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绪论 1

第一篇 力学 9

第一章 质点运动学 9

1.1质点运动的描述 9

1.1.1位置矢量 9

1.1.2位移与路程 11

1.1.3速度与速率 12

1.1.4加速度 13

1.1.5运动学中的两类基本问题 14

1.2圆周运动 16

1.2.1圆周运动的角量描述 17

1.2.2圆周运动的速度与加速度 18

1.3相对运动 20

思考题与习题 22

阅读材料 机遇只偏爱有准备的人 26

第二章 牛顿运动定律 29

2.1牛顿运动定律 29

2.1.1牛顿第一定律 29

2.1.2牛顿第二定律 30

2.1.3牛顿第三定律 31

2.1.4力学中几种常见的力 31

2.2牛顿运动定律的应用 33

2.2.1知力求力——一般问题 33

2.2.2知运动求力——微分问题 35

2.2.3知力求运动——积分问题 35

2.3非惯性系与惯性力 38

2.3.1非惯性系 38

2.3.2惯性力 39

2.3.3超重与失重 39

2.3.4惯性离心力 科里奥利力 40

思考题与习题 41

阅读材料 牛顿 44

第三章 机械能守恒定律 47

3.1功与功率 47

3.1.1功 47

3.1.2功率 50

3.2动能定理 51

3.2.1质点的动能定理 51

3.2.2质点系的动能定理 52

3.3保守力与非保守力 势能 54

3.3.1保守力与非保守力 54

3.3.2势能 56

3.3.3保守力与势能的微分关系 57

3.3.4势能曲线 58

3.4功能原理与机械能守恒定律 59

3.4.1功能原理 59

3.4.2机械能守恒定律 60

思考题与习题 62

第四章 动量守恒定律 65

4.1动量定理 65

4.1.1质点的动量定理 65

4.1.2质点系的动量定理 68

4.2动量守恒定律 71

4.2.1动量守恒定律 71

4.2.2火箭的飞行原理 73

4.3质心与质心运动定理 74

4.3.1质心与质心位矢 74

4.3.2质心运动定理 76

4.4碰撞 76

4.4.1完全弹性碰撞 77

4.4.2完全非弹性碰撞 78

思考题与习题 78

阅读材料 运动的两种量度 81

第五章 刚体的定轴转动 角动量守恒定律 82

5.1刚体定轴转动的描述 83

5.1.1描述刚体定轴转动的物理量 83

5.1.2相关量间的关系 85

5.2质点的角动量及其守恒定律 86

5.2.1质点的角动量 86

5.2.2力矩的操作性定义 86

5.2.3质点的角动量定理与角动量守恒定律 87

5.3刚体的角动量与转动惯量 88

5.3.1刚体的角动量 88

5.3.2刚体的转动惯量 89

5.3.3刚体的角动量定理 90

5.3.4 M内=0的证明 91

5.4刚体的定轴转动定律 92

5.4.1转动定律的内容 92

5.4.2转动定律的应用 92

5.5刚体的角动量守恒定律 94

5.5.1角动量守恒定律的内容 94

5.5.2角动量守恒定律的应用 95

5.6转动刚体的功能关系飞轮 96

5.6.1力矩的功 96

5.6.2动能定理 97

5.6.3飞轮 98

5.7刚体的进动 98

5.7.1陀螺的进动 98

5.7.2陀螺仪的进动 100

5.8对称性与守恒律 101

5.8.1形体（几何）对称与物理对称 101

5.8.2对称性与守恒律 101

思考题与习题 103

阅读材料 分形与分维 107

第六章 液体的运动 109

6.1液体的概念及特性 109

6.1.1液体的概念 109

6.1.2表面张力 109

6.1.3毛细现象 110

6.2理想液体的运动 112

6.2.1理想液体的概念 112

6.2.2理想液体运（流）动的描述 112

6.3伯努利方程 114

6.3.1伯努利方程的导出 114

6.3.2伯努利方程的应用 116

6.4黏性液体的运动 117

6.4.1黏性定理与黏度 117

6.4.2黏性液体的伯努利方程 118

思考题与习题 119

第七章 狭义相对论基础 121

7.1狭义相对论的两条基本原理 121

7.1.1伽利略变换与经典力学的相对性原理 121

7.1.2经典力学的时空观及其困惑 123

7.1.3迈克耳孙-莫雷实验 123

7.1.4狭义相对论的两条基本原理 125

7.2洛伦兹变换 126

7.2.1洛伦兹坐标变换 126

7.2.2洛伦兹坐标变换公式的推导 128

7.2.3洛伦兹速度变换 129

7.3狭义相对论的时空观 130

7.3.1同时性的相对性 130

7.3.2时间的相对性——时间延缓效应 131

7.3.3长度的相对性——长度收缩效应 132

7.3.4高速运动物体的测量形象与视觉形象 133

7.4相对论动力学基础 134

7.4.1质速关系——高速运动物体的质量 134

7.4.2质速关系的证明 135

7.4.3相对论动力学的基本方程——高速运动物体的动量 135

7.4.4质能关系——高速运动物体的能量 136

7.4.5能量动量关系——相对论动量的另一种表示 138

思考题与习题 138

阅读材料 爱因斯坦 140

第二篇 电磁学 147

第八章 真空中的静电场 147

8.1电荷 库仑定律 147

8.1.1电荷 147

8.1.2库仑定律 148

8.2电场强度 150

8.2.1电场 150

8.2.2电场强度 151

8.2.3几种带电体的场强 151

8.2.4场强的计算 153

8.3高斯定理 157

8.3.1电场线 157

8.3.2电场强度通量 158

8.3.3静电场的高斯定理 160

8.4静电场的环路定理 电势能 165

8.4.1静电场力的功 165

8.4.2静电场的环路定理 166

8.4.3电势能 166

8.5电势 167

8.5.1电势的概念 167

8.5.2几种带电体的电势 168

8.5.3电势的计算 169

8.6电场与电势的微分关系 171

8.6.1等势面 171

8.6.2电势梯度——电场与电势的微分关系 172

思考题与习题 173

阅读材料 静电的应用、危害与事故防范 176

第九章 静电场与导体和电介质的相互作用 179

9.1静电场与导体的相互作用 179

9.1.1导体的静电平衡 179

9.1.2静电平衡导体的电学特性 180

9.1.3静电屏蔽 183

9.2电容 183

9.2.1孤立导体的电容 184

9.2.2电容器的电容 184

9.2.3电容器电容的计算 185

9.3静电场与电介质的相互作用 187

9.3.1电介质的极化 187

9.3.2 介质极化的描述 188

9.3.3电介质对电场的影响 190

9.4有电介质存在时的静电场 191

9.4.1电介质中的高斯定理 电位移矢量 191

9.4.2利用介质中的高斯定理求场强 192

9.4.3电介质中的环路定理 194

9.4.4电场的边界条件 195

9.5电场的能量 196

9.5.1电容器的储能 196

9.5.2电场的能量 196

思考题与习题 198

阅读材料 铁电体及其应用 201

第十章 恒定电流的磁场 203

10.1恒定电流 203

10.1.1电流与电流密度 203

10.1.2恒定电流与恒定电场 206

10.1.3电动势 206

10.2磁场 磁感应强度 207

10.2.1磁场 207

10.2.2磁感应强度 208

10.3毕奥-萨伐尔定律 209

10.3.1磁场叠加原理 209

10.3.2毕奥-萨伐尔定律 209

10.3.3利用毕奥-萨伐尔定律求磁场 210

10.3.4利用毕奥-萨伐尔定律导出运动电荷的磁场公式 214

10.4恒定磁场的高斯定理 214

10.4.1磁感应线 214

10.4.2磁通量 215

10.4.3恒定磁场的高斯定理 216

10.5恒定磁场的安培环路定理 217

10.5.1安培环路定理 217

10.5.2安培环路定理的证明 218

10.5.3安培环路定理的应用 219

思考题与习题 222

阅读材料 物理学中的类比法 226

第十一章 磁场对电流和运动电荷的作用 228

11.1安培定律 228

11.1.1安培定律的内容 228

11.1.2安培定律的应用 229

11.2磁场对载流线圈的作用 231

11.2.1磁场对载流线圈的作用 231

11.2.2载流线圈在均匀磁场中的转动 233

11.3洛伦兹力 234

11.3.1洛伦兹力 234

11.3.2带电粒子在均匀磁场中的运动 235

11.3.3带电粒子在均匀电场和磁场中的运动 239

11.3.4霍耳效应 239

思考题与习题 241

阅读材料 磁流体发电 245

第十二章 磁场与介质的相互作用 247

12.1介质的磁化 247

12.1.1磁化现象 247

12.1.2磁介质的分类 248

12.2有介质存在时的磁场 248

12.2.1磁化电流 介质中的磁场 248

12.2.2介质中的安培环路定理 磁场强度 249

12.2.3介质中磁场的计算 251

12.2.4有介质存在时的磁场高斯定理 252

12.2.5恒定磁场的边界条件 253

12.3物质的磁性 254

12.3.1物质的顺磁性 254

12.3.2物质的抗磁性 254

12.3.3物质的铁磁性 255

思考题与习题 258

第十三章 电磁感应 260

13.1电磁感应的基本定律 260

13.1.1楞次定律 260

13.1.2法拉第电磁感应定律 261

13.1.3感应电动势的计算 262

13.2动生电动势与感生电动势 264

13.2.1动生电动势 264

13.2.2感生电动势与感生电场 266

13.2.3感生（涡旋）电场概念的应用 269

13.3自感与互感 270

13.3.1自感 270

13.3.2互感 272

13.4磁场的能量 274

13.4.1螺线管储能 274

13.4.2磁场的能量 275

思考题与习题 276

阅读材料 法拉第 281

第十四章 电磁场与电磁波 284

14.1位移电流与全电流 284

14.1.1位移电流的概念 284

14.1.2全电流安培环路定理 286

14.2麦克斯韦方程组 287

14.2.1麦克斯韦方程组的积分形式 287

14.2.2麦克斯韦方程组的微分形式 288

14.3电磁波 290

14.3.1电磁波的产生与传播 290

14.3.2电磁波的波动方程 291

14.3.3电磁波的特性 291

14.3.4电磁波谱及其应用 292

14.4超导体的电磁特性 293

14.4.1零电阻效应 293

14.4.2零电场与恒磁场 293

14.4.3迈斯纳效应 294

14.4.4临界温度与临界磁场 294

14.5电磁场的相对性 295

思考题与习题 297

阅读材料 麦克斯韦 298

第十五章 电路 301

15.1直流电路 301

15.1.1含源及闭合电路的欧姆定律 301

15.1.2基尔霍夫定律 303

15.1.3直流电流的功与功率 305

15.2电路的暂态过程 305

15.2.1 RC电路的暂态过程 305

15.2.2 LR电路的暂态过程 306

15.3交流电路 308

15.3.1交流电路的概念及其描述 308

15.3.2交流电路的电流与电压的相位及相差 308

15.3.3交流电路的求解 310

15.3.4交流电路的功率 314

15.3.5三相交流电 316

15.4谐振电路 317

15.4.1串联谐振电路 317

15.4.2谐振电路的品质因数Q 318

思考题与习题 319

思考题与习题参考答案 321

附录 332

附录Ⅰ矢量 332

一、矢量的概念及特性 332

二、矢量的表示 332

三、矢量的运算 333

附录Ⅱ国际单位制（SI） 338

一、国际单位制的基本单位 338

二、包括SI辅助单位在内的具有专门名称的SI导出单位 339

三、国际单位制的词头 340

附录Ⅲ常用物理常量表 340

附录Ⅳ有关太阳、地球和月球的数据 342

附录Ⅴ希腊字母表 342