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第一篇 力学 3

第1章　质点运动学 3

1.1　机械运动的基本特征及其描述方法 3

1.1.1　基本概念 3

1.1.2　基本特征 4

1.1.3　运动的描述 4

1.2　质点的运动学方程 4

1.2.1　基本概念 4

1.2.2　质点的运动学方程和轨迹方程 5

1.3　位移　速度 6

1.4　加速度 9

1.5　圆周运动的角量描述 10

1.6　相对运动 12

思考题 13

习题 13

第2章　牛顿运动定律 17

2.1　牛顿运动定律 17

2.1.1　基本概念 17

2.1.2　牛顿运动定律 18

2.2 几种常见的力和基本的自然力 21

2.2.1　几种常见的力 21

2.2.2　基本的自然力 23

2.3　牛顿运动定律的应用 26

习题 28

第3章　动量守恒 31

3.1　冲量与动量定理 31

3.1.1 冲量 31

3.1.2　质点的动量定理 31

3.1.3　质点系的动量定理 34

3.2　动量守恒定律 35

习题 39

第4章　功和能 42

4.1　功　保守力的功 42

4.1.1 功 42

4.1.2　示功图 44

4.1.3　功率 45

4.1.4　保守力的功 46

4.2　动能定理 48

4.2.1　质点的动能定理 48

4.2.2　质点的动能定理应用举例 49

4.3　质点系的势能 50

4.3.1　保守力场 50

4.3.2　势能 50

4.4　机械能守恒定律　能量守恒定律 52

4.4.1　机械能守恒定律 52

4.4.2　功能原理 52

4.4.3　能量守恒定律 53

4.4.4　应用举例 56

4.5　对称性与守恒定律 57

4.6　理想流体的流动 59

4.6.1　稳定流动 60

4.6.2　流线与流管 60

4.6.3　理想流体的连续性方程 61

4.6.4　伯努利方程 61

4.6.5　伯努利方程的应用 63

思考题 65

习题 65

第5章　刚体力学 70

5.1　质点的角动量　质点的角动量守恒 70

5.1.1　质点的角动量 70

5.1.2　质点的角动量定理 70

5.1.3　质点角动量守恒定律 71

5.2　刚体的基本运动 73

5.2.1 刚体 73

5.2.2　刚体的平动 73

5.2.3　刚体的定轴转动 73

5.3　刚体的定轴转动 74

5.3.1 基本角量 74

5.3.2　力矩 75

5.3.3　转动定理 76

5.3.4　刚体的转动惯量的计算 77

5.3.5　转动定理的应用 79

5.4　刚体定轴转动的功和能 80

5.4.1　力矩的功 80

5.4.2　刚体定轴转动的动能 81

5.4.3　动能定理 81

5.5　刚体定轴转动的角动量 82

5.5.1　刚体定轴转动的角动量 82

5.5.2　刚体定轴转动的角动量定理 82

5.5.3　刚体定轴转动的角动量守恒定律 82

思考题 85

习题 85

第二篇 电磁学 93

第6章　真空中的静电场 93

6.1　库仑定律及静电力叠加原理 93

6.1.1 电荷 93

6.1.2　库仑定律 94

6.1.3　静电力叠加原理 95

6.2　电场强度的定义及计算 97

6.2.1 电场强度 98

6.2.2　场强叠加原理 98

6.2.3　电场强度的计算 98

6.3　电通量　高斯定理 103

6.3.1 电场线 103

6.3.2　电场强度通量 104

6.3.3　高斯定理 105

6.3.4　高斯定理的应用 106

6.4　静电场的环路定理 108

6.4.1　静电场力的功 108

6.4.2　静电场的环路定理 109

6.5 电势 109

6.5.1 电势能 109

6.5.2　电势的定义 110

6.5.3 电势差 110

6.5.4　电势叠加原理 111

6.5.5　求解静电场中电势的几种方法 111

6.5.6　等势面 115

6.5.7 电势与电场强度的微分关系 116

思考题 117

习题 117

第7章　静电场中的导体和电介质 123

7.1　静电场中的导体 123

7.1.1　静电感应现象 123

7.1.2　导体静电平衡条件 124

7.1.3　导体存在时静电场的分析与计算 126

7.2　电容　电容器 130

7.2.1　孤立导体的电容 130

7.2.2 电容器 130

7.2.3　电容器储存的静电场的能量 133

7.2.4　静电场的能量　能量密度 133

7.3　静电场中的电介质 电介质的极化 135

7.3.1　电介质及其分类 135

7.3.2　电介质的极化 136

7.3.3　电介质对电场的影响 137

7.3.4　几种电介质的相对介电常量 138

7.3.5　电介质的击穿 138

7.4 电介质中的高斯定理 电位移矢量 138

习题 141

第8章　稳恒磁场 144

8.1　电流 144

8.1.1 电流和电流密度 144

8.1.2　恒定电流的重要性质 145

8.2　磁场　磁感应强度 145

8.2.1　磁力与电荷的运动 146

8.2.2　磁感应强度 146

8.3　毕奥-萨伐尔定律及应用 148

8.3.1 电流元 148

8.3.2　毕奥-萨伐尔（实验）定律 148

8.3.3　磁感应强度叠加原理 148

8.4　磁场的高斯定理和安培环路定理 152

8.4.1　磁通量 152

8.4.2　磁场的高斯定理 154

8.4.3　安培环路定理 154

8.5　磁场对电流的作用 157

8.5.1　安培定律 158

8.5.2　安培公式的应用 158

8.5.3　磁场对载流平面线圈的作用 160

8.5.4　磁场力的功 160

8.5.5　霍耳效应 162

8.6　带电粒子在磁场中的运动 163

8.6.1　洛仑兹力 163

8.6.2　带电粒子在均匀磁场中的运动 163

8.6.3　应用举例 163

8.7　磁介质中的磁场 164

8.7.1　磁介质及磁介质的磁化 164

8.7.2　磁介质的磁导率 165

8.7.3　磁场强度　磁介质中的安培环路定理 165

8.7.4　安培环路定理的应用 166

8.7.5　铁磁质 167

思考题 169

习题 169

第9章　变化的电磁场 174

9.1 电磁感应的基本规律 174

9.1.1　电磁感应现象 174

9.1.2　法拉第电磁感应定律 175

9.1.3　楞次定律 175

9.2　动生电动势 177

9.2.1　概念和机制 177

9.2.2　能量转换 179

9.2.3　动生电动势的计算 179

9.3　感生电动势 182

9.3.1 电磁感应定律的普遍形式 182

9.3.2　感生电动势的计算 183

9.3.3　感生电场的应用 184

9.4 自感和互感 185

9.4.1 自感 185

9.4.2 自感系数和自感电动势的计算 185

9.4.3　互感现象、互感系数和互感电动势 187

9.4.4　互感系数和互感电动势计算 188

9.5　磁场的能量 190

9.5.1 自感中的能量转换 190

9.5.2　磁场的能量密度 190

9.5.3　磁能的计算 191

9.6　麦克斯韦电磁场理论简介 192

9.6.1　位移电流 192

9.6.2　麦克斯韦方程组 195

思考题 196

习题 197

第三篇 热学 203

第10章　统计物理学基础 203

10.1　分子运动的基本概念 204

10.1.1　分子的密度和线度 204

10.1.2　分子力 205

10.1.3　分子热运动的无序性及统计规律 205

10.2　平衡态　理想气体状态方程 206

10.2.1　平衡态和状态参数 207

10.2.2　准静态过程 207

10.2.3　理想气体状态方程 208

10.3　理想气体的压强公式　温度公式 210

10.3.1　理想气体的微观模型 210

10.3.2　理想气体的压强公式 211

10.3.3　理想气体的温度公式 212

10.4　能量按自由度均分定理　理想气体的内能 213

10.4.1 自由度 213

10.4.2　能量按自由度均分定理 214

10.4.3　理想气体的内能 215

10.5　麦克斯韦速率分布定律 216

10.5.1　测定气体分子速率的实验 216

10.5.2　麦克斯韦气体分子速率分布律 217

10.5.3　三种统计速率 218

10.6　玻耳兹曼能量分布定律及验证 220

10.6.1　玻耳兹曼能量分布定律 220

10.6.2　重力场中粒子按高度分布 221

10.6.3　重力场中的压强公式 221

10.7　气体分子平均自由程 222

思考题 224

习题 224

第11章　热力学基础 227

11.1　热力学第一定律 227

11.1.1 内能　功　热量 227

11.1.2　热力学第一定律 228

11.2　热力学第一定律的应用 229

11.2.1　等体过程　气体的摩尔定容热容 229

11.2.2　等压过程　气体的摩尔定压热容 230

11.2.3　等温过程 231

11.2.4　比热容比 232

11.3　绝热过程 232

11.3.1　理想气体绝热过程方程 233

11.3.2　绝热线与等温线 234

11.3.3　理想气体重要公式表 234

11.4　循环过程　卡诺循环 235

11.4.1　正循环和热机效率 235

11.4.2　逆循环和制冷系数 236

11.4.3　卡诺循环 236

11.4.4　卡诺制冷机 237

11.5　热力学第二定律 238

11.5.1　可逆过程和不可逆过程 238

11.5.2　热力学第二定律的两种表述 239

11.5.3　卡诺定理 241

11.6　热学新进展——熵 241

11.6.1　熵的概念 241

11.6.2　热力学第二定律的数学表达式 242

11.6.3　熵与混乱度 243

11.6.4　熵增加原理 243

思考题 244

习题 244

第四篇　振动、波动与波动光学 251

第12章　机械振动 251

12.1　简谐振动的描述 251

12.1.1　简谐振动的动力学方程 251

12.1.2　简谐振动的运动学方程 251

12.1.3　简谐振动的几个特征量 252

12.1.4　振幅和初相的确定 253

12.2　简谐振动的旋转矢量描述 255

12.3　简谐振动的能量 258

12.4　阻尼振动和受迫振动　共振 260

12.4.1　阻尼振动的数学描述 260

12.4.2　受迫振动　共振 261

12.5　简谐振动的合成 263

12.5.1 同方向、同频率简谐振动的合成 263

12.5.2 同方向、不同频率的简谐振动的合成　拍 265

12.5.3　垂直方向、同频率的谐振的合成 266

思考题 268

习题 268

第13章　机械波基础 271

13.1　机械波的形成与传播　简谐波的特征 271

13.2　平面简谐波的波动方程 273

13.2.1　平面简谐波的波动方程 273

13.2.2　简谐波的特征量 274

13.3　波的能量和能流 276

13.3.1　波的能量 276

13.3.2　波的能流 277

13.4　惠更斯原理 278

13.5　波的叠加原理　波的干涉 280

13.5.1　波的叠加原理 281

13.5.2　波的干涉 281

13.6　驻波　半波损失 283

13.7　声波　多普勒效应 287

13.7.1　声波 287

13.7.2　多普勒效应 288

思考题 292

习题 292

第14章　波动光学 296

14.1　光的电磁理论 296

14.1.1　电磁振荡 296

14.1.2　电磁波的概念 297

14.1.3　电磁波的性质 297

14.2　相干光波的叠加 299

14.2.1　相干光源 299

14.2.2　光波的叠加 300

14.3　杨氏双缝实验　劳埃德镜 301

14.3.1　杨氏双缝实验（分波阵面法） 301

14.3.2　劳埃德镜 304

14.4　薄膜干涉 305

14.4.1　等倾干涉 305

14.4.2　等厚干涉 307

14.5　迈克尔逊干涉 310

14.6　惠更斯-菲涅耳原理　单缝夫琅禾费衍射 312

14.6.1　光的衍射 312

14.6.2　惠更斯-菲涅耳原理 312

14.6.3　菲涅耳衍射 313

14.6.4　单缝夫琅禾费衍射 313

14.6.5 圆孔衍射 315

14.6.6　光学仪器分辨率 316

14.7　衍射光栅和光栅光谱 317

14.7.1　衍射光栅 318

14.7.2　光栅方程 318

14.7.3　光栅谱线的缺级现象 319

14.7.4　光谱分析方法 320

14.7.5　X射线的衍射 320

14.8　光的偏振性 322

14.8.1　自然光　偏振光 322

14.8.2　起偏和检偏 323

14.8.3　马吕斯定律（偏振光的透射） 324

14.8.4　布儒特斯定律（偏振光的反射和折射） 325

14.8.5　双折射现象 327

14.8.6　椭圆偏振光和圆偏振光 328

思考题 330

习题 330

第五篇　近代物理 339

第15章　狭义相对论力学基础 339

15.1　力学相对性原理 339

15.1.1　力学相对性原理中的相对性和不变性 339

15.1.2　伽利略相对性原理 340

15.1.3　伽利略相对性原理的数学描述——伽利略变换 340

15.1.4　伽利略相对性原理的时空观 341

15.1.5　伽利略相对性原理力学规律的数学表达 341

15.2　狭义相对论基本原理 341

15.2.1　爱因斯坦相对论的理论基础 342

15.2.2　洛仑兹变换 343

15.3　爱因斯坦狭义相对论时空观——长度缩短、时间膨胀 346

15.3.1　同时的相对性 347

15.3.2　物体在运动方向上长度缩短——长度的相对性 348

15.3.3　物体在运动方向上时间膨胀（时钟变慢，时间延缓） 349

15.3.4　爱因斯坦狭义相对论时空观的实验证明 349

15.4　爱因斯坦狭义相对论质点动力学 350

15.4.1　相对论质量 351

15.4.2　相对论质量与能量的关系 352

15.4.3　相对论动量和能量关系式 353

15.4.4　应用举例 354

15.5　爱因斯坦广义相对论——宇宙空间是弯曲的？ 355

15.5.1　爱因斯坦广义相对论的基本理论 355

15.5.2　广义相对论的检验 357

习题 359

第16章　量子力学基础 361

16.1　黑体辐射　普朗克的能量子假说 361

16.1.1　黑体辐射 361

16.1.2　黑体辐射的基本规律 363

16.1.3　经典物理学的困难 364

16.1.4　普朗克量子假设 365

16.2　光电效应　爱因斯坦的光子假说 366

16.2.1　光电效应及经典物理面临的困境 366

16.2.2　光子　爱因斯坦方程 367

16.2.3　光的波粒二象性 368

16.2.4　光电效应在现代科技中的应用 369

16.3　康普顿效应 370

16.3.1　康普顿效应 370

16.3.2　光子理论解释 371

16.4　原子结构的玻尔理论 373

16.4.1　氢原子光谱的规律性 374

16.4.2　玻尔的量子论 375

16.4.3　玻尔量子理论的作用及其困难 377

16.5　粒子的波动性 378

16.5.1　德布罗意假设　粒子的波动性 378

16.5.2　实验验证　电子衍射 379

16.5.3　不确定关系 380

16.6　波函数　薛定谔方程 382

16.6.1 波函数 382

16.6.2　薛定谔方程 384

16.7　一维势阱和势垒 385

16.7.1　一维无限深势阱 385

16.7.2　一维势垒——隧道效应 387

16.7.3　扫描隧道显微镜（STM） 389

16.7.4　纳米技术 389

思考题 391

习题 392

附录一　国际单位制（SI） 396

附录二　常用基本物理常数表 398

附录三 习题参考答案 399

参考文献 416