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第1篇 力学 3

第1章 质点运动学 3

1.1 质点、参考系、时间和空间 3

1.1.1 质点 3

1.1.2 参考系 4

1.1.3 坐标系 5

1.1.4 时间和空间 5

1.2 质点运动的矢量描述 6

1.2.1 位置矢量 6

1.2.2 位移 7

1.2.3 速度 8

1.2.4 加速度 9

1.3 圆周运动及其描述 10

1.3.1 切向加速度和法向加速度 11

1.3.2 圆周运动的角量描述 13

1.3.3 线量和角量之间的关系 14

1.4 运动学中的两类问题 14

1.4.1 第一类问题 14

1.4.2 第二类问题 16

1.5 相对运动 17

本章小结 19

阅读材料 科学家简介——伽利略 20

习题 22

第2章 质点动力学 25

2.1 牛顿运动定律 25

2.1.1 牛顿第一定律 25

2.1.2 牛顿第二定律 26

2.1.3 牛顿第三定律 26

2.1.4 国际单位制，量纲 27

2.1.5 常见的力 27

2.1.6 牛顿运动定律的应用 29

2.1.7 非惯性系，惯性力 31

2.2 动量和动量守恒定律 32

2.2.1 质点和质点系的动量定理 32

2.2.2 动量守恒定律 34

2.2.3 质心和质心运动定理 35

2.3 功、机械能和机械能守恒定律 36

2.3.1 功和功率 36

2.3.2 动能与质点动能定理 40

2.3.3 质点系动能定理 42

2.3.4 势能 43

2.3.5 功能原理和机械能守恒定律 44

2.4 质点的角动量和角动量守恒定律 47

2.4.1 力对参考点的力矩 47

2.4.2 质点定点角动量 48

2.4.3 质点的角动量定理 48

2.4.4 质点角动量守恒定律 49

2.4.5 质点系的角动量定理和角动量守恒定律 50

本章小结 51

阅读材料 科学家简介——牛顿 52

习题 55

第3章 刚体力学 59

3.1 刚体运动的描述 59

3.1.1 刚体的平动 59

3.1.2 刚体的定轴转动 60

3.1.3 刚体的平面运动 62

3.2 刚体角动量、转动惯量、转动动能 63

3.2.1 刚体做定轴转动的角动量 64

3.2.2 刚体的转动惯量 64

3.2.3 刚体的转动动能 66

3.3 刚体定轴转动定律 66

3.3.1 力矩 66

3.3.2 定轴转动的转动定律 67

3.4 刚体定轴转动的动能定理 68

3.4.1 力矩的功 68

3.4.2 动能定理 69

3.4.3 定轴转动的角动量定理及角动量守恒 70

3.5 刚体平面平行运动的动力学 70

3.5.1 基本动力学方程 71

3.5.2 刚体平面平行运动的动能及动能定理 71

3.5.3 滚动摩擦 71

3.6 刚体的进动 72

本章小结 73

阅读材料 地球的进动和章动 74

习题 75

第4章 狭义相对论 77

4.1 狭义相对论的两个基本假设 77

4.1.1 牛顿时空观 77

4.1.2 迈克尔逊-莫雷实验 79

4.1.3 爱因斯坦假设 81

4.2 爱因斯坦时空观 81

4.2.1 同时相对性 81

4.2.2 长度收缩 82

4.2.3 时间延缓（或运动钟变慢） 83

4.3 洛伦兹变换 84

4.3.1 洛伦兹坐标变换 84

4.3.2 相对论速度变换 86

4.4 相对论动力学基础 88

4.4.1 质量与速度的关系 89

4.4.2 相对论力学中的质量与动量 89

4.4.3 质量与能量的关系 89

4.4.4 动量与能量之间的关系 90

4.4.5 光子情况 91

本章小结 91

阅读材料 爱因斯坦 92

习题 100

第2篇 电磁学 105

第5章 真空中的静电场 105

5.1 电荷和库仑定律 105

5.1.1 电荷的种类 105

5.1.2 电荷的量子性 106

5.1.3 电荷守恒定律 106

5.2 库仑定律、电场与电场强度 106

5.2.1 库仑定律 106

5.2.2 库仑定律的叠加原理 107

5.2.3 电场和电场强度 109

5.2.4 电场强度的计算 111

5.3 电通量与高斯定理 116

5.3.1 电场线 116

5.3.2 电场强度通量（电通量） 117

5.3.3 真空中的高斯定理 118

5.3.4 高斯定理应用 120

5.4 静电场的环路定理及电势与电势能 125

5.4.1 静电场的环路定理 125

5.4.2 电势能和电势 126

5.4.3 电势的计算和电势的叠加原理 127

5.4.4 等势面及场强与电势的关系 130

本章小结 131

阅读材料 静电场的应用 132

习题 134

第6章 静电场中的导体与电介质 138

6.1 静电场中的导体 138

6.1.1 金属导体的电结构 138

6.1.2 静电感应 138

6.1.3 导体上的电荷分布 139

6.1.4 静电屏蔽 141

6.2 静电场中的电介质 142

6.2.1 介质的电结构 142

6.2.2 电介质的极化 143

6.2.3 有介质的高斯定理 144

6.3 电容器及电容 145

6.3.1 孤立导体的电容 145

6.3.2 电容器 146

6.3.3 几种常见电容器的电容 146

6.3.4 电容器的串并联 148

6.4 静电场的能量 149

本章小结 150

阅读材料 超级电容器 151

习题 153

第7章 稳恒磁场 157

7.1 磁现象、磁场和磁感应强度 157

7.1.1 磁现象 157

7.1.2 磁场和磁感应强度 158

7.2 毕奥-萨伐尔定律及其应用 159

7.2.1 毕奥-萨伐尔定律 159

7.2.2 毕奥-萨伐尔定律的应用 160

7.3 真空中磁场的高斯定理 164

7.3.1 磁感应线 164

7.3.2 磁通量 165

7.3.3 磁场中的高斯定理 166

7.4 真空中稳恒磁场的安培环路定理 166

7.4.1 安培环路定理 166

7.4.2 安培环路定理的应用 168

7.5 磁场对电流的作用 171

7.5.1 安培力 171

7.5.2 两平行无限长直电流间的相互作用力 173

7.5.3 匀强磁场对载流线圈的作用 173

7.5.4 磁力的功 175

7.6 带电粒子在磁场中的运动 176

7.6.1 洛伦兹力 176

7.6.2 带电粒子在均匀磁场中的运动 177

7.6.3 霍尔效应 178

7.7 磁介质 180

7.7.1 磁介质及其分类 180

7.7.2 顺磁质和抗磁质的磁化 181

7.7.3 磁介质中的安培环路定理和磁场强度 182

7.8 铁磁质 184

7.8.1 铁磁质的特点 184

7.8.2 初始磁化曲线 184

7.8.3 磁滞回线 185

7.8.4 铁磁质的种类 185

7.8.5 磁畴 186

本章小结 187

阅读材料7.1 磁单极 189

阅读材料7.2 真空的“极化” 190

习题 190

第8章 电磁感应和电磁场 195

8.1 电磁感应现象和楞次定律 195

8.1.1 电磁感应现象 195

8.1.2 楞次定律 196

8.1.3 电流密度 197

8.2 电动势和法拉第电磁感应定律 198

8.2.1 电源的电动势 198

8.2.2 法拉第电磁感应定律 199

8.3 动生电动势 201

8.3.1 动生电动势与洛伦兹力 201

8.3.2 洛伦兹力的功 202

8.4 感生电动势 204

8.4.1 感生电场和感生电动势 204

8.4.2 电子感应加速器和涡电流 206

8.5 自感和互感 207

8.5.1 自感 208

8.5.2 互感 209

8.6 磁场能量 210

8.7 位移电流和麦克斯韦方程组 212

8.7.1 位移电流 212

8.7.2 全电流定理 215

8.7.3 麦克斯韦方程组 215

8.8 电磁波 216

8.8.1 电磁波的性质 216

8.8.2 赫兹实验 217

8.8.3 电磁波谱 219

8.8.4 电磁场能量与动量 220

8.8.5 电磁场是物体的一种形态 221

本章小结 221

阅读材料8.1 超导体 222

阅读材料8.2 遥感技术 224

习题 227

习题答案 230