

14.2.1 静电场和电场强度 233

14.2.2 静电场的叠加原理和点电荷系的电场强度 234

14.2.3 连续带电体电场中的场强 235

14.3 静电场的高斯定理 236

14.3.1 电通量 236

14.3.2 真空中静电场的高斯定理 238

14.3.3 用高斯定理求电场强度 241

14.4 静电场的环路定理 243

14.5 电势能与电势 245

14.5.1 电势能 245

14.5.2 电势差和电势 246

14.6 电势叠加原理 247

14.6.1 在单个点电荷产生的电场中任意一点的电势 247

14.6.2 在多个点电荷产生的电场中任意一点的电势 248

14.6.3 在任意带电体产生的电场中任意一点的电势 248

14.7 电场强度和电势的关系 250

14.7.1 等势面 250

14.7.2 电势与电场强度的关系 251

思考与讨论 253

习题14 255

第15章 导体和电介质中的静电场 257

15.1 导体的静电平衡 257

15.1.1 金属导体的静电平衡 257

15.1.2 导体表面的电荷和电场 258

15.1.3 导体空腔 259

15.1.4 导体静电平衡性质的应用 260

15.2 有电介质存在时的电场 262

15.2.1 电介质 262

15.2.2 极化电荷与自由电荷的关系 263

15.2.3 有电介质时的高斯定理 264

15.3 电容 266

15.3.1 孤立导体的电容 266

15.3.2 电容器 267

15.3.3 电容的计算 268

15.4 带电体系的静电能 269

15.4.1 电容器的静电能 269

15.4.2 静电场的能量 270

思考与讨论 271

习题15 272

第16章 稳恒磁场 275

16.1 恒定电流、电流密度和电动势 275

16.1.1 恒定电流和电流密度 275

16.1.2 电源和电动势 280

16.2 磁感应强度和毕奥-萨伐尔定律 281

16.2.1 奥斯特实验 281

16.2.2 磁感应强度 283

16.2.3 毕奥-萨伐尔定律 284

16.2.4 毕奥-萨伐尔定律应用举例 285

16.2.5 运动电荷的磁场 290

16.3 稳恒磁场的高斯定理和安培环路定理 291

16.3.1 磁通量 291

16.3.2 磁场的高斯定理 292

16.3.3 安培环路定理 293

16.4 安培环路定理的应用 295

思考与讨论 299

习题16 301

第17章 磁相互作用和磁介质 304

17.1 洛伦兹力 304

17.2 安培定律 305

17.3 磁场对载流线圈的作用 307

17.3.1 在匀强磁场中的载流线圈 307

17.3.2 在非均匀磁场中的载流线圈 308

17.4 有磁介质存在时的磁场 309

17.4.1 磁介质 309

17.4.2 磁化强度矢量与磁化电流 312

17.5 磁介质中的高斯定理和安培环路定理 313

17.5.1 磁介质中的高斯定理 314

17.5.2 磁介质中的安培环路定理 314

思考与讨论 317

习题17 317

第18章 变化的电磁场和电磁波 320

18.1 电磁感应定律 320

18.1.1 电磁感应现象 320

18.1.2 法拉第电磁感应定律 321

18.1.3 楞次定律 321

18.2 动生电动势和感生电动势 323

18.2.1 动生电动势 323

18.2.2 感生电动势 326

18.2.3 电磁感应的应用举例 328

18.3 自感和互感 330

18.3.1 自感 330

18.3.2 互感 331

18.4 磁场的能量 334

18.4.1 自感线圈中的磁能 334

18.4.2 互感线圈中的磁能 335

18.5 位移电流和麦克斯韦方程组 336

18.5.1 位移电流 336

18.5.2 麦克斯韦方程组 339

18.6 电磁振荡和电磁波 340

18.6.1 电磁振荡 340

18.6.2 电磁波 341

思考与讨论 344

习题18 346

第19章 量子力学基础 350

19.1 德布罗意波和微观粒子的波粒二象性 350

19.1.1 德布罗意关系 350

19.1.2 波粒二象性的实验证明 352

19.1.3 德布罗意波的概率诠释 353

19.2 不确定关系 353

19.3 波函数及其统计解释 356

19.3.1 波函数 356

19.3.2 波函数的统计解释 357

19.4 薛定谔方程 358

19.5 一维无限深势阱 360

19.6 一维势垒和隧道效应 363

19.7 电子自旋和泡利不相容原理 364

思考与讨论 367

习题19 367

常用基本物理常数 369

参考文献 370