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第1章 运动学 1

1.1 运动学的一些基本概念 1

1.1.1 参考系和坐标系 1

1.1.2 时间和空间的计量 1

1.1.3 质点和质点系 2

1.2 描述质点运动的基本物理量 2

1.2.1 位置矢量 2

1.2.2 运动方程 3

1.2.3 位移 3

1.2.4 速度 4

1.2.5 加速度 5

1.3 平面曲线运动 8

1.3.1 自然坐标系 8

1.3.2 质点作圆周运动时的切向加速度和法向加速度 9

1.3.3 一般平面曲线运动中的切向加速度和法向加速度 10

1.3.4 圆周运动的角量描述 10

1.3.5 角量和线量的关系 12

1.4 刚体运动学 15

1.4.1 刚体 平动和转动 15

1.4.2 刚体定轴转动的角量描述 16

1.5 相对运动 18

习题1 21

第2章 动力学 24

2.1 牛顿运动定律及其应用 24

2.1.1 牛顿第一定律 24

2.1.2 牛顿第二定律 24

2.1.3 牛顿第三定律 25

2.1.4 牛顿运动定律的适用范围 26

2.1.5 力学中常见的几种力 26

2.1.6 牛顿运动定律的应用 28

2.1.7 惯性系和非惯性系 32

2.1.8 伽利略变换 力学的相对性原理 32

2.2 功 保守力 势能 34

2.2.1 功 34

2.2.2 几种常见力的功 35

2.2.3 保守力和非保守力 37

2.2.4 功率 38

2.2.5 势能 38

2.3 动能定理 机械能守恒定律 40

2.3.1 动能定理 40

2.3.2 质点系的功能原理 42

2.3.3 机械能守恒定律 43

2.3.4 能量守恒定律 43

2.4 动量定理 动量守恒定律 45

2.4.1 动量 45

2.4.2 质点的动量定理 46

2.4.3 质点系的动力学方程 47

2.4.4 质点系的动量定理 47

2.4.5 动量守恒定律 49

2.4.6 碰撞 52

2.5 角动量定理 角动量守恒定律 54

2.5.1 角动量 54

2.5.2 质点的角动量定理 56

2.5.3 质点系的角动量定理 57

2.5.4 质点的角动量守恒定律 58

2.5.5 质点系的角动量守恒定律 60

2.6 定轴转动刚体动力学 62

2.6.1 刚体对定轴的角动量 62

2.6.2 转动惯量的计算 62

2.6.3 对转轴的力矩 64

2.6.4 刚体的角动量定理 65

2.6.5 刚体的角动量守恒定律 65

2.6.6 刚体的定轴转动定律 66

2.6.7 力矩的功 69

2.6.8 刚体的动能 69

2.6.9 刚体定轴转动的动能定理 70

习题2 71

第3章 气体动理论 77

3.1 热学的基本概念 77

3.1.1 微观结构模型 77

3.1.2 宏观量和微观量 状态参量 78

3.1.3 统计规律和统计平均值 78

3.1.4 平衡态 准静态过程 79

3.1.5 理想气体状态方程 80

3.2 理想气体的压强和温度的微观解释 81

3.2.1 理想气体的压强公式及其统计意义 81

3.2.2 理想气体的温度公式及其微观意义 83

3.2.3 理想气体分子的方均根速率 83

3.3 能量按自由度均分定理 理想气体的内能 84

3.3.1 自由度 84

3.3.2 能量按自由度均分定理 85

3.3.3 理想气体的内能 86

3.4 麦克斯韦分布律 87

3.4.1 速率分布函数 87

3.4.2 麦克斯韦速率分布律 88

3.4.3 三种统计速率 88

3.4.4 麦克斯韦速度分布律 91

3.5 玻耳兹曼分布律 91

3.5.1 玻耳兹曼分布律 92

3.5.2 重力场中大气密度与压强按高度的分布 92

3.6 气体分子的平均碰撞频率和平均自由程 93

3.6.1 气体分子的平均碰撞频率 94

3.6.2 气体分子的平均自由程 94

习题3 95

第4章 热力学基础 98

4.1 热力学第一定律 98

4.1.1 功 98

4.1.2 热量 99

4.1.3 热力学第一定律 99

4.2 理想气体的等体过程和等压过程 摩尔热容 100

4.2.1 等体过程 100

4.2.2 等压过程 102

4.2.3 理想气体的摩尔定容热容和摩尔定压热容 103

4.3 理想气体的等温过程和绝热过程 106

4.3.1 等温过程 106

4.3.2 绝热过程 107

4.3.3 绝热线和等温线 108

4.4 循环过程 卡诺循环 110

4.4.1 循环过程 110

4.4.2 卡诺循环 113

4.4.3 可逆过程和不可逆过程 卡诺定理 116

4.5 热力学第二定律 117

4.5.1 自发过程的方向性 117

4.5.2 热力学第二定律 117

4.5.3 热力学第二定律的统计意义 119

习题4 122

第5章 静电场 126

5.1 电荷 库仑定律 126

5.1.1 电荷 126

5.1.2 电荷守恒定律 127

5.1.3 库仑定律 127

5.1.4 静电力的叠加原理 129

5.2 电场 电场强度 131

5.2.1 电场 131

5.2.2 电场强度 132

5.2.3 点电荷的电场强度 133

5.2.4 电场强度的叠加原理 134

5.3 高斯定理 139

5.3.1 电场线 139

5.3.2 电通量 140

5.3.3 高斯定理 141

5.3.4 利用高斯定理求电场强度的分布 143

5.4 静电场的环路定理 电势 147

5.4.1 静电场的环路定理 147

5.4.2 电势能 148

5.4.3 电势 电势差 149

5.4.4 电势的计算 150

5.4.5 等势面 153

5.5 静电场中的导体 153

5.5.1 静电场中的导体 154

5.5.2 电容 电容器 160

5.5.3 传导电流 电动势 163

5.6 静电场中的电介质 166

5.7 电场的能量 167

5.7.1 电容器储存的静电能 167

5.7.2 静电场的能量 168

习题5 169

第6章 稳恒磁场 174

6.1 磁场 磁感应强度 174

6.1.1 磁场 174

6.1.2 磁感应强度 175

6.1.3 磁感应线 176

6.2 毕奥-萨伐尔定律 177

6.2.1 毕奥-萨伐尔定律 177

6.2.2 运动电荷的磁场 178

6.2.3 毕奥-萨伐尔定律的应用 179

6.3 磁场的高斯定理 183

6.3.1 磁通量 183

6.3.2 磁场的高斯定理 184

6.4 安培环路定理 185

6.4.1 安培环路定理 185

6.4.2 安培环路定理的应用 187

6.5 洛伦兹力 191

6.5.1 洛伦兹力 191

6.5.2 带电粒子在磁场中的运动 192

6.5.3 应用磁场控制带电粒子的实例 193

6.5.4 霍耳效应 195

6.6 安培力 197

6.6.1 安培力公式 197

6.6.2 载流线圈在磁场中受到的力矩 200

6.7 磁介质中的磁场 202

习题6 204

第7章 变化的电磁场 207

7.1 电磁感应定律 207

7.1.1 电磁感应现象 207

7.1.2 楞次定律 207

7.1.3 法拉第电磁感应定律 208

7.2 动生电动势 210

7.2.1 动生电动势 210

7.2.2 洛伦兹力做功问题 211

7.2.3 动生电动势的计算 212

7.3 感生电动势 214

7.3.1 感生电动势 214

7.3.2 感应电场与静电场 215

7.3.3 感生电动势的计算 215

7.3.4 电子感应加速器 217

7.3.5 涡电流 219

7.4 自感和互感 219

7.4.1 自感 220

7.4.2 互感 222

7.5 磁场的能量 223

7.6 位移电流 225

7.6.1 位移电流 225

7.6.2 全电流定律 227

7.7 麦克斯韦电磁场方程组 227

7.8 电磁波的性质和能量 228

7.8.1 电磁波的性质 228

7.8.2 电磁波的能量 229

习题7 229

第8章 机械振动和机械波 233

8.1 简谐振动 233

8.1.1 简谐振动的特征和运动方程 233

8.1.2 描述简谐振动的特征量 235

8.1.3 简谐振动的旋转矢量表示法 239

8.1.4 简谐振动的能量 243

8.2 简谐振动的合成 244

8.2.1 同方向同频率的两个简谐振动的合成 244

8.2.2 同方向不同频率的两个简谐振动的合成 247

8.2.3 同频率相互垂直的两个简谐振动的合成 248

8.2.4 不同频率相互垂直的两个简谐振动的合成 249

8.3 阻尼振动 受迫振动 251

8.3.1 阻尼振动 251

8.3.2 受迫振动 252

8.4 机械波的产生和传播 253

8.4.1 机械波的产生 253

8.4.2 描述波动的物理量 254

8.5 平面简谐波 255

8.5.1 平面简谐波的波函数 255

8.5.2 波函数的物理意义 256

8.5.3 波的能量 260

8.6 波的干涉 261

8.6.1 波的叠加原理 261

8.6.2 波的干涉 262

8.6.3 驻波 265

8.6.4 半波损失 267

8.7 惠更斯原理 波的衍射 268

8.7.1 惠更斯原理 268

8.7.2 波的衍射 269

8.8 多普勒效应 270

习题8 272

第9章 波动光学 277

9.1 光的相干性 278

9.1.1 光源 278

9.1.2 光的单色性 279

9.1.3 光的相干性及相干光的获得 279

9.1.4 光程 光程差 280

9.1.5 薄透镜的等光程性 281

9.1.6 明暗干涉条纹产生的条件 282

9.2 杨氏双缝干涉 282

9.2.1 杨氏双缝干涉 282

9.2.2 应用分波面法的其他实验 285

9.3 薄膜干涉 287

9.3.1 薄膜干涉的基本原理 287

9.3.2 等倾干涉 288

9.3.3 增透膜与增反膜 289

9.3.4 等厚干涉 291

9.3.5 迈克尔逊干涉仪 295

9.4 光的衍射现象 297

9.4.1 惠更斯-菲涅耳原理 297

9.4.2 单缝的夫琅禾费衍射 298

9.5 圆孔衍射和光学仪器的分辨率 302

9.5.1 圆孔的夫琅禾费衍射 302

9.5.2 光学仪器的分辨率 303

9.6 光栅衍射 305

9.6.1 光栅 305

9.6.2 光栅衍射 306

9.7 光的偏振现象 310

9.7.1 自然光和偏振光 310

9.7.2 偏振片 马吕斯定律 312

9.7.3 布儒斯特定律 314

习题9 316

第10章 狭义相对论 320

10.1 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换 320

10.1.1 狭义相对论的基本原理 320

10.1.2 洛伦兹变换 321

10.1.3 相对论速度变换 324

10.2 狭义相对论的时空观 327

10.2.1 同时的相对性 327

10.2.2 时间膨胀效应 330

10.2.3 长度收缩效应 331

10.3 狭义相对论动力学 333

10.3.1 相对论质量 333

10.3.2 相对论动力学的基本方程 335

10.4 相对论能量 335

10.4.1 相对论动能 335

10.4.2 相对论能量 337

10.4.3 动量和能量的关系 337

习题10 339

第11章 量子力学基础 341

11.1 黑体辐射 普朗克量子假说 341

11.1.1 热辐射现象 341

11.1.2 黑体辐射 342

11.1.3 普朗克量子假说 342

11.2 光电效应 爱因斯坦光子理论 343

11.2.1 光电效应的实验规律 343

11.2.2 经典物理学解释光电效应规律遇到的困难 344

11.2.3 爱因斯坦光子理论 345

11.3 康普顿效应 光的波粒二象性 346

11.3.1 康普顿效应 346

11.3.2 康普顿效应的理论解释 347

11.3.3 光的波粒二象性 348

11.4 玻尔的氢原子理论 349

11.4.1 氢原子光谱的规律 349

11.4.2 经典物理遇到的困难 350

11.4.3 玻尔的氢原子理论 351

11.4.4 氢原子光谱的能级公式 351

11.4.5 玻尔氢原子理论的成功和缺陷 353

11.5 德布罗意物质波 实物粒子的波粒二象性 354

11.5.1 德布罗意物质波 354

11.5.2 物质波的实验验证 355

11.5.3 实物粒子的波粒二象性 356

11.5.4 不确定关系 356

11.6 波函数及其统计解释 358

11.6.1 波函数的概念 358

11.6.2 波函数的统计解释 359

11.7 薛定谔方程 360

11.7.1 一维粒子的运动方程 360

11.7.2 一维粒子的薛定谔方程 361

11.7.3 三维情况下的薛定谔方程 362

11.8 薛定谔方程的简单应用 363

11.8.1 一维无限深势阱 363

11.8.2 一维势垒 隧道效应 364

11.9 氢原子 365

11.9.1 能量量子化 365

11.9.2 角动量量子化 366

11.9.3 角动量的空间量子化 366

11.9.4 电子的波函数 366

11.10 电子的自旋 原子的壳层结构 367

11.10.1 施特恩-格拉赫实验 367

11.10.2 电子的自旋 368

11.10.3 四个量子数 369

11.10.4 原子的壳层结构 369

习题11 370

习题参考答案 373

参考文献 382