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第1章 质点力学 1

1.1 描述质点运动的物理量 1

1.1.1 质点 参考系 坐标系 1

1.1.2 描述质点运动的物理量 2

1.2 牛顿运动定律 5

1.2.1 牛顿第一定律 5

1.2.2 牛顿第二定律 6

1.2.3 牛顿第三定律 6

1.3 动量 动量守恒定律 6

1.3.1 冲量 质点的动量定理 6

1.3.2 质点系的动量定理 7

1.3.3 动量守恒定律 8

1.4 能量守恒定律 9

1.4.1 恒力的功 9

1.4.2 变力的功 9

1.4.3 功率 10

1.4.4 动能定理 10

1.4.5 保守力与非保守力 势能 12

1.4.6 机械能守恒定律 13

阅读材料 地球同步通信卫星 15

内容提要 15

思考题 16

习题 17

第2章 刚体的定轴转动 19

2.1 刚体运动的描述 19

2.1.1 刚体的平动和转动 19

2.1.2 刚体的定轴转动状态的描述 20

2.2 刚体的定轴转动定律 21

2.2.1 转动惯量 21

2.2.2 力矩 24

2.2.3 刚体定轴转动的转动定律 25

2.3 力矩的功与转动动能 25

2.3.1 力矩的功 25

2.3.2 转动动能 26

2.3.3 转动动能定理 26

2.3.4 重力矩做功与质心势能改变 26

2.4 冲量矩与角动量 角动量守恒定律 28

2.4.1 角动量 28

2.4.2 冲量矩 29

2.4.3 角动量定理 29

2.4.4 角动量守恒定律 29

阅读材料 轴承与润滑 30

内容提要 30

思考题 31

习题 32

第3章 气体动理论 34

3.1 气体动理论的基础和方法 34

3.1.1 气体动理论的基础 34

3.1.2 研究分子运动的统计方法 35

3.2 理想气体在平衡态下的状态方程 35

3.3 理想气体的压强和温度的公式 37

3.3.1 理想气体的压强 37

3.3.2 理想气体的温度 39

3.4 理想气体的内能 40

3.4.1 分子的自由度 40

3.4.2 能量均分定理 41

3.4.3 理想气体的内能 42

3.5 麦克斯韦速率分布律 42

3.5.1 麦克斯韦速率分布函数 43

3.5.2 三种统计速率 44

3.6 气体分子的平均碰撞次数和平均自由程 45

3.6.1 平均碰撞次数 46

3.6.2 平均自由程 46

阅读材料 温室效应 47

内容提要 48

思考题 49

习题 49

第4章 热力学基础 51

4.1 热力学的基本概念 51

4.1.1 热力学系统 51

4.1.2 准静态过程 52

4.1.3 功 热量 内能 53

4.2 热力学第一定律及其在理想气体等值过程中的应用 54

4.2.1 热力学第一定律 54

4.2.2 热力学第一定律对于理想气体准静态过程的应用 55

4.3 循环过程 卡诺循环 59

4.3.1 循环过程 59

4.3.2 循环效率 59

4.3.3 卡诺循环 60

4.4 热力学第二定律 62

4.4.1 热力学过程的方向性 62

4.4.2 热力学第二定律及其微观意义 63

4.5 熵和熵增加原理 64

4.5.1 熵 65

4.5.2 熵变与过程热温比的关系 65

4.5.3 熵增加原理 67

阅读材料 高空的气温为什么低？ 67

内容提要 68

思考题 69

习题 69

第5章 静电场 71

5.1 电荷与库仑定律 71

5.1.1 电荷守恒及其量子化 71

5.1.2 库仑定律 72

5.2 电场和电场强度 73

5.2.1 电场 73

5.2.2 电场强度 73

5.2.3 电场强度的计算 74

5.3 静电场的有源性 77

5.3.1 电力线数密度 77

5.3.2 电场强度通量 78

5.3.3 高斯定理 79

5.4 静电场的环路定理 电势 82

5.4.1 静电场力的功 静电场的环路定理 82

5.4.2 电势能和电势 83

5.5 电势梯度 86

5.5.1 等势面 86

5.5.2 电势梯度 86

5.6 静电场中的导体和电介质 87

5.6.1 静电场中的导体 87

5.6.2 静电场中的电介质 90

5.7 电场能量 93

阅读材料 静电应用 94

内容提要 94

思考题 95

习题 96

第6章 稳恒电流 97

6.1 电源及其电动势 97

6.2 温差电动势 98

6.2.1 扩散电动势 98

6.2.2 温差电动势 99

6.3 稳恒电场与电流 102

6.4 基尔霍夫定律 102

6.4.1 基尔霍夫第一定律 102

6.4.2 基尔霍夫第二定律 103

6.4.3 基尔霍夫定律的应用 103

阅读材料 大气电场 105

内容提要 106

思考题 106

习题 106

第7章 稳恒磁场 108

7.1 电流及运动电荷的磁场 108

7.1.1 磁场的产生 108

7.1.2 磁感应强度 109

7.1.3 磁场与电流及运动电荷的关系 111

7.2 磁场的无源性 113

7.2.1 磁感应线 113

7.2.2 磁场的无源性 磁场的高斯定理 114

7.3 磁场的非保守性 安培环路定理 115

7.3.1 安培环路定理 115

7.3.2 安培环路定理的证明 115

7.3.3 安培环路定理应用举例 116

7.4 磁场对电流和电荷的作用 117

7.4.1 磁场对载流导线的作用 117

7.4.2 磁场对运动电荷的作用 119

7.4.3 磁场对载流线圈的作用 121

7.5 物质的磁性 122

7.5.1 磁介质的分类 122

7.5.2 介质的磁化 123

阅读材料 量子反常霍尔效应 神奇的磁化水 124

内容提要 125

思考题 126

习题 126

第8章 电磁感应 129

8.1 法拉第电磁感应定律 130

8.1.1 电磁感应现象 130

8.1.2 法拉第电磁感应定律 131

8.1.3 楞次定律 131

8.2 动生电动势和感生电动势 132

8.2.1 动生电动势 132

8.2.2 感生电动势 133

8.2.3 涡电流 135

8.3 自感和互感 135

8.3.1 自感 135

8.3.2 互感 137

8.4 磁场的能量 138

8.5 麦克斯韦方程组 电磁波 139

8.5.1 麦克斯韦的两个假说 139

8.5.2 麦克斯韦方程组 140

8.5.3 电磁波 141

阅读材料 微波技术 144

内容提要 145

思考题 146

习题 146

第9章 振动与波 148

9.1 简谐振动 148

9.1.1 简谐振动的动力学方程 149

9.1.2 简谐振动规律的三种表示形式 150

9.1.3 简谐振动的特征量及决定因素 151

9.1.4 简谐振动的能量 153

9.2 阻尼振动 受迫振动 共振 154

9.2.1 阻尼振动 154

9.2.2 受迫振动与共振 155

9.3 简谐振动的合成 156

9.3.1 同方向同频率简谐振动的合成 156

9.3.2 同方向不同频率简谐振动的合成 拍 157

9.3.3 两个互相垂直的简谐振动的合成 158

9.4 简谐波 160

9.4.1 机械波的形成 160

9.4.2 描述机械波的概念 160

9.4.3 简谐波的波函数 162

9.5 波的能量 164

9.5.1 波的能量 164

9.5.2 能流密度（波的强度） 166

9.5.3 声强的分级 166

9.6 波的衍射和干涉 167

9.6.1 波的衍射 惠更斯原理 167

9.6.2 波的叠加与干涉 168

9.7 多普勒效应 169

9.7.1 波源静止、接收器运动 170

9.7.2 波源运动、接收器静止 170

9.7.3 波源和接收器同时运动 171

阅读材料 超声波及其应用 172

内容提要 173

思考题 175

习题 175

第10章 波动光学 178

10.1 光源 单色光 179

10.1.1 光源 179

10.1.2 单色光 179

10.2 相干光的产生 180

10.3 光的干涉 181

10.3.1 杨氏双缝干涉 181

10.3.2 薄膜干涉 182

10.4 光的衍射 186

10.4.1 惠更斯-菲涅尔原理 186

10.4.2 夫琅禾费单缝衍射 187

10.4.3 圆孔衍射 190

10.4.4 瑞利判据 191

10.5 光栅分光 192

10.5.1 光栅衍射的主极大 193

10.5.2 光栅衍射光的极小和次极大 193

10.5.3 缺级 194

10.5.4 主极大条纹宽度和光栅的分辨本领 194

10.5.5 光栅光谱 195

10.6 光的偏振 196

10.6.1 光的偏振状态及其表示 196

10.6.2 偏振光的产生及检验 197

10.6.3 马吕斯定律 199

10.6.4 旋光色散和圆二色性 200

阅读材料 立体电影 202

内容提要 203

思考题 204

习题 204

第11章 狭义相对论 206

11.1 牛顿的绝对时空观 伽利略变换 206

11.1.1 牛顿的绝对时空观 206

11.1.2 伽利略变换 经典力学相对性原理 207

11.2 狭义相对论基本原理与时空观 208

11.2.1 狭义相对论基本原理 208

11.2.2 狭义相对论的时空观 208

11.3 洛伦兹变换 209

11.3.1 洛伦兹坐标变换 209

11.3.2 洛伦兹速度变换 210

11.4 时间、空间的相对论效应 211

11.4.1 同时的相对性 211

11.4.2 时间延缓 213

11.4.3 长度收缩 213

11.5 质量、能量、动量的相对论效应 214

11.5.1 质量的相对论效应 214

11.5.2 相对论能量 215

11.5.3 动量和能量的关系 216

11.6 狭义相对论的实验例证 216

11.6.1 光速不变原理的验证 216

11.6.2 尺缩钟慢效应的验证 217

11.6.3 质能关系式的验证 217

11.6.4 质量对速度依赖关系的验证 217

阅读材料 暗物质和暗能量 孪生子佯谬 218

内容提要 221

思考题 222

习题 222

第12章 量子力学基础 224

12.1 黑体辐射 普朗克量子假设 224

12.1.1 黑体辐射 224

12.1.2 黑体辐射定律 226

12.1.3 普朗克能量量子化假设与普朗克辐射公式 227

12.2 光电效应 228

12.2.1 光电效应 228

12.2.2 爱因斯坦的量子解释 229

12.3 氢原子光谱 玻尔的氢原子理论 230

12.3.1 氢原子光谱 230

12.3.2 玻尔的氢原子理论 231

12.4 物质的波动性质 233

12.4.1 德布罗意波 233

12.4.2 德布罗意波的实验验证 234

12.4.3 不确定关系 234

12.5 波函数 薛定谔方程 236

12.5.1 波函数及其统计解释 236

12.5.2 薛定谔方程 237

阅读材料 扫描隧道显微镜 238

内容提要 239

思考题 240

习题 240

习题参考答案 242

附录 250

附录Ⅰ 国际单位制的基本单位 250

附录Ⅱ 常用物理常量 250

主要参考文献 252