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绪论 1

力学篇 10

第1章 质点运动学 10

1.1 质点 物理模型 参照系 坐标系 11

1.1.1 质点 11

1.1.2 物理模型 11

1.1.3 参照系 12

1.1.4 坐标系 12

1.2 位置矢量 位移 速度 加速度 12

1.2.1 位置矢量 12

1.2.2 位移 13

1.2.3 速度 14

1.2.4 加速度 15

1.2.5 质点运动学的两类基本问题 16

1.3 曲线运动的描述 19

1.3.1 自然坐标系 19

1.3.2 一般的平面曲线运动 19

1.3.3 圆周运动 20

1.3.4 角量与线量的关系 22

1.4 相对运动 23

1.4.1 基本概念 24

1.4.2 同一质点在具有相对运动的两个参照系中的位矢、速度和加速度 24

本章提要 26

习题 26

第2章 质点（系）动力学 28

2.1 牛顿运动定律 29

2.1.1 牛顿第一定律 29

2.1.2 牛顿第二定律 30

2.1.3 牛顿第三定律 30

2.1.4 牛顿运动定律的适用范围 31

2.1.5 牛顿运动定律的应用 31

2.2 非惯性系 惯性力 33

2.2.1 惯性力 33

2.2.2 加速直线运动参照系中的惯性力 34

2.2.3 匀角速度转动参照系中的惯性力——惯性离心力 35

2.2.4 科里奥利力 35

2.3 动量定理 动量守恒定律 36

2.3.1 质点的动量定理 36

2.3.2 质点系的动量定理 38

2.3.3 动量守恒定律 39

2.4 动能定理和机械能守恒定律 42

2.4.1 功 43

2.4.2 功率 44

2.4.3 动能和动能定理 45

2.4.4 质点系的动能定理 46

2.4.5 保守力与势能 47

2.4.6 机械能守恒定律 50

2.4.7 能量守恒定律 52

2.5 角动量 角动量定理 角动量守恒定律 52

2.5.1 力矩 角动量 53

2.5.2 质点的角动量定理 53

2.5.3 质点的角动量守恒定律 54

2.5.4 质点系的角动量定理 54

本章提要 57

习题 57

阅读材料 混沌——确定论系统中的“随机行为” 59

第3章 刚体力学基础 65

3.1 刚体运动的描述 66

3.1.1 刚体的概念 66

3.1.2 刚体的平动 66

3.1.3 刚体的定轴转动 67

3.1.4 刚体的平面平行运动 67

3.2 刚体定轴转动的转动定律 68

3.2.1 刚体的定轴转动定律 68

3.2.2 转动惯量 69

3.2.3 刚体转动定律的应用 72

3.3 刚体定轴转动的动能定理 73

3.3.1 刚体的转动动能 73

3.3.2 力矩的功 74

3.3.3 刚体定轴转动的动能定理 74

3.3.4 刚体的机械能守恒定律 75

3.4 刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律 76

3.4.1 刚体的角动量 76

3.4.2 刚体的角动量定理 76

3.4.3 刚体的角动量守恒定律 77

3.4.4 旋进 77

3.4.5 质点和刚体力学规律对照 78

本章提要 81

习题 82

第4章 机械振动 84

4.1 简谐振动的动力学特征 85

4.1.1 弹簧振子 85

4.1.2 单摆 86

4.2 简谐振动的描述 87

4.2.1 简谐振动的运动学方程 87

4.2.2 简谐振动的速度、加速度 87

4.2.3 描述简谐振动的物理量 88

4.2.4 简谐振动的旋转矢量表示法 90

4.3 简谐振动的能量 93

4.4 简谐振动的合成 94

4.4.1 两个同方向、同频率的简谐振动的合成 94

4.4.2 两个同方向不同频率的谐振动的合成 97

4.4.3 两个相互垂直且同频率的简谐振动的合成 98

4.4.4 两个相互垂直的不同频率的简谐振动的合成 99

4.5 阻尼振动 受迫振动 共振 100

4.5.1 阻尼振动 100

4.5.2 受迫振动 101

4.5.3 共振现象 102

本章提要 103

习题 105

第5章 机械波 107

5.1 机械波的形成和传播 108

5.1.1 机械波的形成 108

5.1.2 描述波的物理量 109

5.2 平面简谐波的波动方程 111

5.2.1 平面简谐波的波动方程 111

5.2.2 波动方程的物理意义 113

5.3 波的能量 115

5.3.1 波的能量和能量密度 115

5.3.2 波的能流密度（波的强度） 116

5.4 惠更斯原理 波的干涉 117

5.4.1 惠更斯原理 117

5.4.2 波的叠加原理 118

5.4.3 波的干涉 119

5.5 驻波 121

5.5.1 驻波方程 121

5.5.2 驻波特点 122

5.5.3 半波损失 122

5.6 多普勒效应 124

本章提要 126

习题 128

阅读材料 超声波及其应用 131

波动光学篇 136

第6章 光的干涉 136

6.1 光源 光的相干性 137

6.1.1 光源 137

6.1.2 光的相干性 138

6.2 光程与光程差 140

6.2.1 光程 光程差 140

6.2.2 透镜不引起附加光程差 142

6.3 分波阵面干涉 142

6.3.1 杨氏双缝干涉实验 142

6.3.2 菲涅耳双面镜 144

6.3.3 洛埃镜 145

6.4 分振幅干涉 145

6.4.1 等倾干涉 146

6.4.2 等厚干涉 149

6.5 迈克尔孙干涉仪 152

本章提要 153

习题 154

第7章 光的衍射 157

7.1 惠更斯-菲涅尔原理 158

7.1.1 光的衍射及分类 158

7.1.2 惠更斯-菲涅耳原理 158

7.2 夫琅禾费单缝衍射 159

7.3 圆孔衍射 光学仪器的分辨率 162

7.3.1 圆孔衍射 162

7.3.2 光学仪器的分辨率 163

7.4 光栅衍射 164

7.4.1 衍射光栅 165

7.4.2 光栅衍射条纹的形成 165

7.5 晶体的X射线衍射 168

本章提要 169

习题 170

阅读材料 全息照相 171

第8章 光的偏振 175

8.1 自然光与偏振光 176

8.1.1 自然光 176

8.1.2 线偏振光 177

8.1.3 部分偏振光 177

8.2 起偏和检偏 马吕斯定律 177

8.2.1 偏振片的起偏和检偏 177

8.2.2 马吕斯定律 178

8.3 反射光和折射光的偏振 180

8.3.1 反射光的偏振 180

8.3.2 布儒斯特定律 180

8.4 光的双折射现象 181

8.4.1 寻常光和非常光 181

8.4.2 惠更斯原理对双折射的解释 182

8.5 偏振光的干涉 183

8.5.1 波晶片 183

8.5.2 圆偏振光和椭圆偏振光的获得 184

8.5.3 偏振光的干涉 184

本章提要 185

习题 186

热学篇 189

第9章 气体动理论 189

9.1 平衡态、温度、理想气体状态方程 190

9.1.1 平衡态 190

9.1.2 热力学第零定律 温度 191

9.1.3 理想气体状态方程 192

9.2 理想气体的压强和温度的统计意义 193

9.2.1 理想气体分子模型及性质 193

9.2.2 理想气体压强的公式及其统计解释 194

9.2.3 理想气体温度的微观解释 195

9.2.4 气体分子的方均根速率 196

9.3 能量均分定理 理想气体的内能 196

9.3.1 自由度 197

9.3.2 能量均分定理 197

9.3.3 理想气体的内能 198

9.4 麦克斯韦速率分布律 199

9.4.1 气体分子的速率分布 200

9.4.2 麦克斯韦速率分布律 201

9.4.3 三个统计速率 201

9.4.4 麦克斯韦速率分布曲线 202

9.5 玻尔兹曼分布律 203

9.6 分子的平均碰撞频率和平均自由程 204

9.6.1 平均碰撞频率 205

9.6.2 气体分子的平均自由程 205

9.7 气体内的输运过程 206

9.7.1 扩散 206

9.7.2 热传导 207

9.7.3 黏滞 208

本章提要 209

习题 209

第10章 热力学基础 212

10.1 准静态过程 213

10.1.1 准静态过程 213

10.1.2 内能、功和热量 213

10.1.3 准静态过程中的功和热量 214

10.2 热力学第一定律 215

10.2.1 热力学第一定律 215

10.2.2 热力学第一定律在理想气体等值变化过程中的应用 216

10.2.3 绝热过程 218

10.3 循环过程 卡诺循环 221

10.3.1 循环过程 221

10.3.2 卡诺循环 223

10.4 热力学第二定律 227

10.4.1 热力学第二定律 227

10.4.2 自然过程的方向性 228

10.4.3 可逆过程与不可逆过程 229

10.4.4 热力学第二定律的微观意义 229

10.5 热力学第二定律的统计意义 熵 230

10.5.1 热力学概率 230

10.5.2 熵 熵增加原理 232

10.5.3 熵的热力学表示 233

本章提要 234

习题 235

阅读材料 熵与信息 237

附录Ⅰ 240

国际单位制（SI） 240

附录Ⅱ 242

常用基本物理常量表 242

附录Ⅲ 243

物理量的名称、符号和单位（SI）一览表 243

附录Ⅳ 246

空气、水、地球、太阳系一些常用数据 246

附录Ⅴ 247

历年诺贝尔物理学奖获得者 247