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第1章 质点力学 1

1-1 质点运动的描述 1

1-1-1 质点 参考系 运动方程 1

1-1-2 质点的位移 速度 加速度 3

1-1-3 质点的圆周运动 9

1-1-4 相对运动 12

1-2 牛顿运动定律 13

1-2-1 力学中常见的几种力 13

1-2-2 牛顿运动定律及应用 16

1-3 动量和冲量 19

1-3-1 冲量和动量 质点动量定理 19

1-3-2 质点系动量定理 质点系动量守恒定律 21

1-4 功和能 23

1-4-1 功和功率 24

1-4-2 质点的动能定理 26

1-4-3 质点系的动能定理 27

1-4-4 保守力 系统的势能 28

1-4-5 质点系的功能原理 机械能守恒定律 31

1-4-6 能量守恒定律 33

应用案例 离子推进器 34

思考题 35

习题 36

第2章 刚体的定轴转动 38

2-1 刚体的运动 38

2-1-1 刚体的平动 38

2-1-2 刚体的定轴转动 38

2-2 力矩 转动定律 41

2-2-1 力矩 41

2-2-2 刚体绕定轴转动时的转动定律 43

2-2-3 转动惯量 44

2-2-4 转动定律的应用 45

2-3 质点的角动量和角动量守恒定律 46

2-3-1 质点对定点的角动量 47

2-3-2 质点的角动量定理 47

2-3-3 质点的角动量守恒定律 48

2-4 刚体定轴转动的角动量和角动量守恒定律 48

2-4-1 刚体定轴转动的角动量 48

2-4-2 刚体定轴转动的角动量定理 49

2-4-3 刚体定轴转动的角动量守恒定律 50

2-5 力矩的功 刚体定轴转动的动能定理 51

2-5-1 力矩的功 51

2-5-2 力矩的功率 52

2-5-3 刚体的转动动能 定轴转动的动能定理 52

应用案例 走钢丝表演中的物理——转动定律 54

思考题 56

习题 56

第3章 气体动理论 59

3-1 宏观与微观 统计规律 59

3-1-1 宏观量与微观量 理想气体物态方程 59

3-1-2 分子热运动和统计规律性 61

3-2 理想气体的压强与温度 63

3-2-1 理想气体的微观模型 63

3-2-2 平衡态的统计假设 64

3-2-3 压强公式的推导 65

3-2-4 理想气体温度公式 66

3-3 能量均分定理 理想气体的内能 67

3-3-1 气体分子的自由度 67

3-3-2 能量按自由度均分定理 68

3-3-3 理想气体的内能 69

3-4 气体分子热运动的速率分布 70

3-4-1 分子的速率分布函数 70

3-4-2 统计平均值 72

3-4-3 麦克斯韦速率分布律 74

3-4-4 气体分子速率分布的实验测定 74

3-4-5 气体分子的特征速率 75

3-5 气体分子的平均碰撞频率和平均自由程 77

应用案例 保温瓶的真空度 79

思考题 81

习题 82

第4章 热力学基础 83

4-1 热力学第零定律 准静态过程 83

4-1-1 热力学第零定律 83

4-1-2 准静态过程 84

4-2 热力学第一定律 84

4-2-1 热量 功 内能 84

4-2-2 热力学第一定律 86

4-2-3 热力学第一定律的应用 86

4-3 循环过程 卡诺循环 91

4-3-1 循环过程 91

4-3-2 热机和制冷机 92

4-3-3 卡诺循环 94

4-4 可逆和不可逆过程 热力学第二定律 96

4-4-1 可逆过程和不可逆过程 96

4-4-2 卡诺定理 97

4-4-3 热力学第二定律的描述 98

4-4-4 热力学第二定律的数学表示 熵 100

应用案例 提高热机效率的两种方法 100

思考题 103

习题 103

第5章 静电场 105

5-1 库仑定律 电场 电场强度 105

5-1-1 库仑定律 105

5-1-2 电场 电场强度 107

5-1-3 电场强度叠加原理 109

5-1-4 电场强度的计算 110

5-1-5 电场线 113

5-2 高斯定理与环路定理 115

5-2-1 电场强度通量 115

5-2-2 高斯定理 116

5-2-3 电场力的功 120

5-2-4 静电场的环路定理 电势能 122

5-3 电势 电场强度与电势梯度 123

5-3-1 电势 电势差 123

5-3-2 电势叠加原理 电势的计算 125

5-3-3 等势面 电场强度与电势梯度 127

5-4 静电场中的导体与电介质 130

5-4-1 静电场中的导体 130

5-4-2 静电场中的电介质 134

5-5 电容 电容器 静电场的能量 138

5-5-1 电容 电容器 138

5-5-2 静电场的能量 142

应用案例 超级电容器 144

思考题 145

习题 146

第6章 恒定磁场 150

6-1 磁场 磁感应强度 150

6-1-1 磁现象 150

6-1-2 磁感应强度 151

6-2 磁通量 磁场的高斯定理 152

6-2-1 磁感线 152

6-2-2 磁通量 磁场的高斯定理 153

6-3 毕奥-萨伐尔定律 154

6-3-1 毕奥-萨伐尔定律 154

6-3-2 毕奥-萨伐尔定律应用举例 155

6-4 安培环路定理及其应用 158

6-4-1 安培环路定理 158

6-4-2 安培环路定理的应用 159

6-5 带电粒子在磁场中所受作用及其运动 162

6-5-1 洛伦兹力 162

6-5-2 带电粒子在均匀磁场中的运动 162

6-5-3 霍耳效应 164

6-6 磁场对载流导线的作用 165

6-6-1 安培定律 165

6-6-2 磁场对载流线圈的作用 167

6-7 磁介质中的磁场 168

6-7-1 磁介质 磁化强度 168

6-7-2 磁介质中的安培环路定理 磁场强度 170

应用案例 托卡马克装置的磁场 173

思考题 176

习题 177

第7章 电磁感应 电磁场 180

7-1 电磁感应定律 180

7-1-1 电磁感应现象 180

7-1-2 法拉第电磁感应定律 181

7-2 动生电动势和感生电动势 183

7-2-1 动生电动势 183

7-2-2 感生电动势和感生电场 185

7-3 自感和互感 187

7-3-1 自感 187

7-3-2 互感 189

7-4 磁场的能量 190

7-5 位移电流 电磁场基本方程的积分形式 193

7-5-1 位移电流 全电流安培环路定理 193

7-5-2 电磁场 麦克斯韦电磁场方程的积分形式 197

7-5-3 电磁波的产生及基本性质 198

7-5-4 电磁波谱 198

应用案例 无线输电技术 199

思考题 201

习题 202

第8章 机械振动 机械波 205

8-1 简谐振动的描述 205

8-1-1 简谐振动的基本特征 205

8-1-2 描述简谐振动的物理量 207

8-1-3 简谐振动的旋转矢量表示法 210

8-2 常见的简谐振动——单摆 213

8-3 简谐振动的能量 213

8-4 简谐振动的合成 215

8-4-1 同方向、同频率简谐振动的合成 215

8-4-2 同方向、不同频率简谐振动的合成拍 216

8-5 阻尼振动 受迫振动 共振 218

8-5-1 阻尼振动 218

8-5-2 受迫振动 218

8-5-3 共振 219

8-6 机械波的产生和传播 219

8-6-1 机械波的产生 横波和纵波 219

8-6-2 波动过程的描述 220

8-7 平面简谐波的波动方程 222

8-7-1 平面简谐波的波动方程 222

8-7-2 波动方程的物理含义 223

8-8 波的能量 225

8-8-1 波的能量 225

8-8-2 声强与声强级 226

8-9 惠更斯原理 波的衍射和干涉 227

8-9-1 惠更斯原理 227

8-9-2 波的衍射 228

8-9-3 波的干涉与驻波 229

8-10 多普勒效应 235

8-10-1 机械波的多普勒效应 235

8-10-2 电磁波的多普勒效应 237

应用案例 用薄板共振控制噪声 238

思考题 239

习题 240

第9章 光学 242

9-1 光的相干性 242

9-1-1 光源 242

9-1-2 相干光 243

9-2 分波阵面双光束干涉 243

9-2-1 杨氏双缝干涉实验 243

9-2-2 劳埃德镜实验 245

9-2-3 半波损失 246

9-3 分振幅薄膜干涉 246

9-3-1 光程和光程差 246

9-3-2 薄膜干涉 248

9-3-3 等厚干涉 250

9-3-4 迈克耳孙干涉仪 253

9-4 光的衍射 254

9-4-1 光的衍射现象 254

9-4-2 菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射 255

9-4-3 惠更斯-菲涅耳原理 255

9-5 夫琅禾费单缝衍射 255

9-6 平面衍射光栅 258

9-6-1 光栅 258

9-6-2 光栅衍射 259

9-6-3 光栅光谱 261

9-7 自然光 偏振光 262

9-8 起偏和检偏 马吕斯定律 262

9-8-1 偏振片 起偏和检偏 262

9-8-2 马吕斯定律 263

9-9 反射和折射时光的偏振 264

9-10 几何光学简介 266

9-10-1 几何光学的基本实验定律 266

9-10-2 全反射 267

9-10-3 光在平面上的反射、折射成像 267

9-10-4 光在球面上的反射、折射成像 267

9-10-5 薄透镜 269

9-10-6 显微镜、望远镜和照相机 271

应用案例 应用激光干涉探测引力波 273

思考题 275

习题 277

第10章 近代物理基础 280

10-1 狭义相对论的基本概念 281

10-1-1 伽利略变换式 经典时空观 281

10-1-2 狭义相对论的基本原理 282

10-1-3 洛伦兹变换式 283

10-2 狭义相对论的时空观 284

10-2-1 同时的相对性 284

10-2-2 长度的收缩 285

10-2-3 时间的延缓 286

10-3 狭义相对论动力学基础 287

10-3-1 相对论性质量和动量 287

10-3-2 质量与能量的关系 287

10-3-3 动量和能量的关系 288

10-4 黑体辐射 普朗克能量子假设 289

10-4-1 黑体 黑体辐射 289

10-4-2 黑体辐射的经典公式及其困难 291

10-4-3 普朗克的能量子假设 291

10-5 光电效应 光子理论 292

10-5-1 光电效应及其实验规律 293

10-5-2 光的波动理论的困难 294

10-5-3 爱因斯坦光子理论 294

10-5-4 光的波粒二象性 295

10-6 康普顿效应 296

10-6-1 康普顿效应 296

10-6-2 经典电磁理论的困难 297

10-6-3 光子理论的解释 297

10-7 玻尔的氢原子理论 298

10-7-1 氢原子光谱的规律 298

10-7-2 卢瑟福的原子模型 299

10-7-3 玻尔的氢原子理论及其缺陷 300

10-8 德布罗意波 实物粒子的波粒二象性 302

10-8-1 德布罗意波 302

10-8-2 德布罗意波的实验证明 303

10-9 量子力学简介 304

10-9-1 矩阵力学和波动力学 304

10-9-2 波函数 304

10-9-3 薛定谔方程 305

应用案例 原子能 306

思考题 307

习题 308

习题参考答案 309