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第0章 物理学导论 1

0.1物理学及发展概况 1

0.1.1物理学的研究对象 1

0.1.2物理学的地位和作用 1

0.1.3 21世纪物理学发展趋势 2

0.1.4学习物理学的意义 4

0.2单位制和量纲 5

0.3矢量和标量简介 6

0.3.1矢量和标量 6

0.3.2矢量的运算 7

第一篇 力学 10

第1章 质点运动学 10

1.1物理模型 参考系 10

1.1.1质点 11

1.1.2刚体 11

1.2运动的描述 11

1.2.1位置矢量 11

1.2.2运动方程 12

1.2.3位移 速度 加速度 12

1.3平面曲线运动 17

1.3.1切向加速度和法向加速度 17

1.3.2圆周运动 角量 20

1.3.3线量与角量的关系 21

1.4相对运动 22

习题1 24

第2章 质点动力学 27

2.1牛顿运动定律 27

2.1.1牛顿第一定律 27

2.1.2牛顿第二定律 27

2.1.3牛顿第三定律 28

2.2力学中几种常见的力 28

2.2.1万有引力 28

2.2.2弹性力 29

2.2.3摩擦力 30

2.3牛顿定律的应用举例 30

习题2 33

第3章 动量守恒与能量守恒定律 37

3.1动量与冲量 37

3.2功 43

3.3动能定理 45

3.4保守力 势能 46

3.4.1保守力做功 46

3.4.2势能 48

3.5机械能守恒定律 能量守恒与转换定律 49

习题3 52

第4章 刚体的定轴转动 57

4.1刚体的运动 57

4.1.1刚体的运动 57

4.1.2描述刚体转动的角物理量 58

4.2刚体绕定轴的转动定律 60

4.3刚体的动能和势能 68

4.4刚体的角动量 角动量守恒定律 69

习题4 74

第二篇 振动和波 78

第5章 机械振动 78

5.1简谐振动及描述 78

5.1.1简谐振动的基本特征 78

5.1.2描述简谐振动的特征量 周期、振幅、相位 79

5.1.3单摆 82

5.1.4旋转矢量法 83

5.2简谐运动的能量 85

5.3简谐运动的合成 87

5.4阻尼振动 受迫振动 共振 90

5.4.1阻尼振动 90

5.4.2受迫振动 92

5.4.3共振 92

习题5 93

第6章 机械波 96

6.1机械波的形成和传播 96

6.1.1机械波的产生和传播 96

6.1.2波动的描述 97

6.1.3物体的弹性和波速 98

6.2平面简谐波的波动方程 98

6.2.1平面简谐波的波函数 98

6.2.2波函数的物理意义 100

6.3惠更斯原理 波的叠加 102

6.3.1惠更斯原理 102

6.3.2波的叠加原理 波的干涉 103

6.4驻波 105

6.4.1驻波的产生 105

6.4.2驻波的波函数 106

6.4.3相位跃变 半波损失 107

6.4.4驻波的能量 107

6.4.5振动的简正模式 107

6.5多普勒效应 108

习题6 111

第三篇 热学 113

第7章 气体动理论基础 113

7.1平衡态 理想气体状态方程 113

7.1.1分子热运动 热力学系统 113

7.1.2平衡态 状态参量 113

7.1.3理想气体的物态方程 114

7.2理想气体的压强公式 116

7.2.1理想气体的分子模型 116

7.2.2理想气体的压强公式 116

7.3温度的微观本质 117

7.4能量均分定理 理想气体的内能 119

7.4.1分子的自由度 119

7.4.2能量均分定理 120

7.4.3理想气体的内能 120

7.5麦克斯韦气体分子速率分布定律 121

7.5.1分子运动的图景 121

7.5.2麦克斯韦速率分布律 122

习题7 126

第8章 热力学基础 128

8.1内能 功和热量 准静态过程 128

8.1.1准静态过程 128

8.1.2准静态过程的功 128

8.1.3准静态过程中热量的计算 129

8.1.4内能 130

8.2热力学第一定律 130

8.3热力学第一定律在理想气体等值过程中的应用 130

8.3.1等体过程 131

8.3.2等压过程 132

8.3.3等温过程 133

8.4绝热过程 134

8.5循环过程 卡诺循环 136

8.5.1循环过程 136

8.5.2热机及正循环 137

8.5.3制冷机及逆循环 137

8.5.4卡诺循环 138

8.6热力学第二定律 卡诺定理 140

8.6.1可逆过程与不可逆过程 140

8.6.2热力学第二定律 141

8.6.3卡诺定理 142

习题8 142

第四篇 电磁学 146

第9章 真空中的静电场 146

9.1电荷的基本性质 146

9.1.1电荷的种类 146

9.1.2电荷的量子性 147

9.1.3电荷守恒定律 147

9.1.4电荷的相对论不变性 147

9.2库仑定律 147

9.2.1库仑定律的表述 148

9.2.2电场力的叠加原理 149

9.3电场 电场强度 149

9.3.1静电场 149

9.3.2电场强度及叠加原理 150

9.3.3电偶极子的电场强度 152

9.4电通量 高斯定理 158

9.4.1电场线 158

9.4.2电通量 159

9.4.3高斯定理（Gauss theorem） 160

9.4.4高斯定理的应用 162

9.5静电场的环路定理 165

9.5.1静电力做功 165

9.5.2静电场的环流定理 166

9.6电势能 电势 166

9.6.1电势能 166

9.6.2电势 167

9.6.3电势差 168

9.6.4电势的计算 168

9.7电场强度与电势的关系 等势面 171

9.7.1等势面（电势图示法） 171

9.7.2电势梯度 171

习题9 174

第10章 静电场中的导体与电介质 179

10.1静电场中的导体 179

10.1.1导体的静电感应 静电平衡 179

10.1.2静电平衡时导体上电荷的分布 180

10.1.3导体表面电场强度与电荷面密度的关系 181

10.1.4孤立导体表面的电荷分布 181

10.1.5静电屏蔽 182

10.1.6有导体存在时静电场的分布及计算 183

10.2静电场中的电介质 185

10.2.1电介质及其极化 185

10.2.2电极化强度矢量 187

10.2.3电介质中的电场强度极化电荷与自由电荷的关系 187

10.2.4电介质的击穿 188

10.3电容 电容器 189

10.3.1孤立导体的电容 189

10.3.2电容器 189

10.3.3电容器的连接 192

10.4静电场的能量 194

10.4.1电容器储存的电能 194

10.4.2静电场的能量 能量密度 195

习题10 196

第11章 恒定电流的磁场 199

11.1恒定电流 199

11.1.1电流 电流密度 199

11.1.2电阻定律 欧姆定律的微分形式 202

11.1.3稳恒电场的建立 204

11.2恒定电流的磁场 毕奥-萨伐尔定律 206

11.2.1磁的基本现象 206

11.2.2磁场 磁感应强度 206

11.2.3毕奥-萨伐尔定律 207

11.2.4载流线圈的磁矩 210

11.2.5运动电荷的磁场 210

11.3磁场的高斯定理 212

11.3.1磁通量 212

11.3.2磁场的高斯定理 212

11.4磁场的安培环路定理 213

11.4.1安培环路定理 213

11.4.2安培环路定理的应用举例 215

11.5带电粒子在磁场中的运动 216

11.5.1带电粒子在电场和磁场中所受的力 216

11.5.2带电粒子在磁场中的运动 217

11.6磁场对载流线圈的作用 218

11.6.1磁场对电流的作用 218

11.6.2两无限长平行载流直导线间的相互作用 电流单位“安培”的定义 219

11.6.3磁场对载流线圈的作用 220

11.7物质的磁性 221

11.7.1磁介质的磁化 磁化强度 221

11.7.2磁介质中的安培环路定理 223

11.7.3铁磁质 224

习题11 226

第12章 电磁感应 电磁波 231

12.1电磁感应现象 法拉第电磁感应定律 231

12.1.1电磁感应现象 231

12.1.2法拉第电磁感应定律 231

12.1.3楞次定律 232

12.2动生电动势 234

12.3感生电动势 感生电场 236

12.4自感应和互感应 238

12.4.1自感电动势 自感系数 238

12.4.2互感电动势 互感 240

12.5磁场的能量 241

12.6 Maxwell电磁场理论简介 244

12.6.1位移电流和全电流 244

12.6.2电磁场Maxwell电磁场方程组 247

12.6.3电磁波 247

习题12 250

第五篇 波动光学及近代物理基础 254

第13章 波动光学基础 254

13.1光源 光的相干性 254

13.1.1光源 254

13.1.2相干光 255

13.1.3光程和光程差 255

13.2杨氏双缝干涉 257

13.3薄膜的等倾干涉 260

13.3.1薄膜等倾干涉的光路 260

13.3.2薄膜干涉特征 260

13.3.3相邻条纹对应薄膜厚度差 261

13.3.4薄膜等倾干涉的应用 262

13.4薄膜的等厚干涉 263

13.4.1劈尖干涉 263

13.4.2牛顿环 266

13.5迈克尔逊干涉仪 267

13.6光的衍射 惠更斯-菲涅耳原理 268

13.6.1光的衍射 268

13.6.2惠更斯-菲涅耳原理 269

13.6.3衍射分类 269

13.7单缝的夫琅禾费衍射 269

13.8圆孔衍射 光学仪器的分辨本领 272

13.8.1圆孔衍射 272

13.8.2光学仪器的分辨本领 273

习题13 274

第14章 狭义相对论基础 277

14.1经典时空观 伽利略变换 277

14.1.1牛顿力学的时空观 277

14.1.2伽利略变换 277

14.1.3经典力学的相对性原理 278

14.2狭义相对论的基本原理 279

14.2.1狭义相对论的基本原理 279

14.2.2洛伦兹变换式 280

14.2.3狭义相对论的时空观 281

14.3狭义相对论的动力学基础 284

14.3.1相对论力学的基本方程 284

14.3.2质量-能量关系式 285

14.3.3动量和能量关系式 286

习题14 287

第15章 量子物理基础 288

15.1黑体辐射 普朗克的量子假说 288

15.1.1黑体辐射 288

15.1.2黑体辐射的基本规律 289

15.1.3普朗克假设和普朗克黑体辐射公式 291

15.2光电效应 康普顿效应 292

15.2.1光电效应实验的规律 292

15.2.2爱因斯坦的光量子论 293

15.2.3康普顿效应 294

15.2.4光的波粒二象性 295

15.3德布罗意波 实物粒子的二象性 296

15.4不确定关系 297

习题15 299

第六篇 物理学的应用示例 302

第16章 物理学原理在工程技术中的应用 302

16.1摩擦与自锁——螺旋千斤顶 302

16.2跳台跳水游泳池的深度设计 303

16.3汽车的驱动与制动 304

16.3.1汽车的驱动力 304

16.3.2汽车的打滑 304

16.3.3翻车 305

16.4气体放电光源与五彩缤纷的灯 305

16.4.1气体放电及其形式 305

16.4.2气体放电光源的基本原理 307

16.4.3常见的气体放电光源 308

16.5超导与磁悬浮列车 308

16.6核磁共振及其医学成像原理 310

16.7雷达 微波通信和光纤通信 311