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第1章 质点运动的矢量描述 1

1.1 矢量及其基本运算 2

1.1.1 矢量的加法与减法 3

1.1.2 矢量的乘法 4

1.1.3 直角坐标系下矢量的分量 6

1.1.4 矢量函数导数 8

1.2 位矢 位移 速度 加速度 10

1.2.1 位矢 11

1.2.2 位移 路程 11

1.2.3 速度 13

1.2.4 加速度 14

1.3 质点运动方程的形式解 16

1.4 自然坐标系下的质点运动描述 18

1.4.1 切向加速度 法向加速度 18

1.4.2 自然坐标系 21

1.4.3 一般圆周运动 22

1.4.4 圆周运动的角量描述 23

习题 25

第2章 力和动量 功和能 27

2.1 牛顿运动定律的矢量表示法 28

2.1.1 牛顿运动定律 28

2.1.2 牛顿运动定律的相互关系 质点状态变量 29

2.1.3 力 质量 操作型定义 30

2.2 质点系 质心 质心运动定理 31

2.2.1 质点系的动力学方程 31

2.2.2 质心 33

2.2.3 质心运动定理 34

2.3 牛顿运动定律的一些简单应用 36

2.4 力的累积效应 42

2.4.1 力的时间累积效应 43

2.4.2 力的空间累积效应 45

2.5 保守力做功 势能 55

2.5.1 保守力做功 55

2.5.2 势能与机械能 59

2.6 守恒定律与对称性 65

2.6.1 经典力学中的守恒定律 65

2.6.2 经典力学守恒定律的一些简单应用 68

2.6.3 守恒定律与对称变换 71

习题 74

第3章 相对运动 相对论基础 77

3.1 相对运动 78

3.1.1 相对运动的一般描述 78

3.1.2 相对平动 81

3.1.3 惯性参考系 力学相对性原理 82

3.1.4 非惯性参考系 虚拟力 84

3.2 狭义相对论基础 90

3.2.1 狭义相对论的基本假设 91

3.2.2 洛伦兹变换 92

3.2.3 时间间隔与空间间隔的相对性 95

3.2.4 时空图与光锥 100

3.2.5 狭义相对论的动力学结果 102

3.3 等效原理与广义相对论简介 105

习题 107

第4章 角动量刚体力学 111

4.1 质点与质点系的角动量 112

4.1.1 力矩 112

4.1.2 质点的角动量 114

4.1.3 质点系的角动量 122

4.2 刚体及其自由度 129

4.2.1 刚体的定义 130

4.2.2 刚体的自由度 130

4.2.3 刚体的一般运动 131

4.3 刚体的定轴转动 134

4.3.1 定轴的作用 134

4.3.2 刚体定轴转动定律 136

4.3.3 转动惯量的计算 140

4.3.4 刚体定轴转动定律的应用 145

4.3.5 对定轴的角动量守恒定律 147

4.3.6 转动中的功和能 151

4.4 进动 157

习题 159

第5章 流体力学 163

5.1 理想流体的定常流动 164

5.1.1 定常流动 165

5.1.2 流线与流管 165

5.1.3 理想流体的连续性方程 166

5.2 理想流体的伯努利方程 167

5.3 黏性流体的运动 172

5.3.1 流体的黏性 172

5.3.2 黏性流体的运动规律 173

5.3 3泊肃叶定律 174

5.3.4 斯托克斯黏性公式 175

5.3 5流体的湍流与雷诺数 175

习题 176

参考文献 178

第6章 振动与波 179

6.1 简谐振动 180

6.1.1 简谐振子 180

6.1.2 简谐振动 182

6.1.3 简谐振动的能量 186

6.2 简谐振动的合成 190

6.2.1 同方向同频率简谐振动的合成 190

6.2.2 同振动方向不同频率的简谐振动的合成 192

6.2.3 互相垂直频率相同的简谐振动的合成 193

6.3 阻尼振动 受迫振动和共振 195

6.3.1 阻尼振动 195

6.3.2 受迫振动 共振 197

6.4 非线性振动 199

6.5 简谐波 202

6.5.1 波的基本概念 202

6.5.2 平面简谐波的波函数 206

6.5.3 机械波的能量和能流 209

6.6 波的叠加 213

6.6.1 波的干涉 213

6.6.2 驻波 215

6.7声波 217

6.8 多普勒效应 219

习题 222

参考文献 229

第7章 气体动理论 231

7.1 经典统计的概念 232

7.1.1 宏观态与微观态 232

7.1.2 统计的规律性和涨落现象 233

7.1.3 统计规律的定量分析 233

7.1.4 等概率假设 234

7.2 分子平均平动动能统计分布规律 235

7.2.1 理想气体压强公式的导出 235

7.2.2 温度的统计意义 237

7.3 分子能量的统计分布 239

7.3.1 玻耳兹曼能量分布律 239

7.3.2 能量按自由度均分原理 241

7.4 分子速率统计分布律 243

7.4.1 麦克斯韦速率分布律 243

7.4.2 三种速率 244

7.5 分子碰撞的统计分布 246

7.5.1 分子的平均碰撞次数 246

7.5.2 分子的平均自由程 247

7.6 气体中的输运过程 248

7.6.1 扩散现象与质量输运 248

7.6.2 热传导现象与能量输运 249

7.6.3 黏性现象与动量输运 249

习题 250

第8章 热力学基础 253

8.1 热力学第一定律 254

8.1.1 热力学系统 热力学状态参量 内能 254

8.1.2 准静态过程的功 255

8.1.3 热量 热容 256

8.1.4 热力学第一定律 257

8.2 循环过程 257

8.2.1 循环过程 257

8.2.2 正循环 258

8.2.3 逆循环 259

8.3 正循环效率计算 259

8.3.1 热机效率的定义 259

8.3.2 热机效率的计算 259

8.3.3 几个典型过程的讨论 260

8.4 逆循环效率计算 264

8.4.1 制冷机效率计算 264

8.4.2 热泵效率计算 265

8.5理想热机的效率 266

8.5.1 卡诺循环 266

8.5.2 卡诺循环效率计算 267

8.5.3 卡诺定理 269

8.6 热力学第二定律 270

8.6.1 热力学第二定律的两种表述 270

8.6.2 热力学第二定律的微观意义 271

8.6.3 热力学第二定律的统计意义 272

8.7 熵与熵增加原理 274

8.7.1 熵概念的引入 274

8.7.2 熵增加原理 275

8.7.3 熵变的计算 275

8.8 熵的应用 277

8.8.1 信息熵与遗传密码 277

8.8.2 生命系统的负熵 278

习题 279

第9章 静电场 恒定电场 283

9.1 电荷与库仑定律 284

9.1.1 电荷 284

9.1.2 库仑定律 284

9.2 电场的提出 285

9.3 静电场的描述 285

9.3.1 描述电场的力的特性——电场强度 286

9.3.2 描述电场的能量特性——电势 289

9.3.3 电场的几何描述 291

9.3.4 电势梯度与场强 292

9.4 静电场的基本定理 293

9.4.1 描述电场和场源电荷关系的定理——高斯定理 293

9.4.2 静电场的环路定理 296

9.5 对称性分析的应用 296

9.6 静电场与导体和电介质的相互作用 299

9.6.1 静电场中的导体 299

9.6.2 静电场中的电介质 303

9.7 静电场的能量 305

9.8 恒定电场与电源电动势 307

9.8.1 恒定电场 307

9.8.2 电源电动势 308

9.8.3 温差电动势 308

9.9 科技小知识 生物膜内、外的电势差 311

9.10 物理学与生命科学 静电生物效应的应用 313

9.10.1 静电生物效应的应用 313

9.10.2 细胞和生物胶粒的电泳 314

9.10.3 细胞电场诱导融合 316

习题 317

参考文献 320

第10章 恒定磁场 323

10.1 与电荷相关的另一种场——磁场 324

10.1.1 磁现象：磁石的磁性，载流导线的磁性 324

10.1.2 磁本质 磁场 324

10.2 磁场的描述 325

10.2.1 磁感应强度 325

10.2.2 毕奥-萨伐尔定律：电流的磁场，运动电荷的磁场 326

10.2.3 磁感线 329

10.3 磁场的基本规律 330

10.3.1 高斯定理：磁通量，高斯定理 330

10.3.2 安培环路定理 331

10.4 磁场对运动电荷、电流及载流线圈的作用 333

10.4.1 洛伦兹力 333

10.4.2 安培力 335

10.4.3 力矩 336

10.5 磁场中的磁介质 337

10.5.1 顺磁质与抗磁质 337

10.5.2 铁磁质 338

10.5.3 磁介质中的高斯定理 339

10.6 生物组织的磁性 340

习题 341

第11章 交变电磁场 347

11.1 两种实验现象 348

11.2 法拉第电磁感应定律 楞次定律 349

11.2.1 法拉第电磁感应定律 349

11.2.2 楞次定律 350

11.3 自感 互感 磁场能量 350

11.3.1 自感 350

11.3.2 互感 350

11.3 3磁场的能量 351

11.4 动生电动势 352

11.5 感生电动势 感生电场 354

11.6 位移电流 麦克斯韦方程组 357

11.6.1 位移电流 357

11.6.2 安培环路定理的普遍形式 358

11.6.3 麦克斯韦电磁方程组 359

11.7 电磁波 360

11.7.1 电磁波的性质 360

11.7.2 电磁波谱 361

习题 363

第12章 光的本质 367

12.1 对光的认识 368

12.2 如何证实光的波动性 368

12.2.1 波的相干性 368

12.2.2 相干性的实验——杨氏双缝干涉 368

12.2.3 普通光源能产生相干光吗？ 371

12.2.4 介质存在的影响 372

12.2.5 分振幅法——薄膜干涉 373

12.3 光的波动性特征——光的衍射 379

12.3.1 光的衍射理论 379

12.3.2 光的衍射实验 381

12.4 圆孔衍射与光学仪器分辨本领 385

12.5 光栅衍射 388

12.6 光栅光谱与光谱分析 392

12.7 X射线衍射 393

12.8 光的波动性特征——光的偏振 394

12.9 自然光 395

12.10 完全偏振光和部分偏振光 396

12.11 如何获取线偏振光 397

12.12 验证偏振光 403

12.13 热辐射与普朗克量子假说 405

12.14 光电效应与爱因斯坦光子说 409

12.15 康普顿-吴有训效应 413

12.16 光的波粒二象性 416

12.17 物理史观与评述 人类对光的本质认识的飞跃 417

习题 419

参考文献 422

第13章 量子力学初步 425

13.1 德布罗意波与电子衍射实验 426

13.1.1 德布罗意波 426

13.1.2 电子显微镜 428

13.2 不确定关系 429

13.3 薛定谔方程 431

13.3.1 波函数 431

13.3.2 波函数的统计解释 432

13.3.3 薛定谔方程 433

13.4 薛定谔方程的应用——势阱和势垒 434

13.4.1 一维势阱中的粒子 434

13.4.2 方势垒的穿透隧道效应 436

13.5 物理与现代科技 扫描隧穿显微镜 437

13.5.1 扫描隧穿显微镜的原理 438

13.5.2 扫描隧穿显微镜系统 438

13.5.3 扫描隧穿显微镜与电子显微镜的比较 439

13.5.4 扫描隧穿显微镜在生命科学中的应用 439

13.6 原子结构的量子理论 441

13.6.1 氢原子光谱的规律性 441

13.6.2 用薛定谔方程处理氢原子 442

13.6.3 电子自旋 445

13.7 原子壳层结构 446

13.8 物理与现代科技 核磁共振（NMR） 447

13.8.1 核磁共振基本原理 447

13.8.2 核磁共振谱测量 449

13.9 物理与现代科技 量子生物学简介 450

习题 452

参考文献 453