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（下册） 2

第9章 热运动的统计描述 2

第Ⅳ篇 热学 2

§9.1 热现象与热运动 3

一、热现象 3

〈物理趣闻〉壮观的“和平”号“流星雨” 4

二、热现象的宏观规律 4

三、分子热运动的物理图象 6

〈物理之窗〉新中国55年来的重大科技成果 10

§9.2 统计规律 10

一、统计规律的概念 10

第Ⅰ篇 工科物理导论 10

关于“大学物理”课学习方法的对话 10

目录 10

（上册） 10

二、生活中的统计规律 11

三、统计规律的描述 12

第1章 物理世界 13

一、物理学理论 14

§1.1 物理学导论 14

四、统计规律的特点 15

二、物理学理论的统一 15

一、平衡态与状态参量 17

§9.3 理想气体状态方程 17

三、支配宇宙运行的四种基本相互作用 17

二、理想气体状态方程 18

四、粒子物理的标准模型 18

〈课间小憩〉真实气体的范德瓦耳斯方程 19

〈热门话题〉夸克及“渐近自由”现象 20

§9.4 压强和温度的微观意义 20

一、理想气体的微观模型 20

二、压强的微观本质 21

一、物理学为技术的形成提供科学原理 22

§1.2 物理学与工程技术 22

一、宏观、微观、介观、宇观 23

§1.3 物质的物理图象 23

三、物理学左右技术的实施方案 23

二、物理学影响技术进行的路线 23

三、温度的微观本质 23

〈课间小憩〉梦幻神奇的纳米技术 25

§9.5 理想气体的内能 25

一、运动自由度 26

二、物质形态的分类 27

二、能量均分定理 27

三、理想气体的内能 28

一、分子速率分布的实验测定 30

§9.6 麦克斯韦速率分布律 30

三、实物与场 32

二、麦克斯韦速率分布律 32

§1.4 中华人民共和国法定计量单位 33

一、法定计量单位的构成 34

三、三种统计速率 35

〈趣味物理〉方均根速率与大气成分 37

四、麦克斯韦速度分布律 37

二、量纲和量纲分析 37

§9.7 玻耳兹曼能量分布律 38

一、玻耳兹曼能量分布律 38

二、重力场中粒子按高度的分布 39

内容提要 40

练习1 物理世界 40

§9.8 平均自由程与碰撞频率 40

内容提要 43

练习9 热运动的统计描述 44

第Ⅱ篇 力学 45

第2章 时间 空间与运动学 45

§2.1 质点运动学的基本概念 46

一、理想模型 模型化方法 46

二、参考系 坐标系 47

四、空间 49

三、时间 49

第10章 热力学 50

§10.1 准静态过程 51

一、准静态过程 52

二、准静态过程的功 53

五、速度 54

三、热量Q 56

§10.2 热力学第一定律 57

一、等体过程 58

二、等压过程 59

六、加速度 60

三、等温过程 62

四、绝热过程 64

五、多方过程 66

〈物理之窗〉液化气体 68

一、运动描述的相对性 伽利略变换 68

§2.2 质点运动的描述 68

§10.3 循环过程 70

一、循环过程的一般概念 70

二、描述运动的一般方法 72

二、卡诺循环 74

§2.3 质点运动学的解题思路方法 77

二、运动学的解题方法 77

一、运动学的两类问题 77

§10.4 热力学第二定律 78

二、热力学第二定律及其微观意义 79

一、自然过程的不可逆性 79

一、宏观态与微观态 81

§10.5 熵与熵增加原理 81

〈趣味物理〉枪打落猴 81

二、热力学概率与熵 84

三、熵增加原理 85

〈物理学家〉L．玻耳兹曼 86

四、克劳修斯熵公式 87

§2.4 圆周运动的角量描述 88

一、圆周运动的角量描述 88

五、熵与能量 89

二、角量和线量的关系 90

内容提要 90

三、角量和线量的矢量关系 91

练习10 热力学 92

内容提要 94

练习2 时间、空间与运动学 96

第Ⅴ篇 波动 101

第11章 简谐运动 101

§11.1 简谐运动及其特征 102

一、弹簧振子及其运动分析 102

二、简谐运动的特征 103

三、常见的几种简谐运动 105

第3章 牛顿运动定律 105

§3.1 物体运动状态变化的原因 106

一、力的概念 106

二、介绍几种常见的力 107

§11.2 简谐运动的描述方法 110

一、简谐运动方程 110

〈趣味物理〉斜拉桥的奥妙 111

§3.2 牛顿运动定律 112

一、牛顿第二定律 112

〈物理学家〉I．牛顿 114

二、物体具有保持运动状态不变的属性 116

三、力的相互作用性 116

四、牛顿运动定律的适用范围 117

二、振动曲线 119

§3.3 质点动力学的两类问题及解题方法 119

三、旋转矢量 120

§11.3 简谐运动的合成 124

一、两个同方向、同频率简谐运动的合成 124

二、两个同方向、不同频率简谐运动的合成 拍现象 128

〈趣味物理〉摩擦的巧用 130

三、两个相互垂直的简谐运动的合成 130

内容提要 133

§11.4 阻尼振动 受迫振动 135

一、阻尼振动 135

练习3 牛顿运动定律 135

二、受迫振动 137

〈课间小憩〉火车的危险速率 138

内容提要 139

第4章 守恒定律 140

练习11 简谐运动 140

§4.1 力的时间累积效应 141

一、质点的动量定理 141

二、质点系的动量定理 146

三、动量守恒定律 147

四、质心 148

五、动量守恒定律在高科技发展中的应用 149

第12章 波的传播规律 151

一、弹性介质模型 152

§12.1 机械波传播的物理图象 152

二、横波与纵波 153

三、机械波传播的物理图象 154

一、波动的几何描述 155

§12.2 波动的描述方法 155

二、外力对定点的力矩 156

一、质点对定点的动量矩 156

§4.2 质点的动量矩定理和动量矩守恒定律 156

二、波动曲线 157

三、质点对定点的动量矩定理 157

四、质点的动量矩守恒定律 158

五、动量矩守恒与行星运动 159

三、波动方程 160

〈课间小憩〉彗-木世纪相撞 162

§4.3 力的空间累积效应 164

一、功的概念 164

二、质点的动能定理 167

§12.3 波的能量特征 167

§12.4 波的干涉 168

一、波的叠加原理 169

〈物理趣闻〉孤立波与孤立子 169

二、波的干涉 170

三、保守力的功 势能 171

三、驻波 175

四、质点系的功能原理 178

〈课间小憩〉音乐声学 179

五、机械能守恒与转换定律 182

§12.5 波的衍射 183

〈物理之窗〉对称性和守恒定律 183

六、普遍能量守恒与转换定律 184

§12.6 多普勒效应 185

一、机械波的多普勒效应 185

二、电磁波的多普勒效应 188

一、声压、声强和声强级 189

§12.7 声波 189

〈研究进展〉声辐射压与声悬浮技术 192

内容提要 192

练习4 守恒定律 194

二、超声波的原理和应用 195

§12.8 电磁波 198

一、电磁波的理论预见 198

二、赫兹实验 199

三、电磁波的基本性质 201

四、玻印廷矢量S 202

第5章 刚体的定轴转动 203

五、电磁波谱 203

§5.1 刚体运动的基本概念 204

一、刚体模型 204

二、刚体的运动 204

〈课间小憩〉红外技术 204

内容提要 205

三、转动惯性的量度——转动惯量 206

练习12 波的传播规律 208

一、刚体定轴转动的特点与研究思路 209

§5.2 刚体定轴转动的运动学规律 209

二、刚体定轴转动的运动学规律 210

一、刚体定轴转动的转动定律 214

§5.3 刚体定轴转动的动力学规律 214

第13章 光的波动性 218

〈趣味物理〉水利工程中的弧形闸门 219

§13.1 几何光学简介 219

一、光线 光速 219

二、几何光学的基本定律 221

二、刚体定轴转动的动量矩定理 动量矩守恒定律 221

三、几种光学器件的成像原理 224

三、刚体定轴转动的功能原理 机械能守恒定律 226

四、光学仪器 232

〈课间小憩〉旋进与导航 234

一、原子发光机理 波列 235

§13.2 光波的物理图象 235

二、光程 236

内容提要 236

§13.3 光的干涉 238

一、光干涉的一般论述 238

练习5 刚体的定轴转动 238

二、杨氏双缝干涉 240

三、薄膜干涉 244

第Ⅲ篇 电磁学 247

第6章 静电场 247

一、电荷的量子化 248

§6.1 电荷及其相互作用 248

二、起电 电荷守恒定律 249

三、点电荷间的相互作用规律 250

§6.2 从力的观点描述电场的物质性——电场强度E 251

一、电场强度E 252

四、迈克尔逊干涉仪 252

二、电场线 253

三、电场强度的计算方法 254

§13.4 光的衍射 255

一、单缝的夫琅禾费衍射 256

二、光栅的夫琅禾费衍射 263

一、电场强度通量Фc 263

§6.3 静电场的高斯定理 263

二、高斯定理 265

三、运用高斯定理简便计算E的思路和方法 267

一、静电场力做功的特性 272

〈趣味物理〉无镜头摄影技术 272

§6.4 从功能观点描述电场的物质性——电势U 272

二、电势U 273

三、X射线的衍射 274

三、静电场的环路定理 274

四、光学仪器的分辨率 275

四、电势的计算方法 275

〈课间小憩〉相控阵雷达 278

§13.5 光的偏振性 280

一、自然光和偏振光 280

五、等势面 281

二、起偏与检偏 282

六、电场强度和电势的关系 电势梯度 282

三、马吕斯定律 283

四、布儒斯特定律 284

五、双折射现象 285

一、静电感应与静电平衡 286

六、偏振光的应用 286

§6.5 静电场中的导体 286

内容提要 287

二、表面电荷的分布特性 287

三、静电屏蔽 289

练习13 光的波动性 290

〈课间小憩〉等电势与高压带电作业 291

§6.6 静电场中的电介质 298

一、电介质的极化 298

〈课间小憩〉导电性塑料 300

二、电极化强度 300

三、电介质中的电场强度 301

四、有电介质时的电场基本定理 302

〈物理之窗〉新型智能材料——电流变液 305

第14章 相对论 306

第Ⅵ篇 近代物理 306

一、两条基本原理 307

§14.1 狭义相对论的两条基本原理和洛伦兹变换 307

一、孤立导体的电容 307

§6.7 导体的电容 电场能量 307

二、电容器 307

〈物理学家〉A．爱因斯坦 309

二、洛伦兹变换 310

三、电容器的串、并联 310

四、电场能量 313

§14.2 相对论时空观 316

一、同时性的相对性 317

二、时间度量的相对性 时间膨胀 318

内容提要 321

〈趣味物理〉孪生子效应 321

三、空间度量的相对性 长度收缩 322

练习6 静电场 325

四、两种时空观 326

§14.3 相对论动力学结论 327

一、相对论性动量 327

二、相对论运动方程 329

三、质量和能量的关系 330

四、动量和能量的关系 332

第7章 恒定磁场 336

§14.4 广义相对论简介 336

一、等效原理 336

一、电流的形成 337

§7.1 恒定电流的基本概念 337

二、广义相对论的相对性原理 337

二、电流密度 338

三、欧姆定律的微分形式 339

三、广义相对论的预言和验证 339

四、电源电动势 340

〈热门话题〉暗物质和暗能量 341

二、激发磁场的场源 341

一、磁现象 341

§7.2 磁场 341

内容提要 343

三、从力的观点描述磁场的物质性——磁感强度B 344

练习14 相对论 345

〈课间小憩〉地磁场 346

§7.3 电流激发磁场的基本规律 347

一、毕奥-萨伐尔定律 347

第15章 光的量子性 350

一、黑体辐射 351

§15.1 普朗克量子论 351

二、普朗克量子论 353

二、运动电荷产生的磁场 354

§7.4 表述磁场性质的两条定理 355

〈物理学家〉M．普朗克 355

一、高斯定理 356

§15.2 爱因斯坦的光子学说 357

二、安培环路定理 357

一、光电效应的实验规律 357

二、爱因斯坦的光子学说 359

三、运用安培环路定理简便计算B的思路和方法 359

§7.5 磁场对运动电荷和载流导线的作用 364

一、带电粒子在磁场中的运动 364

§15.3 康普顿效应 365

二、霍耳效应 366

三、磁场对载流导线的作用 安培定律 369

§15.4 玻尔氢原子理论 370

一、氢原子光谱规律 370

二、玻尔氢原子理论 371

〈物理学家〉N．玻尔 373

四、磁场对载流线圈的作用 磁力矩 373

五、磁力（磁力矩）的功 375

〈趣味物理〉电磁轨道炮 377

§7.6 磁介质对磁场的影响 379

内容提要 379

一、三类磁介质 379

二、磁介质的磁化 380

三、介质中的安培环路定理 381

练习15 光的量子性 381

四、铁磁质 382

第16章 量子力学引论 385

内容提要 385

练习7 恒定磁场 386

§16.1 实物粒子的波粒二象性 386

一、德布罗意波 387

〈物理学家〉L．德布罗意 388

二、物质波的实验验证 389

〈趣味物理〉德布罗意波与玻尔的量子条件 393

§16.2 不确定关系 394

〈物理学家〉W．海森伯 397

第8章 电磁感应及电磁场 398

一、实验现象观察 399

§8.1 电磁感应的实验研究 399

§16.3 物质波波函数的统计解释 400

二、实验结果分析 400

一、波函数 400

二、玻恩对物质波的统计解释 401

§8.2 电磁感应的基本定律 401

一、法拉第电磁感应定律 401

§16.4 薛定谔方程 402

〈物理学家〉M．法拉第 404

一、一维无限深方势阱 405

§16.5 薛定谔方程的应用 405

二、楞次定律 408

二、势垒和隧道效应 409

§8.3 动生电动势 409

〈物理之窗〉扫描隧穿显微镜（STM） 412

一、感应电场 感生电动势 413

§8.4 感生电动势 413

§16.6 氢原子的量子力学描述 414

一、氢原子的定态薛定谔方程 414

二、氢原子中电子运动的若干结论 415

§16.7 多电子原子中的电子分布 418

一、斯特恩-盖拉赫实验电子自旋 418

二、四个量子数 419

二、涡电流 420

三、多电子原子的壳层结构 420

内容提要 423

〈物理之窗〉电磁悬浮技术 423

§8.5 互感与自感 424

一、互感 424

练习16 量子力学引论 425

二、自感 428

第17章 量子理论的应用 429

一、激光的形成机理 430

§17.1 激光 430

§8.6 磁场的能量 431

二、激光器的结构 433

〈物理之窗〉阿尔法磁谱仪 434

§8.7 麦克斯韦电磁场理论 435

〈课间小憩〉我国第一台激光器 436

三、激光器件 436

一、位移电流 436

二、全电流安培环路定理 438

〈物理前沿〉自由电子激光 439

四、激光的特性与应用 440

〈物理学家〉J．麦克斯韦 441

〈趣味物理〉激光冷冻和俘陷原子 441

三、麦克斯韦方程组 442

§17.2 固体的能带理论 443

一、固体的能带 444

内容提要 445

练习8 电磁感应及电磁场 447

二、导体、半导体和绝缘体的能带结构 447

三、半导体的导电机理 449

〈课间小憩〉诱人的CD技术 454

附录 456

附录Ⅰ 基本物理常量及有关数据的计算用值 456

§17.3 超导电性 457

一、超导体的主要电磁特性 457

附录Ⅱ 常用数学公式 457

二、第二类超导体和磁通量子化 459

三、BCS理论 460

四、约瑟夫森效应 460

索引 461

〈课间小憩〉超导研究的发展历程 462

内容提要 463

练习17 量子理论的应用 464

附录 466

附录Ⅰ 基本物理常量及有关数据的计算用值 466

附录Ⅱ 常用数学公式 468

附录Ⅲ 1901—2005年诺贝尔物理学奖获得者 471