物理学概论PDF电子书下载

概述篇 1

第0章 绪论 1

0.1物理学和物质世界 1

0.1.1物理学描绘了物质世界 1

0.1.2物理学的两个前沿理论 2

0.1.3物理学使人们深刻认识物质世界 5

0.2物理学科学思维与研究方法 5

0.2.1物理学的研究方法 5

0.2.2物理学家的科学态度 6

0.3物理学与其他学科发展 7

习题 10

力学篇 11

第1章 天体运动与牛顿力学 11

1.1人类宇宙观的发展 11

1.1.1古代人类对天体运动的认识 11

1.1.2新宇宙观的诞生——哥白尼的太阳中心说 12

1.1.3行星运动之谜的揭开——开普勒行星运动三定律 14

1.1.4目前观测的宇宙概貌 17

1.2质点运动的描述 17

1.2.1理想模型 自由度 17

1.2.2描述质点运动的物理量 18

1.2.3运动的坐标表示 20

1.2.4直线运动 圆周运动 22

1.3牛顿运动定律 24

1.3.1牛顿运动定律 24

1.3.2牛顿第二定律的积分形式——运动定理 27

1.3.3非惯性系与惯性力 28

1.4引力思想与万有引力定律 30

1.4.1引力思想的发展 30

1.4.2万有引力定律 引力质量与惯性质量 34

1.4.3万有引力的生动例证——海王星的发现 35

1.5物理学研究路线之一——因果律与决定论 36

教学参考1.1潮汐现象 38

习题 39

第2章 对称性与守恒定律 43

2.1动量定理和动量守恒定律 43

2.1.1动量定理 43

2.1.2动量守恒定律 44

2.2角动量定理和角动量守恒定律 46

2.3动能定理和机械能守恒定律 46

2.3.1动能定理 46

2.3.2保守力 势能 47

2.3.3机械能守恒定律 50

2.4刚体的定轴转动 51

2.4.1刚体的定轴转动 51

2.4.2刚体定轴转动的基本方程 52

2.4.3转动惯量及其计算 53

2.5嫦娥奔月 56

2.5.1三种宇宙速度 56

2.5.2人类航天事业的发展 59

2.5.3嫦娥奔月 62

2.6对称性与守恒定律 66

2.6.1对称性 67

2.6.2对称性原理 70

2.6.3对称性与守恒定律 70

2.6.4对称性原理在物理学的发展中起着重要的指导作用 72

2.6.5 20世纪扩大了对称性的作用 72

2.7牛顿力学的内在随机性 混沌现象 73

教学参考2.1宇称守恒与不守恒 75

教学参考2.2国际单位制和量纲 78

习题 81

第3章 运动与时空 85

3.1经典时空观 85

3.1.1牛顿时空观的相对性与绝对性 85

3.1.2运动的相对性 速度合成 86

3.1.3伽利略相对性原理——牛顿物理学的相对性 87

3.2相对论时空观 91

3.2.1狭义相对论的两条重要思想 92

3.2.2狭义相对论的运动学效应 95

3.3洛伦兹变换——狭义相对论运动学的核心 103

3.4相对论速度变换定律——光速是极限 105

3.5质量的相对性 106

3.5.1惯性质量与速度的关系 106

3.5.2相对论动量及动力学规律 108

3.6质能关系——新时代的标志 109

3.6.1相对论动能 109

3.6.2质能关系 110

习题 112

第4章 引力与时空——广义相对论 117

4.1广义相对论的两条基本原理 117

4.1.1狭义相对论的局限性 117

4.1.2等效原理 117

4.1.3广义相对性原理 120

4.2引力场的时空弯曲 121

4.3宇宙的形状和命运 126

4.4宇宙的起源——大爆炸与宇宙膨胀 128

4.4.1宇宙膨胀——哈勃红移 128

4.4.2宇宙大爆炸 128

4.4.3大爆炸理论预言的一些验证 132

4.5引力坍缩——星系的诞生与演化 134

4.6恒星的末日——黑洞 136

4.6.1引力坍缩形成致密天体 137

4.6.2脉冲星是一种致密天体 138

4.6.3中子星 黑洞 138

4.7广义相对论的可观测效应 140

4.7.1水星近日点的进动 140

4.7.2引力红移 141

4.7.3光线弯曲 142

4.7.4雷达回波延迟 142

4.7.5引力波 143

习题 144

波动篇 147

第5章 振动与波动 147

5.1胡克定律与弹性势能 147

5.2振动运动学——简谐振动的描述 148

5.2.1简谐振动表达式 148

5.2.2描述简谐振动的特征量 149

5.2.3简谐振动的旋转矢量图示法 150

5.3简谐振动动力学 151

5.3.1自由振动 151

5.3.2阻尼振动 152

5.3.3受迫振动 153

5.4简谐振动的能量 153

5.5简谐振动的合成 154

5.6平面简谐波的描述 155

5.6.1平面简谐波的传播 155

5.6.2平面简谐波的波动表达式 156

5.6.3波的能量 158

5.7波的叠加 159

5.7.1波的干涉现象 159

5.7.2驻波 161

5.8多普勒效应 162

5.8.1机械波的多普勒效应 163

5.8.2电磁波的多普勒效应 165

5.9复杂运动的傅里叶分析 165

习题 166

第6章 波动光学 169

6.1光的微粒说与波动说 169

6.2光的干涉及应用 172

6.2.1光程 光程差 相干条件 172

6.2.2分波前干涉 杨氏双缝实验 176

6.2.3分振幅干涉 迈克耳孙干涉仪 178

6.3光的衍射 184

6.3.1光的衍射现象和惠更斯-菲涅耳原理 184

6.3.2奠定波动说的重要实验——圆屏衍射 185

6.3.3夫琅禾费单缝衍射 186

6.3.4夫琅禾费圆孔衍射 光学仪器分辨本领 187

6.3.5光栅衍射 192

6.3.6晶体对X射线的衍射 196

6.4光的偏振 198

6.4.1光的五种偏振态 198

6.4.2马吕斯定律 202

6.4.3布儒斯特定律 203

6.4.4光在各向异性晶体中的双折射现象 204

6.4.5偏振光的产生与检验 207

习题 208

电磁篇 213

第7章 静电场和恒定磁场 213

7.1静电现象与静磁现象的早期认识 213

7.2静电场的基本规律 215

7.2.1库仑定律的建立及类比方法 215

7.2.2电场与电场强度 220

7.2.3静电场的高斯定理E通量 222

7.2.4静电场的环路定理 电势 224

7.3静电场中的导体和电介质 226

7.3.1静电场中的导体 226

7.3.2静电场中的电介质 228

7.4静电场的能量 230

7.5稳恒磁场 231

7.5.1磁场 磁感应强度 231

7.5.2稳恒磁场的高斯定理和安培环路定理 235

7.5.3磁场对运动电荷的作用 238

7.5.4磁场对载流导线的作用 安培力 241

7.5.5带电粒子在电场和磁场中所受的力——洛伦兹公式 243

7.5.6磁性的来源 244

教学参考7.1磁流体发电 245

教学参考7.2生物磁学 246

习题 248

第8章 电磁感应定律与麦克斯韦电磁理论 253

8.1电磁感应定律 253

8.1.1电磁感应现象的发现 253

8.1.2法拉第电磁感应定律 256

8.1.3动生电动势和感生电动势 259

8.1.4电磁感应定律发现过程中的物理学思想与方法 260

8.2磁场的能量 264

8.2.1互感与自感 264

8.2.2磁场的能量 267

8.3电磁场的能量 268

8.4麦克斯韦电磁理论 269

8.4.1涡旋电场 269

8.4.2位移电流 270

8.4.3麦克斯韦电磁场方程组（积分形式） 272

8.4.4电磁场建立过程中的物理学思想与方法 273

8.5电、磁、光大综合 274

8.5.1电磁波预言 赫兹实验 274

8.5.2电磁波谱 277

8.5.3伟大的综合 279

习题 280

统计量子篇 283

第9章 气体动理论和热力学基础 283

9.1气体分子的微观结构 283

9.1.1热力学系统的基本概念 285

9.1.2热的本质 热力学温标 理想气体物态方程 285

9.1.3理想气体的压强和温度 288

9.1.4能量均分定理——理想气体的内能 290

9.1.5麦克斯韦分布率和玻耳兹曼分布律 293

9.1.6范德瓦尔斯气体方程 297

9.1.7物理学研究路线之二——随机事件的统计规律性（统计规律性与因果律的对立） 298

9.2热力学第一定律 300

9.2.1热力学第一定律 300

9.2.2热力学第一定律对理想气体准静态过程的应用 303

9.2.3热机效率与卡诺循环 305

9.3热力学第二定律 307

9.3.1热力学第二定律 307

9.3.2可逆与不可逆过程 308

9.3.3熵与熵增加原理 309

9.3.4熵与微观态 311

教学参考9.1温度的早期认识及其利用 311

习题 312

第10章 通往微观世界的三大发现——原子结构与核辐射 315

10.1电子的发现和X射线的发现 316

10.1.1电子的发现与汤姆孙原子模型 316

10.1.2 X射线的发现 318

10.2原子的核式模型 320

10.2.1卢瑟福的原子核式模型 320

10.2.2原子的玻尔理论 322

10.3核结构和核力 325

10.3.1原子核的结构 325

10.3.2一种新的相互作用力——核力 327

10.4原子核的放射性 330

10.4.1放射性的发现 330

10.4.2 α、β3和γ放射性衰变 331

10.4.3核子结构 333

10.5放射性的衰变规律 334

10.5.1半衰期 334

10.5.2核衰变时间的估计及其应用 336

10.6探索微观世界的近代技术 338

10.6.1电子显微镜 338

10.6.2高能粒子加速器 341

10.7同步辐射的发现和特性 343

10.7.1同步辐射的发现 343

10.7.2同步辐射的特性 345

10.8裂变与聚变——原子能及其和平利用 346

10.8.1核裂变与裂变能——电能的源泉 346

10.8.2核聚变与聚变能——无限丰富的优越能源 350

习题 352

第11章量子物理基础理论 355

11.1物质世界的量子化 356

11.1.1黑体辐射——能量量子化 356

11.1.2光电效应——光量子 359

11.1.3氢原子光谱——原子结构量子化 360

11.2波粒二象性 361

11.3概率波 365

11.4不确定关系 368

11.5泡利不相容原理 371

11.6描述微观粒子状态的基本方程 372

11.6.1波函数 372

11.6.2描述微观粒子状态的基本方程——薛定谔方程 372

习题 374

部分习题答案 377

附录1基本物理常量表 386

附录2物理量的名称、符号和单位 387

附录3诺贝尔物理学奖历届获奖者名录（1901—2011） 390

参考文献 396