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第一章 质点力学 1

1.1 直角坐标中的运动 2

1.1.1 点的直线运动 2

1.1.2 高维空间中的运动 6

1.1.3 抛体运动 11

1.1.4 两点之间的关联运动 12

课堂练习 13

1.2 质点的圆周运动 14

1.2.1 圆周运动的简单描述 14

1.2.2 圆周运动的加速度 15

1.2.3 任意曲线运动 17

1.2.4 加速度公式详细推导 18

课堂练习 19

1.3 牛顿运动定律 19

1.3.1 牛顿定律内容表述 20

1.3.2 作用力 21

1.3.3 牛顿定律的应用 23

课堂练习 26

1.4 经典时空观与相对运动 27

1.4.1 经典时空观 27

1.4.2 伽利略变换与力学相对性原理 27

1.4.3 相对运动 28

1.4.4 非惯性参照系 30

课堂练习 32

1.5 动量与冲量 32

1.5.1 力的冲量 32

1.5.2 动量定理 33

1.5.3 动量守恒 35

课堂练习 37

1.6 功与势能 37

1.6.1 功的定义 37

1.6.2 常见势能 39

1.6.3 保守力与势能 41

课堂练习 42

1.7 动能与机械能 43

1.7.1 动能定理 43

1.7.2 机械能守恒定律 45

课堂练习 47

总习题一 48

第二章 连续介质力学 52

2.1 刚体运动学 52

2.1.1 刚体的运动 52

2.1.2 刚体的转动惯量 54

课堂练习 57

2.2 刚体转动定律 58

2.2.1 力对转轴的矩 58

2.2.2 转动定律 60

课堂练习 62

2.3 角动量 62

2.3.1 质点的角动量 62

2.3.2 刚体的角动量 64

课堂练习 66

2.4 刚体的动能定理 66

2.4.1 力矩的功 66

2.4.2 刚体的动能定理 67

2.4.3 刚体力学公式汇总 67

课堂练习 69

2.5 弹性体 70

2.5.1 应力 70

2.5.2 应变 71

2.5.3 胡克定律 73

课堂练习 73

2.6 流体力学 74

2.6.1 理想流体的运动 74

2.6.2 伯努利方程 76

2.6.3 伯努利方程的应用 77

2.6.4 黏滞流体 79

课堂练习 81

总习题二 81

第三章 静电场 84

3.1 电荷与电场 84

3.1.1 电荷 84

3.1.2 电场 85

3.1.3 电场强度的计算 85

3.1.4 电场力 90

课堂练习 91

3.2 静电场的高斯定理 92

3.2.1 电电通量 92

3.2.2 高斯定理 93

3.2.3 高斯定理求解电场 95

课堂练习 99

3.3 静电场的环路定理 99

3.3.1 环路定理 99

3.3.2 电势 101

3.3.3 电势的计算 102

3.3.4 电势梯度 104

课堂练习 106

3.4 静电场中的导体 107

3.4.1 导体的静电平衡 107

3.4.2 空腔导体与静电屏蔽 109

课堂练习 110

3.5 电容器与电场能 111

3.5.1 电容器 111

3.5.2 静电场的能量 113

课堂练习 114

3.6 静电场中的介质 115

3.6.1 电介质的极化 115

3.6.2 介质中的静电场 117

课堂练习 117

总习题三 118

第四章 稳恒磁场 121

4.1 毕奥－萨伐尔定律 121

4.1.1 磁感应强度 121

4.1.2 恒定电流 122

4.1.3 毕奥 123

课堂练习 126

4.2 磁场的高斯定理与环路定理 127

4.2.1 磁场的高斯定理 127

4.2.2 安培环路定理 129

4.2.3 环路定理的应用 129

课堂练习 132

4.3 洛仑兹力 133

4.3.1 洛仑兹力 133

4.3.2 洛仑兹力的应用 134

4.3.3 霍尔效应 135

课堂练习 137

4.4 安培力 137

4.4.1 安培定律 137

4.4.2 磁场中的载流线圈 139

课堂练习 140

4.5 磁介质 141

4.5.1 磁介质概述 141

4.5.2 磁化的描述 142

4.5.3 介质中的安培环路定理 142

4.5.4 铁磁质的磁化 143

课堂练习 145

总习题四 146

第五章 时变电磁场 148

5.1 电磁感应 148

5.1.1 电动势 148

5.1.2 电磁感应定律 149

课堂练习 153

5.2 感应电动势 154

5.2.1 动生电动势 154

5.2.2 感生电动势 157

5.2.3 涡电流 159

课堂练习 159

5.3 互感与自感 160

5.3.1 互感 160

5.3.2 自感 162

5.3.3 磁场的能量 163

课堂练习 164

5.4 电磁场理论 165

5.4.1 位移电流 165

5.4.2 麦克斯韦方程组 166

5.4.3 电磁场与电磁波 167

课堂练习 169

总习题五 169

第六章 振动和波动 171

6.1 简谐振动 171

6.1.1 振动的基本概念 171

6.1.2 简谐振动的描述 172

6.1.3 简谐振动的力学规律 173

6.1.4 振动的能量 178

6.1.5 简谐振动的矢量图表示 179

课堂练习 182

6.2 阻尼振动与受迫振动 182

6.2.1 阻尼振动 182

6.2.2 受迫振动 184

课堂练习 186

6.3 振动的合成 186

6.3.1 同方向同频率的振动合成 186

6.3.2 同方向不同频率的振动合成 187

6.3.3 相互垂直方向振动的合成 188

6.3.4 多振动的合成 190

6.3.5 振动的分解 192

课堂练习 192

6.4 波的运动学 192

6.4.1 波的传播 193

6.4.2 波函数 194

6.4.3 波阵面与相速度 198

课堂练习 200

6.5 惠更斯－菲涅尔原理 200

6.5.1 惠更斯原理 200

6.5.2 叠加原理与驻波 202

课堂练习 205

6.6 干涉 205

6.6.1 相干条件 205

6.6.2 波程 208

课堂练习 208

6.7 波的动力学 208

6.7.1 波动方程 208

6.7.2 波的能量 211

6.7.3 声波 213

课堂练习 214

6.8 多普勒效应 214

6.8.1 共线运动的多普勒效应 215

6.8.2 激波 217

课堂练习 218

总习题六 218

第七章 波动光学 221

7.1 双缝干涉 221

7.1.1 非相干自然光源 221

7.1.2 杨氏双缝干涉 222

7.1.3 改进的双缝实验 225

课堂练习 227

7.2 薄膜干涉 227

7.2.1 透镜的光程 227

7.2.2 半波损失 228

7.2.3 均匀膜等厚干涉 229

7.2.4 劈形薄膜等厚干涉 231

7.2.5 空间相干性与时间相干性 234

课堂练习 234

7.3 衍射 235

7.3.1 单缝衍射 235

7.3.2 单缝衍射的光强 238

7.3.3 圆孔衍射 239

课堂练习 241

7.4 光栅 241

7.4.1 光栅方程 242

7.4.2 光栅衍射的光强 243

7.4.3 光栅光谱 245

课堂练习 246

7.5 偏振 246

7.5.1 偏振态 246

7.5.2 起偏与检偏 249

7.5.3 反射光与折射光的偏振 250

7.5.4 双折射 251

7.5.5 旋光 253

课堂练习 253

总习题七 254

第八章 热学 256

8.1 热力学系统 256

8.1.1 宏观与微观 256

8.1.2 理想气体 257

8.1.3 理想气体的统计平均 259

课堂练习 259

8.2 理想气体的压强与内能 260

8.2.1 压强公式 260

8.2.2 气体分子的自由度 262

8.2.3 能量均分定理 263

8.2.4 理想气体的内能 264

课堂练习 264

8.3 气体分子的统计分布律 265

8.3.1 速率分布函数 265

8.3.2 麦克斯韦速率分布律 266

8.3.3 玻尔兹曼能量分布律 268

课堂练习 269

8.4 碰撞与扩散 270

8.4.1 碰撞频率 270

8.4.2 平均自由程 271

8.4.3 输运现象 271

课堂练习 273

8.5 热力学第一定律 274

8.5.1 基本概念 274

8.5.2 热力学第一定律的表述 275

8.5.3 热力学第一定律的应用 276

课堂练习 284

8.6 循环过程 284

8.6.1 热机效率 285

8.6.2 卡诺循环 287

课堂练习 288

8.7 热力学第二定律 289

8.7.1 热力学第二定律 289

8.7.2 热力学过程的不可逆性 290

8.7.3 熵 290

课堂练习 292

总习题八 292

第九章 近代物理 295

9.1 狭义相对论 295

9.1.1 力学相对性原理 295

9.1.2 光速不变 297

9.1.3 洛仑兹变换 298

9.1.4 狭义相对论的时空观 300

课堂练习 303

9.2 相对论动力学 303

9.2.1 速度变换 303

9.2.2 相对论动量与能量 305

课堂练习 307

9.3 量子论 307

9.3.1 经典物理的困难 308

9.3.2 物质波 311

9.3.3 不确定关系 313

课堂练习 314

9.4 薛定谔方程 315

9.4.1 薛定谔方程的建立 315

9.4.2 一维势阱 318

9.4.3 谐振子 320

课堂练习 321

9.5 势垒贯穿 321

9.6 氢原子 323

9.6.1 氢原子的薛定谔方程 323

9.6.2 电子自旋 326

课堂练习 327

总习题九 327

附录 328

Ap1常用数据 328

Ap1.1 基本物理常量 328

Ap1.2 基本天文常量 329

Ap1.3 国际单位倍数因子 330

Ap1.4 希腊字母 330

Ap2常用数学公式 331

Ap2.1 常用微积分 331

Ap2.2 泰勒级数 332

Ap2.3 三角函数 333

Ap2.4 复变函数 335

Ap3场论初步 335

Ap3.1 标量场的梯度 335

Ap3.2 矢量场的散度 336

Ap3.3 矢量场的旋度 337

Ap3.4 电磁场常用恒等式 338

Ap3.5 电磁场 338

参考文献 340