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第一部分 科学的基础——牛顿力学 3

第1章 质点运动学 3

1. 1质点运动的描述 3

1.1.1时间与空间 3

1. 1.2质点 3

1.1.3参考系 4

1.1.4坐标系 4

1. 1.5位置矢量 4

1.1.6运动方程 4

1. 1. 7位移 5

1.1.8速度 5

1.1.9加速度 6

1.2自然坐标系 切向加速度和法向加速度 7

1.2.1自然坐标系下的速度和加速度 7

1.2.2圆周运动 9

1.3相对运动 10

习题 10

第2章 质点动力学 13

2. 1牛顿运动定律 13

2.1.1牛顿第一定律 13

2.1.2牛顿第二定律 14

2.1.3牛顿第三定律 14

2.1.4单位制与量纲 15

2.2力的时间累积效应——动量定理动量守恒定律 15

2.2.1冲量 质点的动量定理 15

2.2.2质点系的动量定理 16

2.2.3动量守恒定律 17

2.3力的空间累积效应——功动能动能定理 18

2.3.1功 19

2.3.2质点的动能定理 20

2.3.3质点系的动能定理 20

2.4功能原理机械能守恒定律 22

2.4.1弹性力的功 22

2.4.2保守力和非保守力 22

2.4.3势能 22

2.4.4质点系的功能原理 23

2.4.5机械能守恒定律 23

2.4.6碰撞 25

习题 26

第3章 刚体的运动 27

3.1刚体运动的描述 27

3.1.1刚体定轴转动的描述 27

3.1.2角量与线量的关系 28

3.2转动定律 转动惯量 30

3.2. 1力矩 30

3.2.2转动定律 30

3.2.3转动惯量 31

3.3力矩的功 转动动能 32

3.3. 1力矩的功 32

3.3.2转动动能 33

3.3.3刚体绕定轴转动的动能定理 33

3.4角动量 角动量守恒定律 34

3.4. 1质点的角动量 34

3.4.2刚体定轴转动的角动量 36

习题 39

第4章 振动与波动& 4 1

4. 1机械振动 41

4.1.1简谐振动 41

4. 1.2简谐振动的合成 48

4.1.3阻尼振动 受迫振动 共振 49

4.2机械波 51

4.2.1波动的基本概念 51

4.2.2平面简谐波的表达式 53

4.2.3波的衍射 干涉 58

习题 63

第二部分 近代科学的重要基础——电磁学 67

第5章 静电场 67

5. 1静电场 电场强度 67

5.1.1电荷 库仑定律 67

5. 1.2电场强度及其叠加原理 68

5. 1.3电场强度的计算 69

5.2静电场的高斯定理 74

5.2. 1电场线 电场强度通量 74

5.2.2高斯定理 76

5.2.3高斯定理的应用 77

5.3静电场的环路定理 电势 81

5.3.1静电力的功 静电场的环路定理 81

5.3.2电势能 电势 82

5.3.3电势的计算 83

5.3.4等势面 电场强度和电势的微分关系 85

5.4静电场中的导体与电介质 87

5.4. 1导体的静电平衡条件 87

5.4.2静电平衡时导体的基本特性 88

5.4.3静电场中的电介质 92

5.4.4电位移 电介质中的高斯定理 94

5.5电容 电容器 静电场的能量 96

5. 5. 1孤立导体的电容 电容器 96

5. 5.2电容器的串联和并联 电容式传感器 98

5. 5.3静电场的能量 99

习题 101

第6章 恒定磁场 105

6. 1磁场 磁感应强度 105

6.1.1磁场 磁感应强度 105

6.1.2毕奥-萨伐尔定律 107

6. 1.3运动电荷的磁场 112

6.2磁场的高斯定理 安培环路定理 112

6.2.1磁感应线 磁通量 112

6.2.2磁场的高斯定理 114

6.2.3安培环路定理 115

6.3磁场对载流导线和运动电荷的作用 120

6.3.1载流导线在磁场中受的安培力 120

6. 3.2载流线圈在磁场中受的磁力矩 122

6.3.3磁场对运动电荷的作用 124

6.4磁介质 127

6.4.1磁介质及其磁化 127

6.4.2磁介质中的安培环路定理磁场强度 129

6.4.3铁磁质 131

习题 133

第7章 电磁感应与电磁场 137

7. 1法拉第电磁感应定律 动生电动势 137

7.1.1法拉第电磁感应定律 137

7.1.2动生电动势 140

7.2感生电动势 自感与互感磁场能量 143

7. 2. 1感生电动势 143

7.2.2自感 145

7.2.3互感 146

7.2.4磁场的能量 149

7.3位移电流 麦克斯韦方程组积分形式 151

7.3.1位移电流 151

7.3.2全电流安培环路定理 152

7.3.3麦克斯韦方程组积分形式 153

7.4电磁波 154

7.4.1平面电磁波的性质 154

7.4.2电磁波的能量 154

7.4.3电磁波谱 156

习题 158

第三部分 热现象的理论基础——热力学与气体动理论 163

第8章 气体动理论 163

8.1气体动理论的基本概念 163

8.1.1热力学系统 163

8.1.2平衡态 平衡过程 164

8.1.3状态参量 16

8.1.4理想气体的状态方程 166

8.2分子热运动和统计规律 167

8.2.1分子热运动的无序性 167

8.2.2统计规律 168

8.3理想气体的压强和温度公式 169

8.3.1理想气体的微观模型 169

8.3.2理想气体压强公式的推导17C 172

8.3.3温度的本质和统计意义 172

8.4能量按自由度均分定理 理想气体的内能 174

8.4.1自由度 174

8.4.2能量均分定理 175

8.4.3理想气体的内能 176

8.5麦克斯韦速率分布律 177

8.5.1速率分布函数 178

8.5.2麦克斯韦速率分布律 179

8.5.3 三种速率 180

8.5.4测定气体分子速率分布的实验 181

8.6玻耳兹曼能量分布 183

8.7分子碰撞和平均自由程 184

8.8气体的内迁移现象 186

8.8. 1黏滞现象 187

8.8.2热传导现象 187

8.8.3扩散现象 188

8.9真实气体 范德瓦尔斯方程 188

8.9.1真实气体 189

8.9.2范德瓦尔斯方程 191

习题 192

第9章 热力学基础 195

9. 1热力学第一定律 195

9.1.1改变内能的方式 195

9.1.2热力学第一定律的数学表达式 196

9.1.3功 热量 内能 197

9.2热力学第一定律对理想气体等值过程的应用 199

9.2.1等体过程 199

9.2.2等压过程 200

9.2.3等温过程 202

9.2.4绝热过程 204

9.2.5多方过程 206

9.3循环过程 卡诺循环 209

9.3. 1循环过程 209

9.3.2热机和制冷机 209

9.3.3卡诺循环 213

9.4热力学第二定律 215

9.4. 1可逆过程与不可逆过程 215

9.4.2热力学第二定律 215

9.4.3卡诺定理 216

9.5热力学第二定律的统计意义和熵的概念 217

9.5. 1热力学第二定律的统计意义 217

9. 5.2熵 熵增原理 219

9.5.3熵的热力学表示 220

习题 222

第四部分 光学与近代物理引论 227

第10章 狭义相对论 227

10.1力学相对性原理和伽利略变换 227

10.1.1力学相对性原理 227

10.1.2伽利略变换 228

10.1.3伽利略变换体现了牛顿力学的时空观 229

10.2爱因斯坦假设与洛伦兹变换 230

10.2.1爱因斯坦假设 230

10.2.2狭义相对论的实验基础 231

10.2.3洛伦兹坐标变换 235

10.2.4洛伦兹速度变换 237

10.2.5洛伦兹坐标变换的推导 238

10.3狭义相对论时空观 241

10.3.1同时性的相对性 241

10.3.2时间的相对性（钟慢效应） 241

10.3.3长度的相对性（尺缩效应） 243

10.4狭义相对论动力学基础 245

10.4.1相对论质量 动量 质点动力学基本方程 246

10.4.2相对论质速关系式推导 247

10.4.3相对论动能 静能 总能量动量与能量关系 248

习题 251

第11章 光的波动性 253

11. 1光的干涉 254

11.1. 1光的相干性 光程 光程差 254

11.1.2杨氏双缝 洛埃镜 257

11.1.3薄膜干涉 261

11.1.4干涉现象的应用 干涉仪 270

11.2光的衍射 274

11.2. 1光的衍射现象 惠更斯菲涅耳原理 274

11.2.2单缝的夫琅禾费衍射 276

11.2.3光栅衍射 280

11.2.4圆孔的衍射 光学仪器的分辨本领 286

11.2.5 X射线的衍射 288

11.3光的偏振 290

11.3.1光的偏振状态 290

11.3.2起偏和检偏 马吕斯定律 292

11.3.3反射光和折射光的偏振 布儒斯特定律 294

11.3.4光的双折射 296

习题 3

第12章 光的量子性 304

12.1热辐射 普朗克量子假设 304

12. 1.1热辐射 304

12.1.2黑体 305

12.1.3黑体辐射规律 306

12. 1.4普朗克量子假设 307

12.2光电效应 309

12.2. 1光电效应 309

12.2.2光电效应的实验规律 309

12.2.3经典电磁理论的困难 311

12.2.4光子假说爱因斯坦方程 311

12.3康普顿效应 312

12.3. 1康普顿效应的实验规律 313

12.3.2康普顿效应的理论解释 313

12.3.3光的波粒二象性 316

习题 317

第13章量子力学基础 319

13. 1实物粒子的波粒二象性 319

13. 1. 1德布罗意物质波假设 319

13. 1.2德布罗意波的实验验证 320

13. 1.3德布罗意波的统计解释 324

13.2不确定关系 325

13.3波函数 薛定谔方程 328

13.3. 1波函数 328

13.3.2薛定谔方程 330

13.4薛定谔方程的应用 332

13.4.1一维无限深方势阱 332

13.4. 2隧道效应 335

13.5氢原子 336

13.5.1氢原子光谱的实验规律 336

13.5.2玻尔的氢原子理论 337

13.5.3氢原子的量子力学处理方法 342

13.5.4多电子原子中电子分布 348

习题 350

第五部分 科学技术专题 355

第一讲 激光 355

J1. 1第一台激光器的诞生 355

J1. 2激光产生的基本原理 356

J1. 2. 1光的吸收和辐射 356

J1.2.2产生激光的条件 358

J1. 3激光的特性及应用 362

J1. 3. 1激光的特性 362

J1.3.2激光的应用 363

第二讲 全息照相 365

J2. 1全息照相的过程与特点 366

J2. 1. 1全息照相与普通照相的区别 366

J2. 1. 2全息照相的记录与再现 366

J2. 1. 3全息照相的特点 368

J2. 2全息照相的基本原理 368

J2. 2. 1波前 368

J2. 2. 2波前的全息记录 369

J2. 2. 3物光波前的再现 370

J2. 2. 4全息照相中的实验技术设备 371

J2. 3全息技术的应用 372

第三讲 光学纤维 376

J3. 1光纤的结构与传光原理 377

J3.1.1阶跃折射率型光纤 377

J3. 1. 2梯度折射率型光纤 379

J3. 1. 3自聚焦光纤 380

J3. 2光纤的特性 381

J3. 2. 1光纤的光学特性 381

J3. 2. 2光纤的传输特性 383

第四讲 纳米技术 387

J4. 1走进纳米世界 387

J4.1. 1纷繁的纳米材料 387

J4.1.2纳米颗粒的奇异特性 388

J4. 1. 3纳米碳管 389

J4. 1. 4纳米固体 390

J4. 1. 5纳米新技术 391

J4. 2扫描隧道显微镜 391

J4. 2. 1 STM的原理简介 392

J4. 2. 2 STM的工作方式 393

J4. 2. 3 STM的发展 393

J4. 2. 4 STM的应用 396

第五讲 超导电性 397

J5. 1超导电性的发现 397

J5. 2迈斯纳效应 398

J5. 2. 1迈斯纳效应的发现 398

J5.2.2超导的微观机制 398

J5. 3约瑟夫森隧道效应 399

J55. 3. 1直流约瑟夫森效应 400

J5. 3. 2交流约瑟夫森效应 400

J5. 4超导器件 401

J5. 4. 1超导量子干涉器 401

J5. 4. 2电压基准 401

J5.4.3弱电磁波的产生和检测 401

J5. 4. 4超导磁体 402

J5. 4. 5超导的其他应用 402

第六讲 液晶 404

J6. 1液晶的基本特征 404

J6. 1. 1热致液晶 405

J6. 1. 2溶致液晶 406

J6.1. 3液晶的光电特性 407

J6. 1. 4液晶的电光效应 408

J6. 2液晶显示技术 410

J6. 2. 1液晶显示器件的特点与种类 410

J6. 2. 2 TN液晶显示器的构造和工作原理 411

J6. 2. 3 TFT型液晶显示器的原理 412

J6. 3液晶的其他应用 415

J6. 3. 1热色效应的应用 415

J6. 3. 2液晶光学器件 415

J6. 3. 3液晶高分子材料 415

J6. 3. 4液晶与生命科学 416

习题答案 417

参考文献 429