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第1章 质点运动学 1

1.1 参考系 坐标系 质点模型 1

1.1.1 质点——理想化模型 1

1.1.2 参考系 1

1.1.3 坐标系 1

1.2 质点运动的描述 2

1.2.1 质点位置的描述 2

1.2.2 速度和速率 4

1.2.3 加速度 5

1.3 直线运动 运动学的两类问题 6

1.3.1 直线运动 6

1.3.2 运动学的两类问题 8

1.4 运动叠加原理 抛体运动 9

1.4.1 运动叠加原理 9

1.4.2 抛体运动 9

1.5 圆周运动 11

1.5.1 圆周运动的速度 11

1.5.2 圆周运动的加速度 12

1.5.3 圆周运动的角量描述 14

1.6 相对运动 17

本章小结 18

习题1 19

第2章 质点动力学 21

2.1 常见力 21

2.1.1 万有引力 重力 21

2.1.2 弹性力 22

2.1.3 摩擦力 22

2.2 牛顿运动定律及其应用 23

2.2.1 牛顿三大运动定律 23

2.2.2 牛顿运动定律的应用 25

2.3 非惯性系和惯性力 27

2.4 质点的动量定理 28

2.4.1 力的冲量 28

2.4.2 质点的动量 29

2.4.3 动量定理及其应用 29

2.5 质点系动量定理及动量守恒定律 31

2.5.1 质点系动量定理 31

2.5.2 动量守恒定律及其应用 32

2.5.3 火箭飞行原理 34

2.6 功 动能定理 35

2.6.1 功 35

2.6.2 质点动能定理 37

2.6.3 质点系动能定理 38

2.7 功能原理 机械能守恒定律 39

2.7.1 保守力的功 势能 39

2.7.2 质点系功能原理 41

2.7.3 机械能守恒定律 41

2.8 碰撞问题 43

2.8.1 完全弹性碰撞 43

2.8.2 完全非弹性碰撞 44

2.8.3 非完全弹性碰撞 45

本章小结 45

习题2 46

第3章 刚体的定轴转动 50

3.1 刚体定轴转动的描述 50

3.1.1 刚体 50

3.1.2 刚体的运动形式 50

3.1.3 刚体定轴转动的描述 51

3.2 刚体定轴转动定律 转动惯量 52

3.2.1 力矩 52

3.2.2 转动定律 53

3.2.3 转动惯量 53

3.3 转动定律的应用 55

3.4 转动动能定理 57

3.4.1 力矩的功 57

3.4.2 转动动能 58

3.4.3 转动动能定理 58

3.5 角动量定理 角动量守恒定律 60

3.5.1 力矩的冲量矩 60

3.5.2 角动量 60

3.5.3 角动量定理 61

3.5.4 角动量守恒定律 61

本章小结 63

习题3 64

第4章 机械振动 68

4.1 简谐振动 68

4.1.1 简谐振动 68

4.1.2 简谐振动的动力学特征 68

4.1.3 简谐振动的运动学特征 69

4.2 描述简谐振动的物理量 69

4.2.1 振幅 69

4.2.2 周期和频率 70

4.2.3 相位和相位差 70

4.2.4 振幅和初相位的求法 71

4.3 简谐振动的描述方法 72

4.3.1 解析法 72

4.3.2 振动曲线（x-t曲线）法 72

4.3.3 旋转矢量图示法 74

4.3.4 旋转矢量图的应用 75

4.4 简谐振动的能量 77

4.4.1 简谐振动系统的动能 77

4.4.2 简谐振动系统的势能 78

4.4.3 简谐振动系统的总能量 78

4.5 阻尼振动 受迫振动 共振 79

4.5.1 阻尼振动 79

4.5.2 受迫振动 80

4.5.3 共振 80

4.6 简谐振动的合成 81

4.6.1 沿同一直线、相同频率的两个简谐振动的合成 81

4.6.2 沿同一直线、不同频率的两个简谐振动的合成 84

4.6.3 两个同频率垂直振动的合成 87

4.6.4 两个不同频率垂直振动的合成 88

本章小结 89

习题4 89

第5章 机械波 93

5.1 机械波的产生和传播 93

5.1.1 机械波产生的条件和种类 93

5.1.2 波动的几何描述 94

5.1.3 波动过程的物理本质 96

5.1.4 描述波动的物理量 97

5.2 平面简谐波表达式的建立与意义 99

5.2.1 平面简谐波表达式的建立 99

5.2.2 波动表达式的物理意义 102

5.3 波的能量 103

5.3.1 波的能量 103

5.3.2 波的能量密度 104

5.3.3 波的能流及能流密度 105

5.4 声波 106

5.5 波的叠加原理 波的干涉 107

5.5.1 波的叠加原理 107

5.5.2 波的干涉 108

5.6 驻波 110

5.6.1 驻波的产生 110

5.6.2 驻波的表达式 111

5.6.3 驻波的特征 111

5.6.4 半波损失 111

5.7 多普勒效应 112

本章小结 114

习题5 115

第6章 气体动理论 118

6.1 热力学系统 平衡态 理想气体状态方程 118

6.1.1 热力学系统 118

6.1.2 平衡态和状态参量 118

6.1.3 理想气体状态方程 120

6.2 理想气体的压强公式 121

6.2.1 理想气体微观模型 121

6.2.2 理想气体压强公式 122

6.3 理想气体的温度公式 124

6.3.1 理想气体温度公式 124

6.3.2 气体分子的方均根速率 125

6.4 能量按自由度均分定理 理想气体内能 125

6.4.1 自由度 126

6.4.2 能量按自由度均分定理 126

6.4.3 理想气体的内能 127

6.5 麦克斯韦速率分布律 128

6.5.1 速率分布和分布函数 129

6.5.2 麦克斯韦速率分布函数 130

6.5.3 三种速率 130

6.6 分子的平均碰撞频率和平均自由程 132

6.6.1 平均碰撞频率 132

6.6.2 平均自由程 133

6.7 玻耳兹曼分布 134

6.7.1 玻耳兹曼分布律 134

6.7.2 重力场中微粒按高度分布规律 135

6.7.3 气压公式 135

本章小结 135

习题6 136

第7章 热力学基础 138

7.1 准静态过程 功 138

7.1.1 准静态过程 138

7.1.2 功 139

7.2 热量 热力学第一定律 140

7.2.1 热量 140

7.2.2 热力学第一定律 140

7.3 理想气体的等值过程 141

7.3.1 等体过程 141

7.3.2 等压过程 142

7.3.3 等温过程 143

7.4 气体的摩尔热容 144

7.4.1 热容 摩尔热容 144

7.4.2 理想气体的摩尔热容 145

7.5 绝热过程 147

7.5.1 绝热过程的特征 147

7.5.2 绝热过程方程 绝热曲线 147

7.6 系统的循环过程 149

7.6.1 循环过程 149

7.6.2 正循环 热机效率 149

7.6.3 逆循环 制冷系数 153

7.7 热力学第二定律 熵 155

7.7.1 热力学第二定律 155

7.7.2 可逆过程和不可逆过程 157

7.7.3 卡诺定理 克劳修斯不等式 157

7.7.4 克劳修斯熵 158

7.7.5 熵增加原理 159

本章小结 160

习题7 161

第8章 静电场 164

8.1 电荷 库仑定律 164

8.1.1 电荷 164

8.1.2 库仑定律 165

8.2 电场 电场强度 166

8.2.1 电场 166

8.2.2 电场强度 166

8.2.3 点电荷电场的电场强度 167

8.2.4 电场强度叠加原理 168

8.2.5 连续分布电荷的电场场强 169

8.3 电通量 静电场中的高斯定理 170

8.3.1 电场线 171

8.3.2 电场强度通量 171

8.3.3 静电场中的高斯定理 172

8.3.4 高斯定理的物理意义 174

8.4 高斯定理的应用 174

8.5 静电场中的环路定理 电势 177

8.5.1 静电场力的功 静电场环路定理 177

8.5.2 电势能 电势 178

8.5.3 电势的计算 179

8.6 电场强度与电势的关系 180

8.6.1 等势面 电场线和等势面的关系 180

8.6.2 电场强度和电势的关系 181

8.7 静电场中的导体 183

8.7.1 静电场中的导体 183

8.7.2 导体对静电场的影响 184

8.7.3 静电屏蔽及其应用 186

8.8 电容器及其电容 188

8.8.1 导体及电容器的电容 188

8.8.2 平板电容器的能量 189

8.8.3 电容器的串联和并联 191

8.9 静电场中的电介质 192

8.9.1 静电场中的电介质 192

8.9.2 电介质中的静电场 193

8.9.3 静电场的能量 194

本章小结 195

习题8 196

第9章 基本电路分析 200

9.1 电路的基本物理量 200

9.1.1 电流 200

9.1.2 电压与电动势 201

9.1.3 欧姆定律、电阻和电导 201

9.1.4 电阻率、电导率和超导 201

9.1.5 直流电路中的功率 202

9.2 基尔霍夫定律及其应用 203

9.2.1 复杂电路 203

9.2.2 基尔霍夫电流定律 203

9.2.3 基尔霍夫电压定律 204

9.2.4 电路中各点电势的计算 205

9.2.5 基尔霍夫定律的应用 206

9.3 复杂电路分析 208

9.3.1 利用基尔霍夫定律分析 208

9.3.2 利用等效电路变换分析 209

9.4 正弦交流电的基本特征 210

9.4.1 周期、频率 211

9.4.2 瞬时值、最大值和有效值 211

9.4.3 相位和相位差 212

9.4.4 正弦交流电矢量图解法 213

9.4.5 正弦量的复数表示 215

9.4.6 复阻抗、交流电路的欧姆定律 215

9.5 电阻、电感、电容单一参数的正弦交流电路 216

9.5.1 纯电阻元件的正弦电路 217

9.5.2 纯电感元件的正弦电路 217

9.5.3 纯电容元件的正弦电路 219

9.5.4 电阻、电感、电容串联的正弦交流电路 221

9.5.5 电阻、电感、电容并联的正弦交流电路 223

9.6 电路的谐振 225

9.6.1 串联谐振 225

9.6.2 并联谐振 227

9.7 交流电路的功率与功率因数 229

9.7.1 纯电阻电路中的功率 229

9.7.2 纯电感电路中的功率 230

9.7.3 纯电容电路中的功率 230

9.7.4 电路中含电阻、电感、电容的普遍情况 231

9.7.5 功率因数 233

本章小结 235

习题9 237

第10章 稳恒磁场 243

10.1 磁感应强度 磁场的高斯定理 243

10.1.1 磁场 磁感应强度 243

10.1.2 磁感应线 磁通量 244

10.1.3 磁场中的高斯定理 246

10.2 毕奥-萨伐尔定律 247

10.2.1 磁场叠加原理 247

10.2.2 毕奥-萨伐尔定律 247

10.2.3 毕奥-萨伐尔定律的应用 248

10.3 安培环路定理及其应用 251

10.3.1 安培环路定理 251

10.3.2 安培环路定理的应用 252

10.4 磁场对运动电荷的作用 255

10.4.1 洛仑兹力 256

10.4.2 带电粒子在匀强磁场中的运动 256

10.4.3 带电粒子在非匀强磁场中的运动 259

10.5 磁场对载流导线的作用 260

10.5.1 安培定律 260

10.5.2 磁场对载流导线的作用 261

10.5.3 电流单位“安培”的定义 262

10.6 磁场对载流线圈的作用 263

10.7 磁介质中的磁场 264

10.7.1 磁介质及其分类 264

10.7.2 磁介质中的磁场 266

本章小结 267

习题10 268

第11章 电磁感应 271

11.1 电磁感应的基本定律 271

11.1.1 电磁感应现象 271

11.1.2 楞次定律 272

11.1.3 法拉第电磁感应定律 273

11.1.4 感应电流和感应电荷量 274

11.2 动生电动势和感生电动势 275

11.2.1 动生电动势 275

11.2.2 感生电动势 279

11.3 自感和互感 280

11.3.1 自感和自感电动势 280

11.3.2 互感和互感电动势 283

11.3.3 自感和互感之间的关系 285

11.4 磁场的能量 286

11.5 麦克斯韦方程组 287

11.6 电磁波 291

本章小结 292

习题11 293

第12章 光的干涉 296

12.1 光的相干性 296

12.1.1 普通光源的发光机制 296

12.1.2 相干光 297

12.1.3 相干光的获得方法 297

12.2 光程 光程差 298

12.2.1 光程 光程差 298

12.2.2 透镜的等光程性 299

12.2.3 反射光的相位突变和附加光程差 300

12.2.4 干涉加强和减弱的条件 301

12.3 杨氏双缝干涉 302

12.3.1 杨氏双缝干涉实验 302

12.3.2 其他几种双缝干涉实验 305

12.4 薄膜干涉 306

12.4.1 薄膜干涉中的光程差公式 306

12.4.2 等倾干涉 307

12.4.3 增反膜和增透膜 308

12.5 薄膜的等厚干涉 309

12.5.1 劈尖膜干涉 309

12.5.2 牛顿环干涉 312

12.6 迈克耳孙干涉仪 313

12.6.1 仪器的基本结构 314

12.6.2 干涉条纹 314

12.6.3 迈克耳孙干涉仪的优点及应用 315

本章小结 315

习题12 316

第13章 光的衍射 319

13.1 光的衍射现象 惠更斯-菲涅耳原理 319

13.1.1 光的衍射现象 319

13.1.2 惠更斯-菲涅耳原理 319

13.1.3 光衍射的分类 320

13.2 单缝的夫琅禾费衍射 320

13.2.1 实验装置 320

13.2.2 菲涅耳半波带法 321

13.2.3 单缝衍射图样的特点 322

13.3 衍射光栅 324

13.3.1 光栅 324

13.3.2 光栅衍射图样的特点 325

13.3.3 光栅应用——光栅光谱 328

13.4 圆孔的夫琅禾费衍射 光学仪器的分辨率 328

13.4.1 圆孔的夫琅禾费衍射 328

13.4.2 光学仪器的分辨本领 329

本章小结 331

习题13 331

第14章 光的偏振 333

14.1 自然光和偏振光 333

14.1.1 波的偏振性 333

14.1.2 自然光 333

14.1.3 偏振光 334

14.2 起偏和检偏 马吕斯定律 335

14.2.1 偏振片的起偏 335

14.2.2 偏振片的检偏 336

14.2.3 马吕斯定律 336

14.3 反射和折射时光的偏振 338

14.3.1 反射和折射时光的偏振 338

14.3.2 布儒斯特定律 338

14.4 光的双折射现象 340

14.4.1 光的双折射现象 340

14.4.2 双折射现象的应用 341

本章小结 343

习题14 343

第15章 狭义相对论 345

15.1 力学相对性原理 经典力学时空观 345

15.1.1 力学相对性原理 345

15.1.2 经典力学时空观 346

15.1.3 经典力学在高速领域遇到的困难 347

15.2 狭义相对论基本原理 洛仑兹变换 347

15.2.1 狭义相对论基本原理 348

15.2.2 洛仑兹坐标变换 348

15.2.3 洛仑兹速度变换 350

15.3 狭义相对论的时空观 351

15.3.1 同时的相对性 351

15.3.2 时间间隔的相对性——时间膨胀 351

15.3.3 空间间隔的相对性——长度收缩 352

15.4 狭义相对论的动力学基础 354

15.4.1 相对论动量 质量和速率关系 354

15.4.2 相对论动力学基础方程 355

15.4.3 相对论动能 质能关系 355

15.4.4 动量和能量的关系 356

本章小结 357

习题15 358

第16章 量子物理初步 360

16.1 早期量子论 360

16.1.1 黑体辐射和普朗克量子假设 360

16.1.2 光电效应和光的量子性 362

16.1.3 康普顿散射 364

16.1.4 玻尔氢原子理论 367

16.2 量子力学简介 370

16.2.1 微观粒子的波粒二象性和不确定关系式 370

16.2.2 波函数及其统计解释 371

16.2.3 薛定谔方程 373

16.2.4 一维无限深势阱 374

本章小结 376

习题16 377

附录 378

附录A 基本物理常数 378

附录B 国际单位制（SI）单位 379

附录C 习题参考答案 380

参考文献 388