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第1章 质点运动学 1

1.1描述质点运动的物理量 1

1.1.1质点与参考系 1

1.1.2位置矢量 2

1.1.3位移和路程 2

1.1.4速度和速率 3

1.1.5加速度 5

1.2直角坐标系下质点运动的描述 6

1.3自然坐标系下质点运动的描述 10

1.3.1自然坐标系下的速度与加速度 10

1.3.2圆周运动的角量表示 11

1.4相对运动 12

1.5小结 13

1.6习题 14

第2章 质点动力学 16

2.1牛顿运动定律 16

2.1.1牛顿三定律 16

2.1.2力学中常见的力 19

2.2力的时间累积效应——动量定理 动量守恒定律 26

2.2.1质点的动量定理 26

2.2.2质点系动量定理 29

2.2.3质心及质心运动定理 30

2.2.4动量守恒定律 31

2.3力的空间累积效应——功动 能动 能定理 33

2.3.1功与功率 33

2.3.2动能与动能定理 36

2.4功能原理 机械能守恒定律 碰撞 38

2.4.1势能 38

2.4.2功能原理 43

2.4.3机械能守恒定律 44

2.4.4碰撞 48

2.5质点的角动量定理及角动量守恒定律 51

2.5.1质点的角动量 51

2.5.2质点的角动量定理 51

2.5.3质点的角动量守恒定律 52

2.6小结 52

2.7习题 53

第3章 狭义相对论 58

3.1伽利略相对性原理与伽利略变换 58

3.1.1伽利略相对性原理 58

3.1.2伽利略变换 59

3.1.3经典时空观 60

3.2爱因斯坦假设与洛伦兹变换 61

3.2.1狭义相对论产生的背景和条件 61

3.2.2爱因斯坦假设 62

3.2.3洛伦兹变换 62

3.3狭义相对论时空观 64

3.3.1同时性的相对性 64

3.3.2动钟变慢效应 64

3.3.3长度收缩效应 65

3.3.4速度变换法则 66

3.4狭义相对论动力学基础 67

3.4.1质速关系 67

3.4.2相对论动力学基本方程 68

3.4.3质能关系 69

3.4.4能量-动量关系 70

3.5小结 71

3.6习题 71

第4章 刚体的运动 73

4.1刚体运动的描述 73

4.1.1平动和转动 73

4.1.2刚体的定轴转动 74

4.2转动定律 转动惯量 75

4.2.1刚体的转动定律 75

4.2.2刚体的转动惯量 76

4.2.3转动定律的应用 79

4.3力矩的功 转动动能 81

4.3.1力矩的功 81

4.3.2刚体的转动动能 82

4.3.3刚体绕定轴转动的动能定理 83

4.4角动量定理及角动量守恒定律 83

4.4.1刚体对转轴的角动量 83

4.4.2刚体对转轴的角动量定理 83

4.4.3刚体对转轴的角动量守恒定律 84

4.5小结 85

4.6习题 85

第5章 机械振动 88

5.1简谐振动 88

5.1.1弹簧振子运动 88

5.1.2简谐运动方程 89

5.1.3简谐运动速度和加速度 90

5.2简谐振动的振幅 角频率 位相（相位） 91

5.2.1振幅 91

5.2.2周期 频率 圆频率 91

5.2.3相位（位相） 92

5.3简谐运动的旋转矢量表示法 94

5.4简谐运动的能量 97

5.5简谐运动的合成 99

5.5.1两个同方向同频率简谐运动的合成 99

5.5.2同方向不同频率简谐运动的合成 101

5.6阻尼振动 受迫振动 共振 102

5.6.1阻尼振动 102

5.6.2受迫振动 104

5.6.3共振 105

5.7小结 106

5.8习题 108

第6章 机械波 110

6.1机械波的产生和传播 110

6.1.1机械波产生的条件 110

6.1.2横波与纵波 111

6.1.3波动的几何描述 112

6.1.4描述波动的几个物理量 112

6.2平面简谐波的波函数 114

6.2.1波动方程建立 114

6.2.2波动方程的物理意义 115

6.2.3平面简谐波波动方程 120

6.3波的能量 能流和能流密度 120

6.3.1波的能量 121

6.3.2能流和能流密度 123

6.4惠更斯原理及应用 124

6.4.1惠更斯原理 124

6.4.2波的衍射现象 125

6.4.3波的反射与折射 126

6.5波的叠加原理 波的干涉 127

6.5.1波的叠加原理 127

6.5.2波的干涉 127

6.6驻波 130

6.6.1驻波方程 130

6.6.2驻波的特点 130

6.6.3驻波实验 132

6.6.4问题讨论 132

6.7多普勒效应 133

6.7.1多普勒效应含义 133

6.7.2多普勒效应中频率表达式 133

6.8小结 134

6.9习题 137

第7章 气体动理论 140

7.1气体动理论的基本概念 140

7.1.1热力学系统 140

7.1.2平衡态 平衡过程 141

7.1.3状态参量 142

7.1.4理想气体的状态方程 143

7.1.5分子热运动的无序性 144

7.1.6统计规律 145

7.2理想气体的压强和温度公式 146

7.2.1理想气体的微观模型 146

7.2.2理想气体压强公式的推导 147

7.2.3温度的本质和统计意义 149

7.3能量按自由度均分定理 理想气体的内能 150

7.3.1自由度 151

7.3.2能量均分定理 152

7.3.3理想气体的内能 152

7.4麦克斯韦速率分布 154

7.4.1速率分布函数 154

7.4.2麦克斯韦速率分布律 155

7.4.3三种速率 157

7.4.4测定气体分子速率分布的实验 158

7.5分子碰撞和平均自由程 159

7.6小结 162

7.7习题 163

第8章 热力学基础 165

8.1热力学的基本概念 165

8.1.1改变内能的方式 165

8.1.2热力学第一定律的数学表达式 166

8.1.3功 热量 内能 167

8.2热力学第一定律对理想气体等值过程的应用 169

8.2.1等体过程 170

8.2.2等压过程 170

8.2.3等温过程 173

8.2.4绝热过程 174

8.2.5多方过程 176

8.3循环过程 卡诺循环 179

8.3.1循环过程 179

8.3.2热机和制冷机 180

8.3.3卡诺循环 183

8.4热力学第二定律 185

8.4.1可逆过程与不可逆过程 185

8.4.2热力学第二定律的含义 186

8.4.3卡诺定理 187

8.5热力学第二定律的统计意义和熵的概念 187

8.5.1热力学第二定律的统计意义 187

8.5.2熵 熵增原理 189

8.5.3熵的热力学表示 190

8.6小结 192

8.7习题 193

第9章 真空中的静电场 197

9.1电场强度 场强叠加原理 197

9.1.1电荷 电荷守恒定律 197

9.1.2库仑定律 198

9.1.3电场 场强叠加原理 199

9.2电通量 高斯定理 202

9.2.1电场线 202

9.2.2电通量 203

9.2.3高斯定理 204

9.2.4应用高斯定理求电场强度 206

9.3静电场的环路定理 208

9.3.1静电场力的功 209

9.3.2静电场力的环路定理 209

9.4电势能 电势 210

9.4.1电势能 210

9.4.2电势 210

9.4.3电势的计算 211

9.5电场强度与电势梯度 213

9.5.1等势面 213

9.5.2电势梯度 214

9.6静电场中的导体 215

9.6.1静电平衡条件 215

9.6.2静电平衡时导体上的电荷分布 215

9.6.3静电屏蔽 219

9.7静电场中的电介质 220

9.7.1电介质的电极化现象 220

9.7.2介电强度和介电损耗 222

9.8电位移 有电介质时的高斯定理 222

9.9电容 电容器 224

9.9.1孤立导体的电容 224

9.9.2电容器的电容 224

9.9.3电介质对电容器电容的影响 225

9.9.4几种典型电容器 225

9.9.5电容器的连接 227

9.10静电场的能量 229

9.11静电的其他应用 232

9.11.1静电喷漆 232

9.11.2静电除尘 233

9.11.3静电复印 233

9.12小结 234

9.13习题 237

第10章 恒定磁场 240

10.1磁场 磁感应强度 240

10.1.1磁现象 240

10.1.2磁场、磁感应强度概述 241

10.2毕奥-萨伐尔定律 242

10.2.1毕奥-萨伐尔定律的含义 242

10.2.2毕萨定律的应用举例 243

10.3磁场高斯定理 246

10.3.1磁感应线 246

10.3.2磁通量 247

10.3.3磁场的高斯定理 247

10.4安培环路定理 248

10.4.1安培环路定理的含义 248

10.4.2安培环路定理的应用 249

10.5磁场对电流的作用 253

10.5.1磁场对载流导线的作用 253

10.5.2匀强磁场对平面载流线圈的作用 254

10.6带电粒子在磁场中的运动 256

10.6.1洛伦兹力 256

10.6.2带电粒子在均匀磁场中的运动 256

10.6.3带电粒子在非均匀磁场中的运动 258

10.6.4霍尔效应 258

10.7磁介质 260

10.7.1磁介质的分类 260

10.7.2顺磁质和抗磁质的磁化 260

10.7.3磁介质中的安培环路定理 磁场强度 262

10.7.4铁磁质 265

10.8小结 267

10.9习题 268

第11章 电磁感应 电磁场 271

11.1电磁感应 271

11.1.1电磁感应现象 271

11.1.2电动势 272

11.1.3电磁感应定律 273

11.2感应电动势 274

11.2.1动生电动势 274

11.2.2感生电动势 感生电场 276

11.2.3电子感应加速器 278

11.3自感和互感 279

11.3.1自感 279

11.3.2互感 280

11.4磁场能量 281

11.5麦克斯韦电磁场理论简介 283

11.5.1位移电流 283

11.5.2麦克斯韦方程组的积分形式 285

11.6电磁波谱及其应用 286

11.7小结 288

11.8习题 288

第12章 光的干涉 291

12.1相干光 291

12.1.1普通光源的发光特点 291

12.1.2获得相干光的方法 292

12.2杨氏双缝干涉 光程 292

12.2.1杨氏双缝实验 292

12.2.2杨氏双缝干涉条纹的特点 293

12.2.3光程 光程差 295

12.2.4洛埃镜实验 297

12.3薄膜干涉 297

12.3.1薄膜干涉 297

12.3.2等倾干涉条纹 300

12.3.3等厚干涉条纹 300

12.4干涉现象在工程技术中的应用 305

12.4.1镀膜光学元件 305

12.4.2光学元件表面质量检查 306

12.4.3迈克尔孙干涉仪 307

12.5相干长度 相干时间 308

12.6小结 309

12.7习题 310

第13章 光的衍射 313

13.1光的衍射现象 惠更斯-菲涅尔原理 313

13.1.1光的衍射现象 313

13.1.2惠更斯-菲涅尔原理 314

13.2单缝的夫琅和费衍射 315

13.2.1单缝衍射实验 315

13.2.2菲涅尔半波带法 315

13.2.3单缝衍射条纹的特点 317

13.3光栅衍射 319

13.3.1光栅衍射现象 319

13.3.2光栅衍射规律 319

13.3.3光栅衍射条纹的特征 321

13.3.4光栅光谱 323

13.4光学仪器的分辨本领 324

13.4.1圆孔的夫琅和费衍射 324

13.4.2光学仪器的分辨率本领 325

13.5 X射线的衍射 326

13.5.1 X射线的衍射 326

13.5.2布喇格公式 327

13.6小结 328

13.7习题 328

第14章 光的偏振 330

14.1光的偏振性 330

14.1.1偏振现象与横波 330

14.1.2自然光 偏振光 330

14.2马吕斯定律 331

14.2.1偏振片的起偏和检偏 331

14.2.2马吕斯定律 332

14.3反射光和折射光的偏振 布儒斯特定律 333

14.3.1反射光和折射光的偏振 333

14.3.2布儒斯特定律 333

14.4光的双折射 335

14.4.1双折射现象 335

14.4.2寻常光 非常光 335

14.4.3晶体光学的几个概念 336

14.4.3用惠更斯原理解释双折射现象 337

14.5小结 339

14.6习题 339

第15章 波粒二象性 341

15.1光的本性 341

15.1.1光本性的争论 341

15.1.2光的本性 341

15.2热辐射 普朗克量子假设 342

15.2.1热辐射 342

15.2.2黑体 343

15.2.3黑体辐射规律 343

15.2.4普朗克量子假设 344

15.3光电效应 345

15.3.1光电效应 345

15.3.2光电效应的实验规律 346

15.3.3经典电磁理论的困难 348

15.3.4光子假说 爱因斯坦方程 348

15.4康普顿效应 349

15.4.1康普顿效应的实验规律 349

15.4.2康普顿效应的理论解释 350

15.5实物粒子的波粒二象性 352

15.5.1德布罗意物质波假设 352

15.5.2德布罗意波的实验验证 353

15.5.3德布罗意波的统计解释 356

15.6不确定关系 357

15.7小结 359

15.8习题 360

第16章 量子力学基础 362

16.1波函数 薛定谔方程 362

16.1.1波函数 362

16.1.2薛定谔方程 363

16.2薛定谔方程的应用 366

16.2.1一维无限深方势阱 366

16.2.2隧道效应 368

16.3氢原子 369

16.3.1氢原子光谱的实验规律 369

16.3.2玻尔的氢原子理论 371

16.3.3氢原子的量子力学处理方法 374

16.3.4多电子原子中电子分布 380

16.4小结 381

16.5习题 382

习题答案 384