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第一篇 力学 3

第一章 质点运动学 3

第一节 质点运动的描述 3

一、参考系、坐标系 3

二、质点、质点系 4

三、质点运动的矢量描述 5

第二节 常用坐标系的选用 9

一、直角坐标系、抛体运动 9

二、自然坐标系、切向加速度和法向加速度 12

三、平面极坐标系、横向速度和径向速度 14

第三节 相对运动 16

本章提要 18

物理学史 19

第二章 经典力学的守恒定律 21

第一节 牛顿运动定律和惯性系 21

一、牛顿运动定律的表述及其应用 21

二、惯性系与非惯性系 31

三、平动加速参考系中的惯性力 32

四、匀速转动参考系中的惯性离心力 33

第二节 动量定理和动量守恒定律 34

一、冲量和质点的动量定理 34

二、质点系动量定理 37

三、动量守恒定律 41

四、火箭飞行 43

五、质心及质心运动定理 46

第三节 动能定理和机械能守恒定律 49

一、功和质点的动能定理 49

二、保守力、非保守力和势能 53

三、势能曲线及应用 58

四、质点系的动能定理和功能原理 61

五、机械能守恒定律与能量守恒定律 63

六、两体碰撞 70

第四节 角动量和角动量守恒定律 76

一、质点的角动量 77

二、力矩和质点的角动量定理 78

三、质点角动量守恒定律 80

四、质点系的角动量定理 82

五、质心系的角动量定理 85

第五节 对称性和守恒定律 86

一、什么是对称性？ 86

二、物理定律的对称性 88

三、时空对称性和动量、角动量和能量守恒定律 89

本章提要 91

物理学史 93

第三章 连续体力学 95

第一节 刚体运动学 95

一、刚体及研究方法 95

二、刚体的平动和定轴转动 96

三、描述刚体转动的物理量 97

四、匀变速转动公式 100

五、角量和线量的关系 101

第二节 刚体动力学 103

一、刚体绕定轴转动时对转轴的角动量 103

二、转动惯量 104

三、刚体定轴转动的转动定理和角动量定理 108

四、刚体定轴转动的动能定理 113

五、刚体的进动和回转效应 118

第三节 流体力学 120

一、理想流体的定常流动 121

二、粘滞流体的流动 124

本章提要 127

物理学史 128

第四章 相对论基础 131

第一节 从经典力学到狭义相对论 131

一、伽利略相对性原理 131

二、伽利略变换 132

三、经典力学的困难 134

第二节 狭义相对论的基本假设与洛伦兹变换式 137

一、狭义相对论的基本假设 137

二、洛伦兹变换 138

三、相对论速度变换公式 140

第三节 狭义相对论的时空观 141

一、同时的相对性 142

二、长度收缩 143

三、时间膨胀 145

第四节 狭义相对论动力学基础 147

一、动量和质量 148

二、力、功和动能 149

三、能量和质能关系 151

四、能量和动量的关系 153

本章提要 154

物理学史 156

第二篇 热学基础 163

第五章 热学的预备知识 163

第一节 热力学系统的状态和过程 163

一、热力学系统 163

二、热力学状态 163

三、热力学过程 164

第二节 温度 165

一、热力学第零定律 165

二、温度计和温标 166

第三节 分子热运动与分子力 168

一、通常的物质是由大量分子（或原子）组成的 168

二、分子热运动 169

三、分子力 170

第四节 状态参量和物态方程 171

一、状态参量 171

二、物态方程 171

第五节 统计规律的基本概念 174

一、事件 174

二、几率 174

三、统计平均和统计规律 175

物理学史 177

今日物理 178

第六章 平衡态的统计规律 180

第一节 理想气体的压强和温度 180

一、理想气体的微观模型和统计假设 180

二、理想气体的压强公式 181

三、理想气体的温度公式 183

第二节 麦克斯韦速率分布律 185

一、速率分布律 185

二、速率分布函数 185

三、麦克斯韦速率分布律 188

四、三种速率 189

第三节 玻尔兹曼分布律 191

一、玻尔兹曼分布律 191

二、重力场中粒子按高度的分布 192

第四节 能量均分定理 193

一、自由度 193

二、能量均分定理 195

三、理想气体的内能 196

第五节 分子碰撞频率的统计规律 197

一、平均碰撞频率 198

二、平均自由程 199

本章提要 200

物理学史 201

今日物理 203

第七章 热力学第一定律 206

第一节 热力学第一定律 206

一、内能、功和热量 206

二、热力学第一定律 209

第二节 理想气体的等值过程 210

一、等容过程 211

二、等压过程 212

三、等温过程 214

第三节 理想气体的绝热过程和多方过程 216

一、绝热过程 216

二、多方过程 219

第四节 循环过程和卡诺循环 220

一、循环过程 220

二、热机和效率 221

三、制冷机及致冷系数 221

四、卡诺循环 222

本章提要 227

物理学史 228

今日物理 230

第八章 热力学第二定律 232

第一节 热力学第二定律的表述 232

一、可逆过程与不可逆过程 232

二、热力学第二定律的表述 233

第二节 卡诺定理 236

一、卡诺定理的内容 236

二、卡诺定理的证明 237

三、热力学温标 238

第三节 熵和熵增加原理 238

一、克劳修斯等式 238

二、熵 239

三、熵增加原理 241

四、温熵图 243

第四节 热力学第二定律的统计意义 244

一、理想气体自由膨胀不可逆性的统计意义 244

二、热力学几率和玻尔兹曼熵公式 246

三、热力学第二定律的适用范围 247

本章提要 247

物理学史 248

今日物理 249

第九章 非平衡过程 255

第一节 气体中的输运过程 255

一、粘滞现象 255

二、热传导现象 257

三、扩散现象 257

第二节 线性不可逆过程热力学 258

一、线性不可逆过程的基本假设 259

二、不可逆的熵产生率 260

三、Onsager理论 261

四、最小熵产生原理 263

第三节 有限时间热力学基础 264

一、C-A效率 265

二、广义热力势，有限时间？和有限时间热力学长度 267

三、热力装置性能指标的优化 269

第四节 耗散结构 270

一、两类有序结构 270

二、耗散结构的实例 271

三、耗散结构的熵特征 273

四、分支现象 274

五、涨落的作用 274

第五节 分形 275

一、什么是分形和分形维数？ 275

二、相似维数 276

三、随机行走的分维 279

四、分形生长 280

本章提要 281

第三篇 电磁学 285

第十章 基本的电磁现象及其描述 285

第一节 静电的基本现象 286

一、电荷与电荷守恒定律 286

二、库仑定律 293

第二节 磁的基本现象 298

一、早期磁现象 299

二、近期磁现象 300

第三节 静电场及恒定磁场的描述 302

一、电场和电场强度 303

二、静止的点电荷的电场及其场强叠加原理 305

三、恒定电流 315

四、磁场和磁感应强度 321

五、毕奥-萨伐尔定律 323

本章提要 331

物理学史 332

第十一章 真空中的高斯定理和安培环路定理 336

第一节 真空中静电场和磁场的高斯定理 336

一、电场线与电通量 336

二、静电场的高斯定理及应用 340

三、磁场的高斯定理 352

第二节 静电场的环路定理和电势 355

一、静电场的环路定理 355

二、电势差和电势 259

三、电势叠加原理 362

四、电场强度与电势梯度的关系 368

第三节 磁场的环路定理 375

一、磁场的安培环路定理 375

二、利用安培环路定理求磁场的分布 379

本章提要 385

第十二章 电磁相互作用 387

第一节 磁相互作用 387

一、洛伦兹力 387

二、带电粒子在电磁场中的运动 390

三、霍尔效应 398

四、量子霍尔效应 402

第二节 磁场对电流的作用 405

一、安培力及安培定律 405

二、平行无限长载流直导线的相互作用力 410

三、载流线圈在均匀磁场中所受的力矩 414

四、磁力的功 417

第三节 运动电荷的电磁场 421

一、运动电荷的电场和磁场（非相对论的） 421

二、电磁场的相对论性变换 422

三、运动电荷的电磁场（相对论的） 425

四、两个运动电荷之间的相互作用 431

本章提要 434