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第一章 质点运动学 1

1.1 自然界概述 2

1.2 矢量 4

1.3 质点运动的描述 6

1.4 一维运动 10

1.5 二维运动 15

物理学前沿：万物至理——超弦理论所描述的宇宙图像 31

第二章 质点动力学 33

2.1 力的概念和牛顿第一运动定律惯性参考系 33

2.2 惯性质量和牛顿第二运动定律 35

2.3 单位制和量钢 38

2.4 牛顿第三运动定律 43

2.5 工程技术中常见的几种力 45

2.6 万有引力定律 49

2.7 自然界的四种基本力 52

2.8 牛顿定律的应用 54

2.9 力学相对性原理 65

2.10 惯性力 68

物理学前沿：宇宙有限还是无限——夜里为什么天黑 78

第三章 动量 80

3.1 质心和质心运动定律 80

3.2 冲量和动量定律 86

3.3 质点系的动量 90

3.4 洞见平移对称性和动量守恒定律 93

3.5 火箭运动 98

评述：实践是检验真理的唯一标准·什么是物理学定律 103

第四章 功与能 105

4.1 恒力与变力所做的功 105

4.2 动能和动能定理 110

4.3 一对作用力与反作用力作功之和 117

4.4 保守力和非保守力、质点系的势能 119

4.5 保守力和势能之间的关系 123

4.6 质点系的机械能定理和机械能守恒 126

4.7 时间平移对称性和能量守恒定律 130

4.8 碰撞 132

物理学前沿：21世纪的新概念武器——动能武器和导弹防御系统(TMD与NMD) 144

5.1 力矩 146

第五章 角动量 146

5.2 质点的角动量 148

5.3 质点系的角动量 151

5.4 空间旋转对称性和角动量守恒定律 153

物理学前沿：人存原理 161

第六章 刚体的定轴转动 163

6.1 刚体的运动 163

6.2 刚体转动动力学 167

6.3 力矩的功和刚体定轴转动的动能定理 175

6.4 刚体定轴转动的角动量 178

6.5 有一个定点的对称重陀螺 180

物理学前沿：对称与不对称 187

7.1 简谐振动 193

第七章 振动 193

7.2 阻尼谐振动 207

7.3 受迫振动 210

7.4 简谐振动的合成 213

7.5 谐振分析 216

7.6 耦合振动 221

7.7 非线性振动和混沌现象 224

物理学前沿：什么是分岔 240

第八章 波动 241

8.1 描述波动的基本概念 241

8.2 简谐波 245

8.3 线性波动方程·孤子 248

8.4 波的功率 252

8.5 波的传播 257

8.6 波的叠加和干涉，驻波 260

8.7 复波 267

8.8 声波 269

8.9 多普勒效应 274

物理学前沿：1/f波动和情感工学 279

第九章 狭义相对论基础 282

9.1 狭义相对论产生的历史背景和实验基础 283

9.2 狭义相对论的基本原理和洛伦兹变换 286

9.3 相对论的时空理论 292

9.4 相对论动力学 296

9.5 广义相对论简介 306

物理学前沿：遨游宇宙，穷尽碧落非虚幻；纵横古今，时光倒流不是梦 311

第十章 温度 313

10.1 宏观描述与微观描述 313

10.2 温度和热力学第零定律 315

10.3 理想气体的宏观描述 317

物理学前沿：宇宙大爆炸 319

第十一章 气体动理论 322

11.1 理想气体的分子模型 322

11.2 能量按自由度均分定理 328

11.3 分子速率的分布 331

11.4 玻尔兹曼分布律 341

11.5 分子的平均自由程 346

11.6 气体内的输运现象 348

11.7 布朗运动 354

11.8 实际气体和范德瓦尔斯方程 356

物理学前沿：团簇物理和富勒烯 362

第十二章 热和热力学第一定律 365

12.1 传热于做功 366

12.2 内能和热力学第一定律 368

12.3 热容与焓 370

12.4 理想气体的绝热过程 375

12.5 循环过程和卡诺循环 379

物理学前沿：诺贝尔奖得主朱棣文的冷原子 389

第十三章 熵与热力学第二定律 393

13.1 热力学第二定律 393

13.2 热力学第二定律的统计意义 396

13.3 不可逆过程中的熵和熵增加原理 399

13.4 克劳修斯熵公式和热力学第二定律的最普遍表述 401

13.5 熵增加原理和能量“品位”的衰退 409

13.6 绝对零度与热力学第三定律 414

13.7 信息熵[1-5，43，53] 415

物理学前沿：让原子“齐声歌唱”——超冷原子的玻色-爱因斯坦凝聚 421

第十四章 静电场 423

14.1 电荷和物质 423

14.2 库仑定律 425

14.3 电场和电场强度 426

14.4 高斯定律及其应用 434

14.5 静电场的保守性和电势 443

14.6 电场强度和电势之间的关系，电势梯度 453

高级课题：矢量分析初步 461

第十五章 静电场中的导体和电介质 465

15.1 导体的静电特性 465

15.2 电容器和电容 470

15.3 电介质的静电特性 473

15.4 电介质中的高斯定律 480

15.5 静电场的能量 484

物理学前沿：能“看到”和处理单个原子的火眼金睛——扫描隧道显微镜(STM) 492

第十六章 稳恒电流 495

16.1 电荷的流动和电流密度 495

16.2 电阻和欧姆定律 499

16.3 电动势和基尔霍夫第二定律 502

16.4 电容器的充电与放电 506

物理学前沿：高温超导电性 511

第十七章 恒定磁场 513

17.1 磁场的描述 513

17.2 作用在载流导体上的磁力 516

17.3 磁场作用在电流回路上的力矩 518

17.4 电荷在电磁场中的运动 521

17.5 磁场的源 525

17.6 安培环路定律 532

17.7 磁通量和磁场的高斯定律 538

17.8 霍尔效应 539

物理学前沿：霍尔效应和磁流体发电 546

第十八章 物质的磁性 549

18.1 磁介质及其磁化 550

18.2 磁介质中的磁场 555

18.3 铁磁性 558

18.4 地球的磁场 561

物理学前沿：阿哈罗诺夫-玻姆效应 563

第十九章 电磁感应 566

19.1 法拉第感应定律 566

19.2 动生电动势 570

19.3 感生电动势和感应电场 574

19.4 电感 577

19.5 磁场的能量 582

物理学前沿：自然界的手征性 590

20.1 位移电流 593

第二十章 麦克斯韦方程组和电磁波 593

20.2 麦克斯韦方程组 597

20.3 电磁波 602

20.4 电磁振荡 611

20.5 电磁波的发射 614

20.6 电磁波谱 616

物理学前沿：21世纪的新概念武器——超强高频电磁脉冲发生器 618

第二十一章 波动光学 620

21.1 光的相干性 620

21.2 杨氏双缝实验 624

21.3 薄膜干涉 628

21.4 迈克耳孙干涉仪 634

21.5 光场的空间相干性和时间相干性 635

21.6 单缝衍射 638

21.7 衍射光栅 645

21.8 分辨率极限 650

21.9 X射线晶体衍射 651

21.10 光的偏振 652

21.11 全息术 659

物理学前沿：信息化社会的关键支柱——光电子技术 665

第二十二章 原子物理学的基本现象和量子观念 666

22.1 黑体辐射和普朗克常数 666

22.2 光电效应 672

22.3 康普顿散射 675

22.4 原子的大小和稳定性 677

物理学前沿：真空的秘密和赵忠尧所发现的电子对产生与湮没效应 686

第二十三章 量子力学基础 688

23.1 德布罗意波 689

23.2 不确定性原理和不确定性关系 694

23.3 薛定谔方程 698

23.4 薛定谔方程的应用 703

23.5 氢原子和元素周期表 710

23.6 全同粒子和量子统计法 717

23.7 激光 718

物理学前沿：量子计算机 725

第二十四章 凝聚态物质 727

24.1 金属的自由电子模型 727

24.2 固体的能带理论 734

24.3 半导体 738

物理学前沿：纳米世界 744

第二十五章 原子核 746

25.1 原子核的性质 746

25.2 核模型 750

25.3 放射性和核衰变 753

25.4 核反应 756

25.5 物质的基本构成基元 760

物理学前沿之一：核数据 763

物理学前沿之二：造一颗原子弹，难吗？ 765

参考文献 768

附录 771