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第1篇 力学 3

第1章 质点运动学 3

1.1引言 3

1.1.1质点 3

1.1.2参考系 坐标系 3

1.1.3时间和空间的计量 4

1.2质点运动的描述 5

1.2.1位置矢量 位移 5

1.2.2速度 6

1.2.3加速度 7

1.3质点运动学的两类问题 8

1.3.1第一类问题 9

1.3.2第二类问题 11

1.4圆周运动 曲线运动在自然坐标系中的表示 16

1.4.1圆周运动中的切向和法向加速度 16

1.4.2一般曲线运动在自然坐标系中的表示 18

1.4.3圆周运动的角量描述 18

1.4.4圆周运动线量与角量的关系 19

1.5相对运动 22

1.5.1伽利略变换与经典时空观 22

1.5.2相对位移与相对速度的应用 23

提要 26

思考题 27

习题 27

第2章 运动和力 30

2.1牛顿运动定律 30

2.1.1牛顿第一定律 30

2.1.2牛顿第二定律 30

2.1.3牛顿第三定律 31

2.2几种常见的力 31

2.2.1自然界中的4种基本力 32

2.2.2力学中几种常见的力 32

2.3牛顿定律的应用 34

2.4惯性系与非惯性系 36

2.4.1惯性系与非惯性系的定义 36

2.4.2惯性力 37

提要 38

思考题 39

习题 39

第3章 动量和角动量 42

3.1动量定理 动量守恒定律 42

3.1.1质点动量定理 42

3.1.2质点系动量定理 43

3.1.3动量守恒定律 45

3.2质心及质心运动定律 48

3.2.1质心 48

3.2.2质心与重心 49

3.2.3质心运动定律 50

3.3质点的角动量 角动量守恒定律 51

3.3.1角动量 51

3.3.2质点角动量定理 51

3.3.3质点角动量守恒定律 52

提要 54

思考题 54

习题 55

第4章 功和能 57

4.1功 动能定理 57

4.1.1功 57

4.1.2质点的动能定理 58

4.1.3质点系的动能定理 60

4.1.4一对力的功 61

4.2保守力的功 势能 61

4.2.1保守力的功保守力 61

4.2.2势能 63

4.3功能原理 能量守恒定律 66

4.3.1功能原理 机械能守恒定律 66

4.3.2能量守恒定律 67

4.4守恒定律的意义 71

4.4.1守恒定律在方法论上的意义 71

4.4.2守恒定律在科学史上的推动作用 71

4.4.3对称性与守恒定律 71

提要 72

思考题 73

习题 73

第5章 刚体力学基础 76

5.1刚体运动的描述 76

5.1.1刚体及其运动 76

5.1.2刚体定轴转动的描述 77

5.2刚体定轴转动定律 78

5.2.1力矩 78

5.2.2转动定律 78

5.2.3转动惯量 79

5.2.4刚体定轴转动定律的应用 83

5.3刚体定轴转动中的功和能 85

5.3.1转动动能 85

5.3.2力矩的功 85

5.3.3定轴转动中的动能定理 86

5.3.4刚体的重力势能 86

5.3.5机械能守恒定律 86

5.4刚体的角动量守恒定律 87

5.4.1刚体的角动量 87

5.4.2刚体的角动量定律 88

5.4.3角动量守恒定律 88

提要 92

思考题 93

习题 93

第2篇 电磁学 99

第6章 真空中的静电场 99

6.1电荷守恒定律 库仑定律 99

6.1.1电荷守恒定律 99

6.1.2库仑定律 100

6.2电场强度 场的叠加原理 102

6.2.1电场 102

6.2.2电场强度 102

6.2.3点电荷的电场强度 103

6.2.4电场强度叠加原理 103

6.3电场线 电通量 高斯定理 108

6.3.1电场线 108

6.3.2电通量 109

6.3.3高斯定理 111

6.3.4高斯定理的应用 112

6.4电场力的功 电势 116

6.4.1静电场力作功的特点 117

6.4.2电势 118

6.4.3电势的计算 119

6.5电场强度与电势的关系 122

6.5.1等势面 122

6.5.2电场强度与电势的关系 123

提要 125

思考题 127

习题 128

第7章 静电场中的导体和电介质 130

7.1静电场中的导体 130

7.1.1静电感应 静电平衡条件 130

7.1.2静电平衡导体的电荷分布 131

7.1.3空腔导体内外的静电场 132

7.1.4静电屏蔽 133

7.1.5有导体存在时静电场的分析与计算 134

7.2静电场中的电介质 137

7.2.1电介质的极化 137

7.2.2电极化强度 138

7.2.3电极化强度与极化电荷分布的关系 139

7.3电介质中的高斯定理 140

7.4电容器及其电容计算 142

7.4.1孤立导体的电容 142

7.4.2电容器的电容 143

7.4.3计算电容器的电容 143

7.5电场的能量 149

7.5.1孤立带电导体的能量 149

7.5.2电场的能量 149

提要 152

思考题 154

习题 155

第8章 恒定电流 157

8.1电流 欧姆定律 157

8.1.1电流 157

8.1.2欧姆定律 158

8.1.3电流密度矢量 159

8.1.4欧姆定律的微分形式 160

8.2电源的电动势 161

8.3闭合回路和一段含源电路的欧姆定律 162

8.3.1电流的功和功率 焦耳定律 162

8.3.2闭合回路的欧姆定律 163

8.3.3一段含源电路的欧姆定律 164

8.4电容器的充电与放电 165

8.4.1电容器的充电 165

8.4.2电容器的放电 167

提要 167

思考题 168

习题 168

第9章 真空中恒定电流的磁场 171

9.1基本磁现象与本质 171

9.2磁感应强度与磁通量 172

9.2.1磁感应强度 172

9.2.2磁力线 173

9.2.3磁通量 174

9.3载流导体的磁场 175

9.3.1毕奥-萨伐尔定律 175

9.3.2运动电荷的磁场 175

9.3.3毕奥-萨伐尔定律的应用 176

9.4安培环路定理及其应用 181

9.4.1安培环路定理 181

9.4.2安培环路定理的应用 182

9.5磁场对电流的作用 186

9.5.1磁场对载流导线的作用力 186

9.5.2均匀磁场对载流线圈的作用 186

9.5.3磁力矩的功 187

9.6带电粒子在磁场中的运动 191

9.6.1带电粒子在均匀磁场中的运动 磁聚焦 191

9.6.2带电粒子在非均匀磁场中的运动 磁镜 磁约束 192

9.7霍尔效应 194

提要 195

思考题 196

习题 197

第10章 磁场中的磁介质 201

10.1磁介质 201

10.2物质的磁化 202

10.2.1分子电流的起源 202

10.2.2顺磁质和抗磁质的磁化规律 202

10.2.3磁化强度与磁化电流 204

10.3磁介质中的安培环路定理 207

10.3.1磁场强度与磁介质中的安培环路定理 207

10.3.2磁化率 207

10.4铁磁质 212

10.4.1铁磁质的磁化规律 212

10.4.2铁磁质的分类 214

10.4.3铁磁质的微观结构 215

提要 215

思考题 216

习题 217

第11章 变化的磁场与电场 219

11.1电磁感应 219

11.1.1电磁感应现象 219

11.1.2法拉第电磁感应定律 219

11.1.3楞次定律 220

11.2动生电动势 222

11.3感生电动势 感应电场 228

11.4自感应 231

11.5互感应 233

11.6磁场的能量 235

11.7变化电场产生磁场 237

提要 240

思考题 241

习题 242

第12章 麦克斯韦电磁理论 电磁波 246

12.1麦克斯韦方程组 246

12.1.1麦克斯韦方程组的积分形式 246

12.1.2麦克斯韦方程组的微分形式 247

12.2电磁波简介 248

12.2.1电磁波的辐射和传播 248

12.2.2电磁波的波动方程 250

12.2.3平面电磁波 251

12.2.4电磁波谱 电磁波的应用 252

提要 254

思考题 255

参考文献 256

习题答案 257

附录1 266

国际单位制和物理量的量纲 266

国际单位制的单位定义 267

几个保留单位和换算关系 268

附录2 269

基本物理常数表 269