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绪论 1

第1篇 力学 7

第1章 质点运动的基本规律 7

1.1几个基本概念 7

1.1.1质点和质点系 7

1.1.2参考系和坐标系 7

1.1.3时间和空间 8

1.1.4国际单位制和量纲 9

1.2.描述质点运动的物理量 10

1.2.1位矢 10

1.2.2位移 10

1.2.3速度 11

1.2.4加速度 12

1.3描述质点运动的坐标系 13

1.3.1直角坐标系 13

1.3.2自然坐标系 15

1.3.3质点运动学的两类基本问题 17

1.4圆周运动的角量描述 22

1.4.1圆周运动的角量 22

1.4.2线量和角量的关系 23

1.5相对运动 24

1.6牛顿运动定律及其应用 27

1.6.1牛顿运动定律 27

1.6.2力学中常见的三种力 29

1.6.3牛顿运动定律的应用 31

1.6.4惯性系和非惯性系 36

1.6.5牛顿运动定律的适用范围 37

1.7非惯性系中的力学定律 38

1.7.1加速平动参考系中的惯性力 38

1.7.2匀速转动参考系中的惯性离心力 39

习题 41

第2章 守恒定律 46

2.1功与动能定理 46

2.1.1变力做功 46

2.1.2功率 48

2.1.3质点的动能定理 49

2.1.4质点系的动能定理 52

2.2保守力与势能 53

2.2.1保守力和非保守力 53

2.2.2势能 56

2.2.3由势能求保守力 57

2.3功能定理与机械能守恒定律 58

2.3.1功能定理 58

2.3.2机械能守恒定律 60

2.4能量守恒定律 61

2.5动量定理与动量守恒定律 62

2.5.1动量 62

2.5.2质点的动量定理 62

2.5.3质点系的动量定理 66

2.5.4质点系的动量守恒定律 68

2.5.5火箭飞行原理 70

2.5.6碰撞 71

2.6质心与质心运动定理 74

2.6.1质心 74

2.6.2质心运动定理 76

2.7角动量定理与角动量守恒定律 79

2.7.1质点的角动量 79

2.7.2力对点的力矩 80

2.7.3质点的角动量定理 80

2.7.4质点的角动量守恒定律 81

2.8守恒定律的综合应用 82

2.8.1守恒定律的意义 82

2.8.2守恒定律综合应用基本方法 83

习题 86

第3章 刚体的定轴转动 92

3.1刚体运动的描述 92

3.1.1刚体模型 92

3.1.2刚体的平动和转动 92

3.1.3刚体定轴转动的描述 93

3.2转动动能与转动惯量 95

3.2.1转动动能 95

3.2.2转动惯量的计算 96

3.3刚体定轴转动定律 99

3.3.1力矩 99

3.3.2转动定律 100

3.3.3转动定律的应用 101

3.4刚体定轴转动中的功能关系 103

3.4.1力矩做功 104

3.4.2刚体定轴转动的动能定理 104

3.4.3刚体的重力势能 105

3.4.4含有刚体力学系统的机械能守恒定律 105

3.5刚体的角动量定理与角动量守恒定律 107

3.5.1刚体对定轴的角动量 107

3.5.2刚体定轴转动的角动量定理 108

3.5.3刚体定轴转动的角动量守恒定律 108

习题 111

第2篇 波动学 119

第4章 机械振动 119

4.1简谐振动 119

4.1.1简谐振动的特征 119

4.1.2简谐振动的速度和加速度 120

4.1.3单摆和复摆 121

4.2描述简谐振动的物理量 122

4.2.1振幅 122

4.2.2周期 122

4.2.3相位和初相 123

4.2.4振幅和初相的确定 124

4.3简谐振动的旋转矢量法 127

4.4简谐振动的能量 131

4.5简谐振动的合成 134

4.5.1两个同方向同频率简谐振动的合成 134

4.5.2两个同方向不同频率简谐振动的合成 136

4.5.3两个相互垂直同频率简谐振动的合成 138

4.5.4两个相互垂直不同频率简谐振动的合成 140

4.6阻尼振动与受迫振动 141

4.6.1阻尼振动 141

4.6.2受迫振动 142

习题 144

第5章 机械波 149

5.1机械波的产生与传播 149

5.1.1机械波的产生 149

5.1.2横波和纵波 150

5.1.3波的几何描述 150

5.2描述波的物理量 151

5.2.1波长 151

5.2.2周期和频率 151

5.2.3波速 151

5.3平面简谐波 153

5.3.1平面简谐波的波动方程 153

5.3.2平面简谐波的微分方程 155

5.4平面简谐波的能量 157

5.4.1波的能量 157

5.4.2波的能量密度 158

5.4.3波的能流和能流密度 159

5.5惠更斯原理及应用 160

5.5.1惠更斯原理 160

5.5.2波的衍射 161

5.6波的叠加原理及应用 162

5.6.1波的叠加原理 162

5.6.2波的干涉 162

5.6.3驻波 165

5.6.4半波损失 167

5.6.5弦线上的驻波 167

5.7多普勒效应 170

习题 172

第6章 波动光学 177

6.1几何光学简介 177

6.1.1光线 177

6.1.2光的反射和折射 178

6.1.3透镜 180

6.2光波及其相干条件 181

6.2.1光波 181

6.2.2光的相干性 183

6.2.3相干光的获得 185

6.3光程与光程差 186

6.3.1光程 186

6.3.2光程差 186

6.3.3附加光程差 187

6.3.4使用透镜不会引起附加的光程差 187

6.4光的干涉 188

6.4.1杨氏双缝干涉 188

6.4.2劳埃德镜实验 190

6.4.3薄膜干涉 193

6.4.4迈克耳孙干涉仪 201

6.5光的衍射 202

6.5.1光的衍射现象及其分类 202

6.5.2惠更斯-菲涅耳原理 204

6.5.3单缝衍射 204

6.5.4圆孔衍射 209

6.5.5光栅衍射 211

6.5.6 X射线的衍射 216

6.6光的偏振 218

6.6.1自然光和线偏振光 218

6.6.2起偏和检偏 219

6.6.3马吕斯定理 221

6.6.4布儒斯特定律 222

6.6.5双折射现象 224

习题 225

第3篇 热学 233

第7章 气体动理论 233

7.1分子运动的基本概念 233

7.1.1气体分子运动的实验基础 233

7.1.2统计规律 235

7.2理想气体的物态方程 236

7.2.1气体的状态参量 236

7.2.2平衡态 237

7.2.3热力学第零定律 238

7.2.4理想气体的物态方程 238

7.3理想气体的压强公式 239

7.3.1理想气体的微观模型和统计性假设 239

7.3.2理想气体的压强公式 240

7.4理想气体的温度公式 242

7.5能量按自由度均分的统计规律 244

7.5.1分子运动的自由度 244

7.5.2能量均分定理 245

7.5.3理想气体的内能 246

7.6气体分子速率分布的统计规律 247

7.6.1速率分布函数 247

7.6.2麦克斯韦速率分布律 248

7.6.3麦克斯韦速率分布律的应用 250

7.7玻耳兹曼分布律 252

7.7.1玻耳兹曼分布律 252

7.7.2重力场中粒子按高度的分布 253

7.7.3等温气压公式 253

7.8气体分子碰撞的统计规律 254

7.9真实气体的范德瓦耳斯方程 257

习题 260

第8章 热力学基础 263

8.1热力学中的基本概念 263

8.1.1准静态过程 263

8.1.2内能 264

8.1.3功 264

8.1.4热量 265

8.2热力学第一定律 266

8.2.1热力学第一定律的表述 266

8.2.2热力学第一定律对理想气体的应用 267

8.3循环过程与卡诺循环 276

8.3.1循环过程 276

8.3.2卡诺循环 278

8.4热力学第二定律 282

8.4.1可逆过程和不可逆过程 282

8.4.2热力学第二定律的两种表述 283

8.5熵与熵增加原理 285

8.5.1熵的引入 285

8.5.2熵增加原理 288

8.6热力学第二定律的统计意义 290

8.6.1热力学第二定律的微观意义 290

8.6.2玻耳兹曼熵公式 292

习题 293

习题参考答案 298

附录A矢量 306

附录B常用基本物理常量 315

附录C本书中常用物理量的符号和单位 316

参考文献 319