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上册 2

第0章 物理学导论 2

0.1 物理学的地位与意义 2

0.1.1 什么是物理学 2

0.1.2 物理学的地位 2

0.1.3 物理学与科学技术 2

0.2 物理学方法 3

0.2.1 物理学是一门实验科学 3

0.2.2 物理思想、物理模型 3

0.2.3 物理学是一门定量科学 4

0.3 单位制和量纲 4

0.4 矢量简介 5

0.4.1 矢量和标量 5

0.4.2 矢量的加减法 6

0.4.3 矢量的正交分解与合成 7

0.4.4 矢量的乘法 8

第一篇 经典力学 11

第一章 质点运动学 12

1.1 质点运动的描述 12

1.1.1 描述质点在空间中的位置——位置矢量 13

1.1.2 描述质点位置变化的大小和方向——位移 14

1.1.3 描述质点位置变动的快慢和方向——速度 14

1.1.4 描写质点运动速度变化的快慢和方向——加速度 15

1.2 平面曲线运动 18

1.2.1 抛体运动 18

1.2.2 圆周运动 19

1.2.3 一般曲线运动 21

1.2.4 圆周运动的角量描述 22

1.3 相对运动 23

思考题 26

习题 26

第二章 质点动力学 29

2.1 牛顿运动定律及其应用 29

2.1.1 牛顿运动定律 29

2.1.2 常见的几种力 30

2.1.2 牛顿定律应用举例 32

2.2 非惯性系中的力学问题 35

2.2.1 惯性参考系 35

2.2.2 非惯性系中的力学问题 36

2.3 功与能 37

2.3.1 功 37

2.3.2 动能 质点的动能定理 39

2.3.3 保守力与非保守力 势能 40

2.4 机械能守恒定律 41

2.4.1 质点系的动能定理 41

2.4.2 功能原理与机械能守恒定律 42

2.5 动量定理与动量守恒定律 45

2.5.1 冲量 质点的动量定理 45

2.5.2 质点系的动量定理 46

2.5.3 动量守恒定律 47

2.6 碰撞 49

2.7 质心 质心运动定律 50

2.7.1 质心 50

2.7.2 质心运动定理 52

思考题 53

习题 53

第三章 刚体力学 55

3.1 刚体的运动 55

3.2 转动定律 57

3.2.1 力矩 57

3.2.2 转动定律 58

3.2.3 转动惯量 60

3.2.4 转动定律应用举例 62

3.3 转动中的功与能 64

3.3.1 力矩做功 64

3.3.2 刚体的转动动能和重力势能 64

3.3.3 定轴转动的动能定理 65

3.4 角动量 角动量守恒定律 66

3.4.1 质点的角动量和角动量守恒定律 66

3.4.2 刚体的角动量和角动量守恒定律 68

思考题 71

习题 72

物理与人文之——伽利略的新物理学 75

第二篇 热学 79

第四章 气体动理论 80

4.1 理想气体及其状态描述 80

4.1.1 平衡态 状态参量 80

4.1.2 理想气体状态方程 81

4.2 理想气体的压强和温度 82

4.2.1 分子热运动的统计规律 82

4.2.2 理想气体的微观模型 82

4.2.3 理想气体压强公式的推导 83

4.2.4 理想气体的温度公式 85

4.3 能量均分定理 理想气体的内能 86

4.3.1 分子的自由度 86

4.3.2 能量均分定理 87

4.3.3 理想气体的内能 87

4.4 麦克斯韦速率分布律 88

4.4.1 速率分布的描述 89

4.4.2 速率分布函数 90

4.4.3 麦克斯韦速率分布律 90

4.4.4 三种统计速率 91

4.5 气体分子的平均碰撞频率和平均自由程 92

4.6 范德瓦耳斯方程 94

思考题 95

习题 96

第五章 热力学基础 98

5.1 热力学第一定律 98

5.1.1 准静态过程 98

5.1.2 功、热量、内能 99

5.1.3 热力学第一定律 99

5.2 理想气体的等值过程 101

5.2.1 等体过程 101

5.2.2 等压过程 102

5.2.3 等温过程 104

5.3 绝热过程 105

5.3.1 绝热过程方程 106

5.3.2 绝热过程的功 107

5.3.3 绝热线与等温线 107

5.4 循环过程 108

5.4.1 循环过程 108

5.4.2 循环效率 109

5.4.3 卡诺循环 111

5.5 热力学第二定律 113

5.5.1 可逆过程与不可逆过程 114

5.5.2 热力学第二定律 115

5.5.3 卡诺定理 116

5.6 热力学第二定律的统计意义 116

5.6.1 热力学第二定律的统计意义 116

5.6.2 玻尔兹曼熵 118

思考题 119

习题 119

物理与人文之——自然定律 123

第三篇 波动与光学 127

第六章 机械振动 128

6.1 简谐振动 128

6.1.1 简谐振动的基本特征 128

6.1.2 描述简谐振动的物理量 129

6.1.3 单摆和复摆 132

6.1.4 简谐振动的能量 133

6.2 简谐振动的旋转矢量法 135

6.3 简谐振动的合成 137

6.3.1 两个同方向同频率简谐振动的合成 137

6.3.2 两个同方向不同频率简谐振动的合成 138

6.3.3 两个相互垂直的同频率简谐振动的合成 140

6.4 阻尼振动 受迫振动 共振 141

6.4.1 阻尼振动 141

6.4.2 受迫振动 共振 142

思考题 143

习题 143

第七章 机械波 146

7.1 机械波的产生和传播 146

7.1.1 机械波的产生 146

7.1.2 横波和纵波 146

7.1.3 波动的描述 147

7.2 平面简谐波 149

7.2.1 简谐波的波动方程 149

7.2.2 波动方程的物理意义 150

7.3 波的能量 152

7.3.1 波动的能量 152

7.3.2 能流 能流密度 154

7.4 惠更斯原理 波的衍射 154

7.4.1 惠更斯原理 154

7.4.2 波的衍射 155

7.5 波的叠加原理 波的干涉 156

7.5.1 波的叠加原理 156

7.5.2 波的干涉 156

7.5.3 驻波 158

7.6 多普勒效应 161

7.6.1 波源不动，接收器以速度vR相对介质运动 161

7.6.2 接收器不动，波源以速度vS相对介质运动 162

7.6.3 波源与接收器同时相对介质运动 163

思考题 164

习题 164

第八章 波动光学 168

8.1 光的相干性 168

8.1.1 光源的发光机理 168

8.1.2 相干光 168

8.1.3 获得相干光的方法 170

8.2 光程 光程差 170

8.3 杨氏双缝干涉 172

8.3.1 杨氏双缝干涉 172

8.3.2 洛埃德镜实验 174

8.4 薄膜干涉 175

8.4.1 厚度均匀薄膜的干涉 175

8.4.2 劈尖干涉 178

8.4.3 牛顿环 180

8.5 迈克尔逊干涉仪 181

8.6 光的衍射 惠更斯－菲涅耳原理 182

8.6.1 光的衍射现象 182

8.6.2 惠更斯－菲涅耳原理 183

8.7 单缝夫琅禾费衍射 183

8.7.1 单缝夫琅禾费衍射 183

8.7.2 圆孔夫琅禾费衍射 187

8.8 光栅衍射 188

8.8.1 光栅衍射 188

8.8.2 缺级现象 189

8.8.3 X射线衍射 191

8.9 光的偏振 192

8.9.1 光的偏振性 192

8.9.2 马吕斯定理 193

8.9.3 反射光和折射光的偏振 194

8.10 光的双折射 195

8.10.1 晶体的双折射现象 195

8.10.2 双折射现象的解释 196

思考题 197

习题 197

物理与人文之——波粒战争 202

下册 207

第四篇 电磁学 207

第九章 真空中的静电场 208

9.1 库仑定律 208

9.1.1 电荷及其基本属性 208

9.1.2 库仑定律 209

9.2 电场 电场强度 210

9.2.1 电场 210

9.2.2 电场强度 210

9.2.3 电场强度的计算 211

9.3 静电场的高斯定理 216

9.3.1 电场线 216

9.3.2 电通量 217

9.3.3 高斯定理 218

9.3.4 高斯定理的应用 220

9.4 静电场的环路定理 223

9.4.1 电场力做功的特征 223

9.4.2 静电场的环路定理 223

9.5 电势 224

9.5.1 电势 电势差 224

9.5.2 电势的计算 225

9.6 电场强度与电势的微分关系 228

9.6.1 等势面 228

9.6.2 电势与电场强度的微分关系 229

思考题 230

习题 230

第十章 静电场中的导体和电介质 234

10.1 静电场中的导体 234

10.1.1 导体的静电平衡条件 234

10.1.2 静电平衡时导体上电荷的分布 235

10.1.3 空腔导体与静电屏蔽 236

10.1.4 有导体存在时电场的分析与计算 238

10.2 静电场中的电介质 238

10.2.1 电介质的极化 238

10.2.2 电位移矢量 有电介质时的高斯定理 240

10.3 电容 电容器 242

10.3.1 孤立导体的电容 242

10.3.2 电容器及其电容 242

10.3.3 充满电介质的电容器 244

10.4 电场的能量 246

10.4.1 电容器的能量 246

10.4.2 电场的能量密度 246

思考题 247

习题 248

第十一章 恒定磁场 251

11.1 恒定电流的基本概念 251

11.1.1 电流和电流密度 251

11.1.2 欧姆定律的微分形式 252

11.2 磁场 磁感应强度 253

11.2.1 基本磁现象 253

11.2.2 磁感应强度 254

11.3 毕奥-萨伐尔定律 255

11.3.1 毕奥-萨伐尔定律 255

11.3.2 毕奥-萨伐尔定律应用举例 256

11.3.3 运动电荷的磁场 259

11.4 磁场的高斯定理 259

11.4.1 磁感应线 磁通量 259

11.4.2 磁场的高斯定理 261

11.5 磁场的安培环路定理 261

11.5.1 安培环路定理 262

11.5.2 安培环路定理的应用 263

11.6 磁场对运动电荷的作用 265

11.6.1 洛伦兹力 265

11.6.2 带电粒子在均匀磁场中的运动 266

11.6.3 霍尔效应 267

11.7 磁场对载流导线的作用 269

11.7.1 安培力 269

11.7.2 磁场对载流线圈的作用 271

11.8 物质的磁性 273

11.8.1 磁介质及其磁化机制 273

11.8.2 磁化强度与磁化电流 275

11.8.3 有磁介质时的安培环路定理 275

11.9 铁磁质 278

11.9.1 磁畴 278

11.9.2 铁磁质的磁化规律 279

11.9.3 铁磁质分类 280

思考题 281

习题 281

第十二章 电磁感应 电磁波 286

12.1 电源 电动势 286

12.2 电磁感应定律 287

12.2.1 电磁感应现象 287

12.2.2 法拉第电磁感应定律 288

12.3 动生电动势 290

12.4 感生电动势 293

12.4.1 感生电场 293

12.4.2 涡电流 295

12.5 自感和互感 296

12.5.1 自感 297

12.5.2 互感 299

12.6 磁场的能量 301

12.7 位移电流 麦克斯韦方程 303

12.7.1 位移电流 全电流安培环路定律 303

12.7.2 麦克斯韦方程组 306

12.8 电磁振荡和电磁波 308

12.8.1 电磁波的辐射 308

12.8.2 电磁波的性质 309

12.8.3 电磁波的能量 310

12.8.4 电磁波谱 310

思考题 312

习题 312

物理与人文之——电磁理论与对称性 316

第五篇 近代物理基础 319

第十三章 狭义相对论 320

13.1 经典力学时空观 320

13.2 狭义相对论基本原理 洛伦兹变换式 321

13.2.1 狭义相对论基本原理 321

13.2.2 洛伦兹变换 322

13.3 狭义相对论时空观 325

13.3.1 同时的相对性 325

13.3.2 长度的收缩 326

13.3.3 时间的延缓 327

13.4 相对论速度变换式 328

13.5 狭义相对论动力学 330

13.5.1 相对论质量 330

13.5.2 相对论动力学的基本方程 331

13.5.3 质量与能量的关系 331

附：广义相对论建立简介 333

思考题 335

习题 335

第十四章 量子物理基础 337

14.1 热辐射 普朗克的量子假设 337

14.1.1 热辐射 337

14.1.2 黑体辐射实验定律 338

14.1.3 普朗克量子假设 339

14.2 光电效应 爱因斯坦光子理论 340

14.2.1 光电效应的实验规律及其与经典理论的矛盾 340

14.2.2 爱因斯坦的光子理论 341

14.2.3 光的波粒二象性 342

14.3 康普顿效应 343

14.3.1 康普顿效应 343

14.3.2 康普顿效应的量子解释 344

14.4 玻尔的氢原子理论 347

14.4.1 氢原子光谱的实验规律 347

14.4.2 玻尔氢原子理论 348

14.5 实物粒子的波粒二象性 351

14.5.1 德布罗意假设 351

14.5.2 物质波的实验验证 352

14.6 不确定关系 355

14.7 波函数 薛定谔方程 357

14.7.1 波函数 357

14.7.2 波函数的统计诠释 358

14.7.3 薛定谔方程 359

14.8 一维定态问题 360

14.8.1 一维无限深势阱 360

14.8.2 一维方势垒 隧道效应 362

思考题 364

习题 365

物理与人文之——波粒战争终结了吗？ 367