大学物理学PDF电子书下载

绪论 1

0-1 物理学研究的对象 1

一、什么是物理学 1

二、物理学的划分 2

0-2 物理量的测量和单位制 3

0-3 物理世界的层次和数量级 3

第一篇 力学与相对论 7

第1章 质点运动学 7

1-1 质点运动的描述 7

一、质点坐标系和参考系 7

二、质点运动的矢量描述 8

三、常用的几种坐标 11

四、运动学的基本问题 14

五、运动的合成和分解 15

1-2 相对运动 17

一、相互作平动的两个参考系 17

二、相互作转动的两个参考系 18

习题 19

第2章 质点动力学 23

2-1 牛顿运动定律 24

一、牛顿定律的表述、相互关系及适用范围 24

二、研究物理量的基本方法 24

2-2 牛顿定律的应用 27

一、惯性质量、动量与惯性力 27

二、伽利略变换和伽利略相对性原理 30

三、力对时间的积累——力的冲量和动量定理 30

四、力对空间的积累——力的功和动能定理 32

五、保守力与势能关系、机械能守恒定律及势能曲线 35

2-3 对称性和守恒律的应用 38

一、碰撞问题 38

二、各种碰撞举例 40

三、哈密顿原理、对称性和稳定性 42

2-4 综合训练 45

习题 47

第3章 刚体力学 53

3-1 刚体模型 53

一、刚体的受力特征 53

二、刚体的运动特征 54

三、刚体的质心 54

四、刚体绕定轴转动 55

五、转动惯量及计算 56

3-2 角运动与线运动的对称性 58

一、刚体的功和能 58

二、角动量守恒 60

三、刚体的平面平行运动 61

四、回转仪 62

习题 65

第4章 振动和波 67

4-1 简谐振动 67

一、简谐振动的定义 68

二、简谐振动的描述方法 68

三、简谐振动的合成 69

4-2 自由振动、阻尼振动和强迫振动 71

一、振动方程的求解 71

二、研究实例 73

4-3 机械波的基本概念、简谐波 75

一、沿直线传播的简谐波 76

二、平面和球面简谐波 76

4-4 简谐波的波动方程 77

一、运动学方法 77

二、动力学方法 77

三、冲击波 78

4-5 叠加原理和驻波 80

一、叠加原理 80

二、驻波 81

习题 84

第5章 相对论 89

5-1 狭义相对论的基本假设 90

一、相对性原理 90

二、光速不变原理 91

5-2 时空观与时空几何 92

一、牛顿的时空观 92

二、狭义相对论的时空观 93

三、世界图和世界线 95

5-3 相对论效应 96

一、闵可夫斯基时空中的校准双曲线 97

二、同时性的相对性 98

三、时间延缓与长度收缩 98

四、速度变换 100

五、双生子佯谬 100

5-4 洛伦兹不变性与相对论力学 102

一、光速的作用 102

二、相对论力学 103

三、相对论的应用 105

四、洛伦兹变换下的不变性 105

5-5 广义相对论 106

一、黎曼几何 106

二、等效原理和广义相对性原理 107

三、弯曲时空中的瞬时惯性系 108

习题 108

第二篇 电磁学与量子论 113

第6章 静电场 113

6-1 矢量场 113

一、流量、通量与总场线根数 114

二、环量 114

6-2 高斯定理 115

一、电荷 115

二、库仑定律 116

三、叠加原理 117

四、电场强度及其叠加 117

五、电位移、E通量和高斯定理 119

6-3 电势 123

一、电场力的功和电势 123

二、电场强度与电势的关系 125

三、泊松方程和拉普拉斯方程 125

四、电场线和等势线 125

6-4 导体与电介质 127

一、静电场中的导体 127

二、电场中的电介质 129

三、电容和电容器 133

四、电场的能量 134

习题 136

第7章 电流与磁场 143

7-1 电流 143

一、电流与电流强度 143

二、电流密度 144

三、电流连续性方程 144

四、欧姆定律 145

五、电流的功、焦耳定律 146

7-2 电流的磁场 147

一、电流元和电流的磁矩 148

二、毕奥—萨伐尔定律 148

三、磁感应强度B 149

7-3 磁场及磁场力的计算 151

一、无限长载流直导线的磁场 151

二、环形电流中心轴线上的磁场 151

三、均匀磁场中载流导线所受的力 152

四、磁场对运动电荷的作用力 152

7-4 磁场强度、安培环路定律 154

一、安培环路定律 155

二、安培环路定律的应用 155

7-5 磁介质、介质中的磁场 156

一、磁介质 156

二、磁化强度矢量 158

三、磁感应强度、磁场强度、磁化强度之间的关系 158

四、铁磁质 159

习题 163

第8章 麦克斯韦方程组与电磁场 167

8-1 电磁感应 167

一、电磁感应定律 167

二、动生电动势和感生电动势 169

三、自感与互感 172

四、磁场的能量 173

8-2 麦克斯韦方程组 176

一、两个假设：涡旋电场和位移电流 176

二、麦克斯韦方程组 178

8-3 电磁波与电磁辐射 180

一、自由电磁波 180

二、电偶极子的辐射 180

三、电磁场的能量 181

四、电磁场的动量 182

习题 184

第9章 光的波动性 189

9-1 光波的叠加 189

一、惠更斯—菲涅耳原理 189

二、光程差法 190

三、半波带法 191

四、矢量法 192

五、积分法 194

9-2 光的偏振 197

一、偏振光与自然光 197

二、椭圆偏振光与旋光性 199

9-3 应用举例 201

一、光弹效应 201

二、电光效应 201

三、磁致旋光 203

习题 204

第10章 波函数与薛定谔方程 209

10-1 场与粒子的二象性 210

一、单光子干涉 210

二、光电效应 211

三、电子衍射 212

四、薛定谔猫 215

10-2 能量的定态和二能级原子模型 218

一、原子光谱及夫兰克—赫兹实验 218

二、原子定态与二能级模型 220

10-3 量子论的基本假设 223

一、波函数 223

二、薛定谔方程 227

三、力学量算符 228

四、全同粒子的不可区分原理 230

10-4 定态薛定谔方程 232

一、一维无限深势阱 232

二、一维方势阱 233

习题 234

第11章 原子与激光 237

11-1 氢原子的能级和能量本征函数 237

一、能量的本征方程、本征值和本征态 237

二、对应原理、态叠加原理及稳定性 241

11-2 简并性破除与量子激光 243

一、简并对称性的破除 243

二、量子激光 245

11-3 原子囚禁 247

习题 249

第12章 量子效应与物质结构 251

12-1 固体的能带 251

一、能隙与布里渊区 251

二、金属、半导体和绝缘体的能带结构 252

12-2 量子隧道效应 253

一、单电子隧道效应 254

二、双电子隧道效应 254

三、二极管隧道效应 255

12-3 量子干涉效应 257

一、COW相移 257

二、A-B效应 257

12-4 量子非定域性 259

12-5 物质结构、幻数及手征性 261

一、物质结构与幻数 261

二、物质结构的手征性 266

习题 268

第三篇 热物理学与非线性现象 273

第13章 宏观热物理学 273

13-1 温度与热力学第一定律 273

一、平衡态与热力学过程 273

二、热力学第零定律 274

三、热力学第一定律 275

13-2 热力学第二定律和熵增加原理 280

一、卡诺循环 280

二、热力学第二定律 281

三、熵增加原理 285

四、热力学第三定律 288

习题 289

第14章 微观热物理学 293

14-1 玻耳兹曼方程与等概率原理 293

一、相空间、宏观态和微观态 293

二、玻耳兹曼方程 295

14-2 麦克斯韦—玻耳兹曼分布函数 298

一、麦—玻分布 298

二、统计平均值 300

三、宏观量与微观量的统计平均值 302

14-3 各种统计分布 305

一、概率分布和统计平均法 305

二、各种统计分布 306

14-4 信息熵 308

一、信息与信息量 308

二、信息熵 309

三、信息熵与热熵 309

四、信息熵与统计熵 310

14-5 偏离平衡态 311

一、输运过程 311

二、开放系统与自组织现象 312

三、相变及其分类 313

14-6 临界现象 315

一、气液相变的临界现象 315

二、气液相变以外的连续相变现象 317

习题 319

第15章 非线性现象——混沌与分形 322

15-1 洛伦茨的不可预见性 322

一、不可预见性 322

二、周期三意味着混沌 323

三、洛伦茨吸引子 324

15-2 菲根鲍姆常数 324

一、周期倍增与分叉现象 324

二、菲根鲍姆常数 326

15-3 单摆与倒摆（相空间微扰法） 328

一、单摆——从规则走向混沌 328

二、倒摆——从单稳态到双稳态的相变 329

15-4 布鲁塞尔振子 333

一、模型的建立 333

二、不动点及扰动的引入 334

三、稳定性讨论 334

15-5 李雅普诺夫指数 335

15-6 混沌同步控制 336

一、混沌同步控制 336

二、应用举例 338

15-7 分形物理 339

一、海岸线长度的测量 339

二、扩展对称性 340

三、伊辛模型和渗流模型 341

15-8 科学的世界观 342

一、来自宇宙学的启示 342

二、微观世界的法则 344

三、单摆的三相共存 344

习题 344

附录一 C语言的操作、计算、作图与模拟 348

附录二 矢量基础 359

附录三 java模型学件的说明 364

附录四 常用物理常数及单位 401

参考文献 403