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第一篇 力学 1

1 运动学 1

1.1 运动的描述 1

1.1.1 参考系 1

1.1.2 时间 3

1.1.3 长度，面积，体积 4

1.1.4 平移与转动 7

1.2 一维运动 8

1.2.1 速度 8

1.2.2 加速度 11

1.2.3 一维简单运动 12

1.3 多维运动 16

1.3.1 速度矢量 16

1.3.2 加速度矢量 18

1.3.3 下落与抛射运动 20

1.4 转动运动（转动） 22

1.4.1 角速度 22

1.4.2 角加速度 24

1.4.3 轨道速度 25

2 动力学 27

2.1 动力学基本定律 27

2.1.1 质量和动量 27

2.1.2 牛顿定律 29

2.2 静力学 34

2.2.1 力矢量 34

2.2.2 力矩 37

2.2.3 静力学平衡条件 39

2.2.4 重心 40

2.2.5 工程力学 42

2.2.6 机械 44

2.3 力 49

2.3.1 重力 49

2.3.2 弹力和扭力 50

2.3.3 摩擦力 51

2.4 功和能 55

2.4.1 功 55

2.4.2 能量 56

2.4.3 动能和加速过程中做的功 57

2.4.4 势能 58

2.4.5 摩擦功 60

2.5 功率 61

2.6 碰撞过程 62

2.6.1 质点间的弹性正碰撞（中心碰撞） 64

2.6.2 非弹性碰撞 65

2.6.3 斜碰撞（非中心碰撞） 66

2.7 火箭 67

2.7.1 推进力 67

2.7.2 火箭运动方程式 69

3 刚体的转动运动 71

3.1 惯性矩，角动量，力矩 71

3.1.1 力矩 71

3.1.2 转动惯量 72

3.1.3 角动量 77

3.2 功，能量，功率 81

3.2.1 动能 82

3.2.2 扭簧的势能 83

3.3 转动参考系中的惯性力 83

3.3.1 向心力和离心力 83

3.3.2 科里奥利力 85

3.4 陀螺仪理论 87

3.4.1 惯量张量 87

3.4.2 章动和进动 90

3.4.3 陀螺仪的应用 92

4 微机械 94

4.1 薄膜技术 94

4.2 曝光和蚀刻 95

4.3 应用 97

4.3.1 传感器 97

4.3.2 动作元件 98

4.3.3 技术应用 99

5 万有引力和相对论 100

5.1 引力场 100

5.1.1 万有引力定律 100

5.1.2 行星运动 101

5.1.3 行星系 103

5.2 狭义相对论 106

5.2.1 相对性原理 107

5.2.2 洛伦兹变换 109

5.2.3 相对论效应 113

5.2.4 相对论动力学 114

5.3 广义相对论与宇宙论 118

5.3.1 恒星和银河系 119

6 连续介质力学 122

6.1 弹性理论 122

6.1.1 应力 122

6.1.2 弹性形变 124

6.1.3 塑性形变 133

6.2 流体静力学 137

6.2.1 液体和气体 138

6.2.2 压强 138

6.2.3 浮力 146

6.2.4 内聚力，附着力，表面张力 150

6.3 流体动力学 152

6.3.1 流场 153

6.3.2 理想流体的基本方程 153

6.3.3 真实流动 162

6.3.4 湍流 167

6.3.5 相似定理 170

6.3.6 密度变化的流动 173

力学公式中使用的符号 174

7 力学表格 175

7.1 密度 175

7.2 弹性性质 183

7.3 动力学性质 187

第二篇 振动与波 198

8 振动 198

8.1 自由的无阻尼振动 200

8.1.1 弹簧振子 201

8.1.2 单摆（数学摆） 203

8.1.3 复摆（物理摆） 206

8.1.4 扭转振动 207

8.1.5 液体摆 208

8.1.6 振荡电路 209

8.2 阻尼振动 210

8.2.1 摩擦的类型 211

8.3 受迫振动 215

8.4 振动的叠加 217

8.4.1 频率相等的振动的叠加 217

8.4.2 频率不等的振动的叠加 217

8.4.3 不同方向并且频率不等的振动叠加 218

8.4.4 傅里叶分析，振动的分解 219

8.5 耦合振动 220

9 非线性动力学，混沌和分形 223

9.1 动力学系统与混沌 224

9.1.1 动力学系统 224

9.1.2 保守系统 229

9.1.3 耗散系统 231

9.2 分岔 234

9.2.1 逻辑映射 234

9.2.2 普适性 237

9.3 分形 237

10 波 239

10.1 波的基本特征 239

10.2 偏振 245

10.3 干涉 245

10.3.1 相干性 246

10.3.2 干涉 246

10.3.3 驻波 248

10.3.4 频率不等的波 251

10.4 多普勒效应 252

10.4.1 马赫波和马赫激波 254

10.5 折射 255

10.6 反射 255

10.6.1 相位关系 256

10.7 色散 256

10.8 衍射 257

10.8.1 狭缝上的衍射 257

10.8.2 光栅上的衍射 259

10.9 调制 260

10.9.1 振幅调制 260

10.9.2 频率调制 261

10.10 表面波和重力波 261

11 声学 263

11.1 声波 263

11.1.1 声速 263

11.1.2 声的参数 265

11.1.3 相对量 269

11.2 声源和声的接收 271

11.2.1 机械声源 271

11.2.2 电声变换器 273

11.2.3 声的吸收 277

11.2.4 声的衰减 279

11.2.5 流的噪声 280

11.3 超声 280

11.4 生理声学和听觉 281

11.4.1 声音的感觉 282

11.4.2 声级的估算 283

11.5 音乐声学 284

12 光学 287

12.1 几何光学 288

12.1.1 光学成像——基本概念 290

12.1.2 反射 292

12.1.3 折射 297

12.2 透镜 302

12.2.1 厚透镜 303

12.3 透镜系统 307

12.3.1 带有光阑的透镜 308

12.3.2 像的缺陷 309

12.4 光学仪器 310

12.4.1 针孔照相机 310

12.4.2 照相机 311

12.4.3 眼睛 311

12.4.4 眼的视力缺陷和矫正 313

12.4.5 放大镜 313

12.4.6 显微镜 314

12.4.7 望远镜 315

12.5 波动光学 316

12.5.1 散射 316

12.5.2 衍射及分辨率的极限 317

12.5.3 波动图像中的折射 317

12.5.4 干涉 318

12.5.5 色散 318

12.5.6 光的偏振 322

12.6 光度学 323

12.6.1 光度学量 323

12.6.2 光工程学量 329

振动与波公式中使用的符号 332

13 声学与光学性质表 334

13.1 声学表 334

13.2 光学表 339

第三篇 电学 341

14 电荷与电流 341

14.1 电荷 341

14.1.1 库仑定律 343

14.2 电荷密度 344

14.2.1 电荷体密度 344

14.2.2 电荷面密度 345

14.2.3 电荷线密度 345

14.2.4 平均电荷密度 346

14.3 电流 346

14.3.1 安培定律 348

14.4 电流密度 348

14.4.1 电流场 350

14.5 电阻与电导 351

14.5.1 电阻 351

14.5.2 电导 352

14.5.3 电阻率与电导率 352

14.5.4 电荷载体的迁移率 353

14.5.5 电阻与温度的关系 354

14.5.6 可变电阻器 356

14.5.7 电阻的连接 356

15 电场和磁场 358

15.1 电场 358

15.1.1 均匀电场 359

15.2 静电感应 359

15.2.1 电场线 360

15.2.2 点电荷的电场 361

15.3 力 362

15.4 电压 363

15.4.1 电容器极板间的电压 364

15.5 电势 364

15.5.1 等势面 365

15.5.2 某些电荷分布的电场和电势 365

15.5.3 电通量 368

15.5.4 真空中的电位移 369

15.6 电极化 371

15.6.1 电介质 372

15.7 电容 373

15.7.1 平行板电容器 373

15.7.2 电容器的并联 374

15.7.3 电容器的串联 374

15.7.4 某些简单形状导体的电容 375

15.8 电场的能量及能量密度 376

15.9 交界面上的电场 377

15.10 磁场 378

15.11 磁性 379

15.12 磁通量密度（磁感应强度） 379

15.12.1 磁场线 380

15.13 洛伦兹力 380

15.14 磁通量 381

15.15 磁场强度 383

15.16 磁势差和磁路 384

15.16.1 安培定理 386

15.16.2 毕奥-萨伐尔定律 387

15.16.3 直线导体的磁场 388

15.16.4 各种电流分布的磁场 388

15.17 磁场中的物体 389

15.17.1 抗磁性 391

15.17.2 顺磁性 391

15.17.3 铁磁性 391

15.17.4 反铁磁性 392

15.17.5 铁氧体磁性 393

15.18 交界面上的磁场 393

15.19 感应 394

15.19.1 运动感应 394

15.19.2 变压器感应 396

15.20 自感 397

15.20.1 电感的串联 397

15.20.2 电感的并联 398

15.20.3 某些简单形状导体的电感 398

15.20.4 磁导 400

15.21 互感 400

15.21.1 变压器 401

15.22 磁场的能量和能量密度 403

15.23 麦克斯韦方程 405

15.23.1 位移电流 406

15.23.2 电磁波 407

15.23.3 坡印亭矢量 407

16 在电机工程中的应用 409

16.1 直流电路 410

16.1.1 直流电路的基尔霍夫定律 411

16.1.2 直流电路中的电阻器 411

16.1.3 实际电压源 413

16.1.4 直流电路中的功率和能量 415

16.1.5 功率转移匹配 416

16.1.6 电流和电压的测量 417

16.1.7 补偿法测定电阻 418

16.1.8 电容器的充电和放电 419

16.1.9 RL电路中电流的接通与断开 420

16.2 交流电路 422

16.2.1 交变量 422

16.2.2 正弦型量在复数矢量图中的表示 425

16.2.3 复数矢量的运算法则 427

16.2.4 交流电工程的基本概念 430

16.2.5 交流电路中的基本元件 437

16.2.6 电阻和电容的串联 441

16.2.7 电阻和电容的并联 442

16.2.8 电阻和电感的并联 443

16.2.9 电阻和电感的串联 444

16.2.10 串联共振电路 445

16.2.11 并联共振电路 447

16.2.12 串联和并联的等效性 449

16.2.13 无线电波 450

16.3 电机 452

16.3.1 基本工作原理 452

16.3.2 直流电机 453

16.3.3 三相电机 455

17 液体、气体和真空中的电流 459

17.1 电解 459

17.1.1 物质的量 459

17.1.2 离子 459

17.1.3 电极 460

17.1.4 电解质 460

17.1.5 伏打电池 464

17.1.6 电动力作用 466

17.2 气体中的电流 467

17.2.1 受激放电 467

17.3 电子发射 471

17.3.1 热发射 472

17.3.2 光致发射 472

17.3.3 场致发射 473

17.3.4 二次电子发射 473

17.4 电子管 474

17.4.1 二极管 475

17.4.2 三极管 475

17.4.3 四极管 477

17.4.4 阴极射线 478

17.4.5 沟道射线 478

18 等离子体物理 479

18.1 等离子体的性质 479

18.1.1 等离子体参数 479

18.1.2 等离子体辐射 486

18.1.3 磁场中的等离子体 486

18.1.4 等离子体波 489

18.2 等离子体的产生 492

18.2.1 等离子体的加热生成 492

18.2.2 用压缩法生成等离子体 492

18.3 应用等离子体进行能量生产 494

18.3.1 磁流体发电机 494

18.3.2 核聚变反应 495

18.3.3 惯性约束的核聚变 498

电学与等离子体物理公式中使用的符号 499

19 电学有关表格 501

19.1 金属与合金 501

19.1.1 电阻率 501

19.1.2 电化学势系列 505

19.2 电介质 507

19.3 电工技术常用表 514

19.4 磁性质 516

19.5 铁磁体性质 518

19.5.1 磁的各向异性 520

19.6 铁淦氧 522

19.7 反铁磁体 523

19.8 离子迁移率 524

第四篇 热力学 525

20 平衡和状态变量 525

20.1 系统，相和平衡 525

20.1.1 系统 525

20.1.2 相 527

20.1.3 平衡 527

20.2 热力学状态变量 529

20.2.1 基本概念 529

20.2.2 温度 532

20.2.3 压强 537

20.2.4 粒子数、物质量和阿伏伽德罗常量 540

20.2.5 熵 543

20.3 热力学势 544

20.3.1 最大熵原理-最小能量原理 544

20.3.2 作为势的内能 545

20.3.3 作为热力学势的熵 546

20.3.4 自由能 547

20.3.5 焓 548

20.3.6 自由焓 551

20.3.7 麦克斯韦关系 552

20.3.8 热力学稳定性 553

20.4 理想气体 554

20.4.1 玻意耳定律 554

20.4.2 盖吕萨克定律 555

20.4.3 状态方程式 556

20.5 理想气体动理学理论 557

20.5.1 压强和温度 557

20.5.2 麦克斯韦-玻尔兹曼分布 559

20.5.3 自由度 560

20.5.4 均分定律 561

20.5.5 输运过程 562

20.6 状态方程 564

20.6.1 理想气体的状态方程 564

20.6.2 实际气体的状态方程 569

20.6.3 液体和固体的状态方程 575

21 热，能量转换和状态变化 579

21.1 能量形式 579

21.1.1 能量单位 579

21.1.2 功 580

21.1.3 化学势 581

21.1.4 热 582

21.2 能量转换 583

21.2.1 等值能量向热能的转换 584

21.2.2 热能向其他形式能量的转换 587

21.2.3 可转换能与不可转换能 588

21.3 热容 589

21.3.1 总热容 589

21.3.2 摩尔热容 590

21.4 比热容 592

21.5 状态变化 596

21.5.1 可逆和不可逆过程 596

21.5.2 等温过程 597

21.5.3 等压过程 599

21.5.4 等容过程（等体积过程） 600

21.5.5 绝热（等熵）过程 601

21.5.6 多方过程 602

21.5.7 平衡态 604

21.6 热力学定律 604

21.6.1 热力学第零定律 605

21.6.2 热力学第一定律 605

21.6.3 热力学第二定律 608

21.6.4 热力学第三定律 609

21.7 卡诺循环 609

21.7.1 热温熵 613

21.8 热力学机械 614

21.8.1 右手和左手过程 614

21.8.2 热泵和致冷机 615

21.8.3 斯特林循环 616

21.8.4 蒸汽机 617

21.8.5 开放系统 619

21.8.6 奥托和狄塞尔（Diesel）引擎 619

21.8.7 燃汽轮机 621

21.9 气体液化 622

21.9.1 低温的产生 622

21.9.2 焦耳-汤姆孙效应 623

22 相变，反应和热平衡 626

22.1 相和聚集态 626

22.1.1 相 626

22.1.2 聚集态 626

22.1.3 聚集态的转变 627

22.1.4 蒸气 628

22.2 相变的分类 630

22.2.1 一级相变 630

22.2.2 二级相变 631

22.2.3 λ相变 632

22.2.4 相共存区 632

22.2.5 临界指数 633

22.3 相变与范德瓦耳斯气体 634

22.3.1 相平衡 634

22.3.2 麦克斯韦等面积法则 634

22.3.3 延迟沸腾和延迟凝结 637

22.3.4 对应态定理 637

22.4 相变的例子 638

22.4.1 磁的相变 638

22.4.2 有序-无序相变 639

22.4.3 晶体结构的变化 639

22.4.4 液晶 641

22.4.5 超导性 641

22.4.6 超流动性 642

22.5 多成分气体 642

22.5.1 分压强和道尔顿定律 643

22.5.2 欧拉方程和吉布斯-杜汉姆（Gibbs-Duhem）关系 644

22.6 多相系统 645

22.6.1 相平衡 645

22.6.2 吉布斯相法则 646

22.6.3 克劳修斯-克拉珀龙方程 647

22.7 溶液的蒸气压 648

22.7.1 拉乌尔定律 648

22.7.2 沸点的升高与凝固点的下降 648

22.7.3 亨利-道尔顿定律 650

22.7.4 蒸汽-空气混合物（湿空气） 650

22.8 化学反应 655

22.8.1 化学计量学 655

22.8.2 化学反应的相律 657

22.8.3 质量作用定律 657

22.8.4 pH和可溶性产物 659

22.9 温度的平衡 661

22.9.1 两系统的混合温度 661

22.9.2 过程的可逆和不可逆导向 662

22.10 热传递 663

22.10.1 热流量 663

22.10.2 热传递 664

22.10.3 热传导 666

22.10.4 热阻 671

22.10.5 热传输 673

22.10.6 热辐射 678

22.10.7 辐射的沉积 678

22.11 热与质量的传输 680

22.11.1 傅里叶定律 680

22.11.2 连续性方程 681

22.11.3 热传导方程 682

22.11.4 斐克定律和扩散方程 683

22.11.5 热传导方程和扩散方程的解 684

热力学公式中使用的符号 685

23 热力学表 687

23.1 各种特征温度 687

23.2 真实气体的特征参数 697

23.3 材料的热性质 699

23.4 热的传输 706

23.5 实用修正数据 707

23.6 液体低温浴槽 712

23.7 脱水剂 713

23.8 蒸气压 713

23.9 比焓 716

23.10 气体的扩散 719

23.11 液体中的扩散 721

23.12 固体的扩散 722

第五篇 量子物理 734

24 光子——电磁辐射和光量子 734

24.1 热辐射，普朗克辐射定律 734

24.2 光电效应 736

24.3 康普顿效应 738

25 物质波——粒子的波动力学 740

25.1 物质粒子的波特性 740

25.2 海森伯不确定度关系 741

25.3 薛定谔方程 742

25.3.1 谐振子 745

25.3.2 泡利原理 746

26 原子和分子物理 747

26.1 氢原子 747

26.1.1 玻尔假设 748

26.2 量子数 749

26.3 光谱学和光谱 750

26.4 多电子系统 756

26.5 在外场中的原子和电子 759

26.6 元素周期表 762

26.7 光子、原子、分子的相互作用 764

26.7.1 自发和受激发射 764

26.7.2 分子光谱 766

26.8 X射线 768

26.8.1 X射线的应用 769

27 基本粒子物理——标准模型 771

27.1 相互作用的统一 771

27.1.1 标准模型 771

27.1.2 场量子或规范玻色子 774

27.1.3 费米子和玻色子 776

27.2 轻子，夸克，矢量玻色子 777

27.2.1 轻子 777

27.2.2 夸克 778

27.2.3 强子 780

27.2.4 加速器和探测器 786

27.3 对称性和守恒定律 788

27.3.1 宇称守恒和弱相互作用 788

27.3.2 荷守恒和对产生 789

27.3.3 荷共轭和反粒子 790

27.3.4 时间反演不变性和逆反应 791

27.3.5 守恒定律和物理原因 791

27.3.6 超出标准模型 792

28 核物理 794

28.1 原子核的组成 794

28.1.1 核半径和结合能 796

28.1.2 核反应和Q值 799

28.1.3 核模型和基态 800

28.1.4 壳模型 801

28.1.5 集体模型 802

28.2 守恒律和核反应 802

28.2.1 反应道 803

28.2.2 动量守恒和反应运动学 804

28.2.3 角动量守恒 805

28.2.4 散射过程和截面 806

28.2.5 复合核反应 808

28.2.6 直接反应 810

28.2.7 在库仑势垒处的重离子反应 810

28.2.8 核裂变 812

28.3 放射性衰变 815

28.3.1 衰变律 815

28.3.2 α衰变 818

28.3.3 集团衰变模型 820

28.3.4 β衰变 820

28.3.5 γ衰变 822

28.4 核反应堆 823

28.4.1 反应堆的类型 824

28.5 核聚变 826

28.6 辐射与物质的相互作用 828

28.6.1 电离化粒子 828

28.6.2 γ辐射 830

28.7 剂量学 832

28.7.1 剂量测量的方法 836

28.7.2 环境放射性 838

29 固体物理 841

29.1 固体结构 841

29.1.1 晶体结构 842

29.1.2 布拉维格子 844

29.1.3 结构分析方法 848

29.1.4 晶体的键合 851

29.2 晶体缺陷 855

29.2.1 点缺陷 855

29.2.2 一维缺陷 856

29.2.3 非晶体固体 858

29.3 材料的力学性质 859

29.3.1 高分子固体 860

29.3.2 复合材料 863

29.33 合金 864

29.3.4 液晶 866

29.4 声子与晶格振动 868

29.4.1 弹性波 868

29.4.2 声子的测量方法 869

29.4.3 声子与比热容 872

29.4.4 晶体的爱因斯坦模型 873

29.4.5 德拜模型 874

29.4.6 热传导 876

29.5 固体中的电子 877

29.5.1 自由电子气 878

29.5.2 能带模型 884

29.6 半导体 889

29.6.1 非本征传导 892

29.6.2 二极管 896

29.6.3 三极管 905

29.6.4 单极（场效应）晶体管 913

29.6.5 晶闸管 916

29.6.6 集成电路（IC） 919

29.6.7 运算放大器 922

29.7 超导性 929

29.7.1 超导的基本性质 929

29.7.2 高温超导体 934

29.8 磁性质 936

29.8.1 铁磁性 938

29.8.2 反铁磁性和铁氧体磁性 941

29.9 介电性质 942

29.9.1 介电体 942

29.9.2 铁电体 947

29.10 晶体的光学性质 949

29.10.1 光致导电性 951

29.10.2 发光 952

29.10.3 光电子特性 953

量子物理公式中使用的符号 956

30 量子物理篇附表 959

30.1 电离势 959

30.2 元素的原子和离子的半径 970

30.3 电子发射 973

30.4 X射线 978

30.5 核反应 979

30.6 辐射与物质的相互作用 980

30.7 霍尔效应 981

30.8 超导体 982

30.9 半导体 984

第六篇 附录 986

31 测量和测量误差 986

31.1 测量的描述 986

31.1.1 量和国际单位制（SI） 986

31.2 误差理论和统计学 989

31.2.1 误差的种类 989

31.2.2 系列测量的平均值 991

31.2.3 离散 993

31.2.4 频率分布 994

31.2.5 可靠性 996

31.3 矢量运算 998

31.3.1 矢量 998

31.3.2 矢量的相加和相减 999

31.3.3 矢量相乘 1000

32 国际单位制（SI）表格 1003

SI单位制物理常数 1011

索引 1013

元素周期表 1041