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模块1 力学 2

第1章 质点运动学 2

1.1质点 参考系 运动方程 2

1.1.1质点 2

1.1.2参考系和坐标系 3

1.1.3运动方程 3

1.1.4时间和时刻 3

1.2位移 速度 加速度 3

1.2.1位矢 4

1.2.2位移 4

1.2.3速度 5

1.2.4加速度 5

1.3圆周运动 8

1.3.1切向加速度和法向加速度 8

1.3.2圆周运动的加速度 9

1.3.3圆周运动的角量描述 9

1.3.4线量和角量的关系 11

1.4相对运动 伽利略坐标变换 12

1.4.1伽利略坐标变换式 12

1.4.2速度变换 13

1.4.3加速度变换 14

1.5习题 14

第2章 牛顿运动定律 18

2.1牛顿运动定律 18

2.1.1牛顿第一定律 18

2.1.2牛顿第二定律 19

2.1.3牛顿第三定律 20

2.2几种常见的力 21

2.2.1万有引力 21

2.2.2重力 22

2.2.3弹性力 23

2.2.4摩擦力 23

2.3牛顿定律应用举例 24

2.4非惯性系 惯性力 29

2.5习题 31

第3章 运动的守恒定律 33

3.1动量定理 33

3.1.1质点的动量定理 33

3.1.2质点系的动量定理 34

3.2动量守恒定律 37

3.3质心运动 火箭飞行问题 40

3.3.1质心 40

3.3.2质心运动定律 42

3.3.3火箭飞行 44

3.4保守力与非保守力 势能 44

3.4.1功 44

3.4.2保守力与非保守力 46

3.4.3势能 48

3.4.4势能曲线 48

3.5功能原理 能量守恒定律 49

3.5.1质点的动能定理 49

3.5.2质点系的动能定理 50

3.5.3质点系的功能原理 51

3.5.4机械能守恒定律 51

3.5.5能量守恒定律 52

3.6碰撞问题 52

3.7习题 55

第4章 刚体的转动 59

4.1刚体 刚体的运动 59

4.1.1刚体的平动和转动 59

4.1.2定轴转动的角量和线量 60

4.2力矩 转动惯量 定轴转动定律 61

4.2.1力矩 61

4.2.2转动定律 62

4.2.3转动惯量和平行轴定理 64

4.3角动量 角动量守恒定律 68

4.3.1质点的角动量和角动量守恒定律 68

4.3.2刚体定轴转动的角动量定理 70

4.3.3刚体定轴转动的角动量守恒定律 71

4.4刚体定轴转动的功能关系 72

4.4.1力矩的功和功率 72

4.4.2刚体的转动动能 73

4.4.3刚体绕定轴转动的动能定理 73

4.5习题 76

模块2 热学 81

第5章 气体动力学 81

5.1热运动的描述 理想气体的状态方程 81

5.1.1气体的状态参量 81

5.1.2平衡态 准静态过程 82

5.1.3理想气体的状态方程 82

5.2分子热运动的统计规律性 83

5.3压强公式 压强的统计意义 85

5.3.1理想气体的微观模型 85

5.3.2理想气体的压强公式及统计意义 85

5.4理想气体分子的平均平动动能与温度的关系 86

5.5能量均分定理 理想气体的内能 87

5.5.1分子的自由度 87

5.5.2能量按自由度均分定理 88

5.5.3理想气体的内能 90

5.6气体分子的速率分布 91

5.6.1速率分布曲线 91

5.6.2麦克斯韦气体分子速率分布律 92

5.6.3三种统计速率 92

5.7分子碰撞 平均自由程 94

5.8习题 95

第6章 热力学基础 98

6.1准静态过程 功 热量 内能 98

6.1.1准静态过程 98

6.1.2功 98

6.1.3热量 99

6.1.4内能 100

6.2热力学第零定律和第一定律 100

6.2.1热力学第零定律 100

6.2.2热力学第一定律 100

6.3理想气体的等体过程和等压过程 101

6.3.1等体过程 101

6.3.2等压过程 102

6.3.3等体摩尔热容 等压摩尔热容 103

6.4理想气体的等温过程和绝热过程 多方过程 106

6.4.1等温过程 106

6.4.2绝热过程 107

6.4.3绝热线和等温线 108

6.5循环过程 卡诺循环 111

6.5.1循环过程 111

6.5.2热机和制冷机 111

6.5.3卡诺循环 113

6.6热力学第二定律 卡诺定理 116

6.6.1热力学第二定律的两种表述 116

6.6.2可逆过程与不可逆过程 117

6.6.3卡诺定理 118

6.7熵 熵增加原理 118

6.7.1熵 118

6.7.2熵变的计算 120

6.7.3熵增加原理 120

6.7.4熵增加原理与热力学第二定律 121

6.8热力学第二定律的统计意义 121

6.8.1玻尔兹曼关系式 121

6.8.2热力学第二定律的统计意义 122

6.9习题 122

模块3 电磁学 127

第7章 真空中的静电场 127

7.1电荷 库仑定律 127

7.1.1电荷 127

7.1.2电荷的量子化 127

7.1.3电荷守恒定律 128

7.1.4库仑定律 128

7.2电场 电场强度矢量 129

7.2.1电场 129

7.2.2电场的强度 130

7.2.3电场强度叠加原理 131

7.2.4电场强度的计算 132

7.3电场强度通量 高斯定理 137

7.3.1电场线 137

7.3.2电场强度通量 137

7.3.3高斯定理 138

7.3.4高斯定理的应用 140

7.4静电场的环路定理 电势 144

7.4.1静电场力的功 144

7.4.2静电场的环路定理 145

7.4.3电势能 146

7.4.4电势 电势差 146

7.4.5电势叠加原理 147

7.5等势面 150

7.6习题 152

第8章 静电场中的导体与电介质 155

8.1静电场中的导体 155

8.1.1静电感应 导体的静电平衡 155

8.1.2静电平衡时导体上的电荷分布 156

8.1.3空腔导体内外的静电场与静电屏蔽 158

8.2静电场中的电介质 160

8.2.1电介质的极化 160

8.2.2电极化强度矢量 电极化强度与极化电荷的关系 161

8.2.3介质中的静电场 161

8.2.4有电介质时的高斯定理 电位移 162

8.3电容与电容器 164

8.3.1孤立导体的电容 164

8.3.2电容器的电容 165

8.3.3电容器电容的计算 165

8.3.4电容器的串联和并联 167

8.4静电场的能量 168

8.5习题 170

第9章 恒定电流的磁场 173

9.1恒定电流 173

9.1.1电流 电流密度 173

9.1.2电源电动势 175

9.2磁感应强度 176

9.2.1基本磁现象 176

9.2.2磁感应强度矢量 177

9.3电流的磁场 毕奥—萨伐尔定律 178

9.3.1毕奥-萨伐尔定律 178

9.3.2毕奥-萨伐尔定律的应用 179

9.4磁通量 磁场的高斯定理 181

9.4.1磁感应线和磁通量 181

9.4.2磁场的高斯定理 182

9.5安培环路定理 183

9.5.1安培环路定理 183

9.5.2安培环路定理的应用 184

9.6带电粒子在电场和磁场中的运动 186

9.6.1洛伦兹力 186

9.6.2带电粒子在电磁场中的运动和应用 187

9.6.3霍尔效应 189

9.7磁场对载流导线的作用 190

9.7.1磁场对载流导线的作用力——安培力 190

9.7.2载流线圈的磁矩 磁场对载流线圈的作用 194

9.7.3磁力的功 196

9.8磁场中的磁介质 197

9.8.1磁介质 197

9.8.2磁介质的磁化 磁化强度 198

9.8.3磁介质中的安培环路定理 磁场强度 199

9.9习题 200

第10章 电磁感应与电磁场 205

10.1电磁感应定律 205

10.1.1电磁感应现象 205

10.1.2法拉第电磁感应定律 206

10.1.3楞次定律 207

10.2动生电动势 208

10.3感生电动势 211

10.4自感与互感 213

10.4.1自感系数 自感电动势 214

10.4.2互感系数 互感电动势 215

10.5磁场的能量 216

10.6位移电流 麦克斯韦电磁场理论 217

10.6.1位移电流 全电流定律 217

10.6.2麦克斯韦方程组的积分形式 电磁场 219

10.7习题 221

模块4 机械振动和机械波 225

第11章 机械振动 225

11.1简谐振动 225

11.1.1简谐振动的特征及其表达式 226

11.1.2振幅 周期和频率 相位 226

11.2简谐振动的旋转矢量表示法 230

11.3几种常见的简谐振动 231

11.3.1单摆 232

11.3.2复摆 232

11.4简谐振动的能量 233

11.5简谐振动的合成 235

11.5.1两个同方向同频率简谐振动的合成 235

11.5.2两个同方向不同频率简谐振动的合成拍 237

11.5.3两个相互垂直的同频率的简谐振动的合成 238

11.6阻尼振动 受迫振动 共振 240

11.6.1阻尼振动 240

11.6.2受迫振动 241

11.6.3共振 242

11.7习题 243

第12章 机械波 247

12.1机械波的一般概念 247

12.1.1机械波产生的条件 247

12.1.2横波和纵波 248

12.1.3波面 波前 波线 248

12.2平面简谐波的波函数 251

12.2.1平面简谐波的波函数 251

12.2.2波函数的物理含义 252

12.3波的能量 能流密度 255

12.3.1波的能量 255

12.3.2能流 能流密度 257

12.4惠更斯原理 波的衍射 反射和折射 258

12.4.1惠更斯原理 258

12.4.2波的衍射 259

12.4.3波的反射和折射 259

12.5波的叠加原理 波的干涉 260

12.6驻波 262

12.6.1驻波方程 263

12.6.2半波损失 264

12.6.3驻波的能量 265

12.7多普勒效应 265

12.8习题 269

模块5 波动光学 274

第13章 光的干涉 274

13.1光源 单色性 光程 相干光 274

13.1.1光源 274

13.1.2光源单色性 275

13.1.3光程与光程差 275

13.1.4光的相干现象 277

13.2双缝干涉 278

13.2.1杨氏双缝干涉实验 278

13.2.2干涉条纹的分布 279

13.3薄膜干涉 281

13.3.1等倾干涉 281

13.3.2等厚干涉 284

13.4迈克尔孙干涉仪 287

13.5习题 288

第14章 光的衍射 292

14.1惠更斯—菲涅尔原理 292

14.1.1光的衍射现象 292

14.1.2惠更斯—菲涅尔原理 293

14.1.3菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射 293

14.2单缝衍射 294

14.2.1单缝夫琅禾费衍射 294

14.2.2单峰衍射的条纹空间分布 294

14.3圆孔衍射 296

14.4光栅衍射 297

14.5习题 301

第15章 光的偏振 304

15.1自然光 偏振光 304

15.2偏振片 马吕斯定律 305

15.2.1偏振片 305

15.2.2马吕斯定律 305

15.3反射光和折射光的偏振规律 306

15.4双折射 307

15.4.1双折射现象 308

15.4.2光轴 主平面 308

15.4.3双折射现象的解释 308

15.5椭圆偏振光和圆偏振光 310

15.6习题 310

模块6 近代物理 314

第16章 相对论基础 314

16.1狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 314

16.1.1迈克尔孙—莫雷实验 314

16.1.2狭义相对论的基本原理 315

16.1.3洛伦兹变化式 316

16.2相对论速度变换式 317

16.3狭义相对论的时空观 319

16.3.1关于“同时”的相对性 319

16.3.2时间延缓 320

16.3.3长度收缩 320

16.3.4相对性与绝对性 321

16.4狭义相对论动力学基础 321

16.4.1相对论力学的基本方程 321

16.4.2质量和能量的关系 322

16.4.3动量和能量的关系 323

16.5广义相对论简介 324

16.6习题 325

第17章 量子物理 328

17.1黑体辐射 普朗克的量子假设 328

17.1.1黑体 黑体辐射 328

17.1.2黑体辐射的实验定律 329

17.1.3普朗克量子假设 普朗克黑体辐射公式 330

17.2光电效应 爱因斯坦光子理论 331

17.2.1光电效应的实验规律 331

17.2.2爱因斯坦光子理论 332

17.2.3光的波-粒二象性 333

17.3氢原子光谱 玻尔的氢原子理论 334

17.3.1近代关于氢原子光谱的研究 334

17.3.2玻尔的氢原子理论及其缺陷 335

17.4德布罗意波 337

17.5不确定度关系 338

17.6波函数 薛定谔方程 339

17.6.1波函数 339

17.6.2薛定谔方程 341

17.7一维无限深势阱问题 342

17.7.1一维无限深势阱 342

17.7.2一维势垒 隧道效应 344

17.8量子力学中的氢原子问题 345

17.8.1氢原子的薛定谔方程 345

17.8.2量子化和量子数 346

17.9习题 347

附录 349

参考文献 352