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上册 1

绪论 1

第一篇 力学 9

第一章 质点运动学 9

1.1力学的几个基本概念 9

1.1.1物理模型及其运动形式 9

1.1.2参考系及其坐标 9

1.1.3矢量 11

1.2质点的运动方程 11

1.2.1质点的位矢（位置矢量） 12

1.2.2质点的位移 12

1.2.3质点的速度 13

1.2.4加速度 14

1.3质点的圆周运动 16

1.3.1圆周运动中的角量 16

1.3.2圆周运动中的加速度 16

1.3.3曲线运动中加速度的表示 18

1.4相对运动 19

第二章 质点动力学 22

2.1牛顿运动定律 22

2.1.1牛顿的三大定律 22

2.1.2牛顿第二定律 23

2.1.3基本的自然力 25

2.2动量定理 27

2.2.1冲量与动量定理 28

2.2.2质点系的动量定理 30

2.2.3动量守恒定律 31

2.3火箭飞行原理 32

2.3.1变质量动量定律 32

2.3.2三级火箭 33

2.3.3长征三号甲运载三级火箭 35

2.4功 动能定律 36

2.4.1功 36

2.4.2动能定理 38

2.5势能 功能原理和机械能守恒 41

2.5.1保守力的功及其势能 41

2.5.2万有引力势能 44

2.5.3功能原理和机械能守恒定律 45

2.6质点力学难点分析 46

2.6.1运动学问题的关键是运动方程 46

2.6.2变化的物理量是一个函数 49

2.6.3动能定理的应用 50

第三章 刚体力学基础 53

3.1刚体的运动 53

3.1.1刚体的平动 53

3.1.2刚体绕定轴的转动 53

3.1.3刚体的一般运动 55

3.2刚体定轴转动的功和能 56

3.2.1力矩的功 56

3.2.2刚体的动能 56

3.2.3刚体定轴转动的动能定理 57

3.2.4刚体转动惯量的计算 58

3.3刚体定轴转动的转动定律 61

3.3.1刚体定轴的转动定律 61

3.3.2刚体力学习题分析（1）——刚体定轴的转动定律的应用 62

3.4刚体对定轴的角动量定理和角动量守恒定律 65

3.4.1角动量 65

3.4.2刚体的角动量定理和角动量守恒 66

3.4.3刚体力学习题分析（2）——角动量守恒的应用 68

3.5滑板运动及其理论分析 71

3.5.1滑板运动 71

3.5.2活力板运动的理论分析 72

第四章 相对论 75

4.1经典时空观的认识 75

4.1.1经典力学相对性原理 75

4.1.2以太 77

4.1.3迈克尔逊-莫雷实验 79

4.1.4洛伦兹解释和洛伦兹变换 81

4.1.5彭加勒——相对论的先驱 83

4.2爱因斯坦相对性原理 85

4.2.1爱因斯坦和狭义相对论的基本思想 85

4.2.2狭义相对论的基本原理 88

4.3狭义相对论运动学 92

4.3.1同时性的相对性 92

4.3.2时间延缓效应——动钟变慢 93

4.3.3长度收缩 95

4.4狭义相对论动力学 97

4.4.1相对论质量和动量 97

4.4.2相对论能量 98

4.4.3动量和能量的关系 100

4.5广义相对论简介 101

4.5.1黎曼和度规张量 101

4.5.2广义相对论主要内容 102

4.5.3广义相对论的实验验证 105

第二篇 电磁学 111

第五章 真空中的静电场 111

5.1电荷 库仑定律 111

5.1.1电荷 111

5.1.2库仑定律 112

5.2电场 电场强度 113

5.2.1电场强度 113

5.2.2场强计算 115

5.2.3带电粒子在外电场中所受的作用 119

5.3电通量 高斯定理 120

5.3.1电场线 120

5.3.2电通量 121

5.3.3高斯定理 122

5.3.4高斯定理应用举例 124

5.4静电场环路定理电势 128

5.4.1静电场力的功 128

5.4.2静电场环路定理 129

5.4.3电势能 电势 129

5.4.4电势叠加原理 131

5.4.5电势的计算 132

5.5等势面 场强与电势的微分关系 134

5.5.1等势面 134

5.5.2场强与电势的微分关系 135

第六章 导体和电介质中的静电场 138

6.1静电场中的导体 138

6.1.1导体的静电平衡条件 138

6.1.2静电平衡时导体上的电荷分布 139

6.1.3导体表面曲率对电荷分布影响 140

6.1.4静电平衡时导体表面附近的场强 141

6.1.5静电屏蔽 142

6.1.6有导体存在时静电场的分析与计算 142

6.2静电场中的电介质 145

6.2.1电介质极化 145

6.2.2极化强度 146

6.2.3电介质中的电场强度 147

6.2.4 D矢量及其有电介质时的高斯定理 148

6.3电容 电容器 150

6.3.1孤立导体的电容 150

6.3.2电容器 151

6.3.3电容器电容的计算 151

6.3.4电容器的串联与并联 153

6.4静电场的能量 155

6.4.1电容器的能量 155

6.4.2电场能量 156

6.5压电体 铁电体 驻极体 157

6.5.1压电体 157

6.5.2铁电体 158

6.5.3驻极体 158

6.6静电场习题分析 159

第七章 真空中的稳恒磁场 168

7.1磁场 磁感应强度磁场的高斯定理 168

7.1.1电流电流密度 168

7.1.2磁感应强度 169

7.1.3磁感应线磁通量 磁场的高斯定理 170

7.2毕奥-萨伐尔定律 172

7.2.1毕奥-萨伐尔定律 172

7.2.2毕奥-萨伐尔定律应用 173

7.3安培环路定理 176

7.3.1安培环路定理 176

7.3.2安培环路定理的应用 179

7.4磁场对运动电荷的作用 182

7.4.1洛伦兹力 带电粒子在均匀磁场中的运动 182

7.4.2洛伦兹力的应用 184

7.5磁场对电流的作用 185

7.5.1安培定律 185

7.5.2磁场对载流线圈的作用 188

7.5.3磁场力的功 190

7.6稳恒磁场习题指导 191

第八章 磁介质中的稳恒磁场 196

8.1磁介质及其分类 196

8.2抗磁质和顺磁质的微观解释 196

8.3有磁介质时的安培环路定理 198

8.4铁磁质 200

8.4.1铁磁质的磁化规律 200

8.4.2铁磁质的特点 201

8.4.3铁磁质的微观解释 201

8.5磁学性能在数据存储技术中的应用 203

第九章 变化的磁场与变化的电场 204

9.1电磁感应的基本定律 204

9.1.1电源 电动势 204

9.1.2电磁感应定律 204

9.2动生电动势 207

9.3感生电动势 209

9.3.1感生电场 209

9.3.2感生电动势与感生电场的关系 209

9.4自感和互感 211

9.4.1自感 212

9.4.2互感 213

9.5磁能 214

9.6麦克斯韦电磁场方程 216

9.6.1位移电流和全电流 216

9.6.2麦克斯韦方程组的积分形式 218

9.7电磁感应习题指导 219

下册 227

第三篇 波动与光学 227

第十章 振动 227

10.1简谐振动的描述 227

10.1.1简谐振动 227

10.1.2简谐运动的动力学方程 227

10.1.3描述简谐运动的物理量 228

10.1.4振幅和初相的确定 230

10.1.5旋转矢量表示法 230

10.1.6简谐运动的能量 231

10.2简谐振动的合成 234

10.2.1两个同方向、同频率简谐振动的合成 234

10.2.2两个不同频率简谐振动的合成 236

10.2.3两个方向垂直、频率相同的简谐振动的合成 236

10.3难点解析及解题思路 238

10.3.1角频率、振幅和初相位的确定 238

10.3.2旋转矢量法 239

10.3.3简谐振动问题求解步骤 241

第十一章 机械波 242

11.1波的基本概念 242

11.1.1波是振动相位的传播过程 242

11.1.2横波和纵波 243

11.1.3波面与波线 243

11.2平面简谐波 244

11.2.1波的频率、波长与波速 244

11.2.2平面简谐波的波函数 245

11.2.3波的能量和强度、波的吸收 247

11.3声波 251

11.3.1声强、声强级 251

11.3.2声波的多普勒效应 251

11.3.3冲击波——激波 253

11.4波的衍射与干涉 255

11.4.1惠更斯原理 255

11.4.2波的衍射 255

11.4.3波的干涉 256

11.5驻波 257

11.5.1驻波的现象 257

11.5.2驻波方程 258

11.5.3半波损失 259

11.6难点分析及解题思路 260

11.6.1关于波动方程（波函数）的建立 260

11.6.2半波损失 263

11.6.3驻波能量 264

第十二章 光的干涉 265

12.1光波的叠加 265

12.1.1光的相干条件 265

12.1.2两列相干光叠加后的光强分布 265

12.1.3获得相干光的方法 266

12.2光程和光程差 267

12.2.1光程和光程差 267

12.2.2等光程性 268

12.3杨氏双缝干涉 269

12.3.1杨氏双缝干涉实验 269

12.3.2劳埃德镜干涉 272

12.4薄膜干涉 272

12.4.1薄膜干涉 272

12.4.2增透膜 273

12.4.3薄膜等厚干涉——劈尖干涉 274

12.4.4薄膜等厚干涉——牛顿环 275

12.5迈克尔逊干涉仪 276

12.6难点分析及解题思路 278

12.6.1光程差及明暗纹条件 278

12.6.2半波损失 278

第十三章 光的衍射 281

13.1光的衍射和惠更斯-菲涅耳原理 281

13.1.1光的衍射 281

13.1.2惠更斯-菲涅耳原理 281

13.1.3衍射的分类 282

13.2单缝的夫琅禾费衍射 282

13.2.1夫琅禾费单缝衍射-菲涅耳半波带法 282

13.2.2衍射条纹特点 284

13.3光学仪器的分辨本领 285

13.3.1夫琅禾费圆孔衍射 285

13.3.2瑞利判据 286

13.4衍射光栅 287

13.4.1光栅 287

13.4.2光栅光谱 290

13.4.3衍射和干涉的区别与联系 290

13.4.4 X射线衍射 291

13.5难点分析及解题思路 292

13.5.1半波带法 292

13.5.2斜入射光栅方程 293

13.5.3干涉与衍射的区别 294

第十四章 光的偏振 295

14.1自然光和偏振光 295

14.1.1自然光 295

14.1.2偏振光 296

14.2由介质吸收引起的光的偏振 296

14.2.1偏振片 296

14.2.2马吕斯定律 297

14.3由反射引起的光的偏振 298

14.3.1反射和折射产生的偏振 298

14.3.2布儒斯特定律 298

14.3.3玻璃堆起偏 299

14.4由双折射引起的光的偏振 299

14.4.1晶体双折射现象 299

14.4.2惠更斯原理在双折射现象中的应用 300

14.4.3人为双折射现象 301

14.4.4旋光效应 302

第四篇 热学 307

第十五章 气体动理论 307

15.1热力学系统 307

15.1.1平衡态 307

15.1.2温度 307

15.1.3理想气体状态方程 310

15.2基本宏观量的微观统计 313

15.2.1理想气体的压强的微观统计 313

15.2.2理想气体温度的微观统计 315

15.2.3能量的微观统计——能量均分定理 316

15.3麦克斯韦速率分布率 318

15.3.1麦克斯韦速率分布率实验 318

15.3.2速率分布函数 319

15.3.3麦克斯韦速率分布定律 320

15.3.4麦克斯韦速率分布定律的三种平均速度 321

15.3.5玻耳兹曼分布律 321

15.3.6重力场中粒子按高度分布 322

15.4气体分子的平均自由程 323

15.4.1分子的平均碰撞频率 323

15.4.2分子的平均自由程 323

第十六章 热力学基础 325

16.1热力学第一定律 325

16.1.1内能、功和热量 326

16.1.2热力学第一定律 326

16.1.3准静态过程 326

16.2等值过程 328

16.2.1等容、等压过程及其热容量 328

16.2.2等温过程 330

16.2.3绝热过程 331

16.3循环过程、卡诺循环 334

16.3.1循环过程 334

16.3.2卡诺循环 335

16.3.3热力学温标 335

16.3.4制冷过程 336

16.4热力学第二定律 338

16.4.1自然过程的方向 338

16.4.2热力学第二定律及其微观意义 340

16.4.3热力学概率和热力学第二定律的统计解释 340

16.4.4熵 342

16.5耗散结构理论 342

16.5.1自组织现象 343

16.5.2形成耗散结构条件和一般规律 345

第五篇 量子力学 351

第十七章 早期量子论 351

17.1黑体辐射、量子概念的诞生 351

17.1.1黑体辐射的实验定律 351

17.1.2黑体辐射的经典理论 354

17.1.3普朗克能量子假设 354

17.2光电效应、爱因斯坦光量子假设 356

17.2.1光电效应的实验规律 357

17.2.2爱因斯坦光量子假设和光电效应方程 358

17.2.3光的波粒二象性 360

17.3康普顿效应 360

17.3.1康普顿效应的实验规律 360

17.3.2光子理论的解释 361

17.3.3康普顿效应和光电效应的联系 364

17.4玻尔的氢原子理论 367

17.4.1氢原子光谱的实验规律 367

17.4.2玻尔的氢原子理论 368

17.4.3玻尔理论的意义和局限性 372

17.4.4玻尔量子化条件与驻波 372

第十八章 量子力学基础 373

18.1波粒二象性不确定关系 373

18.1.1德布罗意物质波假设 373

18.1.2德布罗意物质波的实验验证 374

18.1.3不确定关系 376

18.2波函数、薛定谔方程 379

18.2.1波函数及其统计解释 379

18.2.2定态薛定谔方程 380

18.2.3一维无限深势阱 382

18.3氢原子、电子的自旋 386

18.3.1氢原子的量子力学结果 386

18.3.2电子的自旋 392

18.4四个量子数、多电子原子和壳层结构 395

18.4.1四个量子数 395

18.4.2泡利不相容原理 396

18.4.3能量最小原理 397

18.4.4多电子原子和壳层结构 397

18.5势垒、隧道效应 399

18.5.1一维势垒 399

18.5.2隧道效应的例子和应用 401

18.5.3扫描隧道显微镜 402

第六篇 非线性物理与激光技术 407

第十九章 非线性物理基础 407

19.1非线性振动的随机性 408

19.1.1相空间 408

19.1.2单摆 409

19.1.3受周期力驱动的阻尼摆 412

19.2吸引子 413

19.2.1简单吸引子 413

19.2.2极限环 416

19.2.3奇异吸引子 416

19.3分形 418

19.3.1随机中的自相似性 419

19.3.2分数维的定义 422

19.3.3布朗运动轨道的分形维数 424

19.4从倍周期分岔走向混沌 425

19.4.1逻辑斯谛映射 425

19.4.2倍周期分岔走向混沌 425

19.4.3费根鲍姆数 428

第二十章 激光技术 430

20.1激光产生的基本原理 430

20.1.1激光产生的机理 430

20.1.2实现粒子数反转的方法 432

20.2激光器的基本组成 434

20.3激光四大特性 436

20.3.1方向性 436

20.3.2单色性 437

20.3.3亮度 437

20.3.4相干性 438

20.4激光的应用 438

20.4.1激光加工 439

20.4.2激光精密测量及激光测距 439

20.4.3全息照相及应用 440

20.4.4激光冷却 442

20.4.5激光通信 443

20.4.6激光光谱 443

20.4.7激光医学 445

20.4.8其他应用 445

20.5激光的历史 447