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第1章 质点运动学与牛顿定律 1

1.1 质点 参考系 时间和空间 1

1.1.1 质点 1

1.1.2 参考系 1

1.1.3 坐标系 时间和空间 2

1.2 位矢 位移和路程 3

1.2.1 位矢 3

1.2.2 运动函数 轨道方程 4

1.2.3 位移和路程 4

1.3 速度 加速度 5

1.3.1 速度 平均速度 5

1.3.2 瞬时速度 瞬时速率 5

1.3.3 相对运动 7

1.3.4 加速度 8

1.4 直线运动 11

1.5 抛体运动 13

1.6 圆周运动 15

1.6.1 自然坐标系 变速圆周运动 15

1.6.2 圆周运动的角量描述 18

1.7 牛顿运动定律 20

1.7.1 牛顿第一定律 20

1.7.2 牛顿第二定律 21

1.7.3 牛顿第三定律 24

1.8 力学中常见的力 24

1.8.1 万有引力 重力 24

1.8.2 弹性力 26

1.8.3 摩擦力 28

1.9 牛顿运动定律应用示例 30

1.10 非惯性参考系 惯性力 35

阅读材料 宇宙速度 36

习题1 38

第2章 力学中的守恒定律 41

2.1 功 动能定理 41

2.1.1 功 功率 41

2.1.2 质点的动能定理 43

2.1.3 系统的动能定理 44

2.2 保守力 系统的势能 46

2.2.1 保守力做功的特点 46

2.2.2 势能 48

2.3 系统的功能原理 机械能守恒定律 能量守恒定律 50

2.3.1 系统的功能原理 50

2.3.2 机械能守恒定律 51

2.3.3 能量守恒定律 53

2.4 冲量与动量 质点的动量定理 53

2.5 系统的动量定理 动量守恒定律 56

2.5.1 系统的动量定理 56

2.5.2 系统的动量守恒定律 57

2.6 角动量 力矩 质点的角动量守恒定律 59

2.6.1 质点的角动量 59

2.6.2 力矩 60

2.6.3 质点的角动量定理 60

2.6.4 质点的角动量守恒定律 61

2.7 系统的角动量守恒定律 62

习题2 64

第3章 刚体力学基础 67

3.1 刚体的基本运动形式 67

3.1.1 刚体的平动 68

3.1.2 刚体的定轴转动 69

3.2 刚体定轴转动的转动动能 转动惯量 71

3.2.1 刚体定轴转动的转动动能 71

3.2.2 刚体的转动惯量 71

3.3 力矩的功 刚体定轴转动的动能定理 73

3.3.1 力矩 73

3.3.2 力矩的功 74

3.3.3 刚体定轴转动的动能定理 75

3.4 刚体定轴转动定律 77

3.5 刚体定轴转动的角动量定理 角动量守恒定律 80

3.5.1 角动量 冲量矩 角动量定理 80

3.5.2 角动量守恒定律 80

阅读材料 角动量守恒定律的实际应用 82

习题3 83

第4章 狭义相对论 86

4.1 经典力学的相对性原理 伽利略变换 86

4.2 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换 88

4.2.1 狭义相对论的基本原理 88

4.2.2 洛伦兹变换及其速度变换公式 89

4.3 相对论的时空观 90

4.3.1 同时的相对性 90

4.3.2 长度的收缩 92

4.3.3 时间的延缓 93

4.4 狭义相对论的动力学基础 94

4.4.1 质量与速率的关系 94

4.4.2 质量与能量的关系 96

4.4.3 能量与动量的关系 98

阅读材料 广义相对论简介 宇宙的奥秘 99

习题4 101

第5章 静电学 103

5.1 电荷 库仑定律 103

5.1.1 电荷 电荷守恒定律 103

5.1.2 库仑定律 静电力叠加原理 105

5.2 电场 电场强度 107

5.2.1 电场 107

5.2.2 电场强度 电场强度叠加原理 108

5.3 电场强度和电场力的计算 109

5.3.1 点电荷电场中的电场强度 109

5.3.2 点电荷系电场中的电场强度 110

5.3.3 连续分布电荷电场中的电场强度 111

5.3.4 电荷在电场中所受的力 115

5.4 电场强度通量 真空中的高斯定理 117

5.4.1 电场线 117

5.4.2 电场强度通量 117

5.4.3 高斯定理及应用高斯定理求静电场中的电场强度 119

5.5 静电场的环路定理 电势 122

5.5.1 静电力的功 122

5.5.2 静电场的环路定理 123

5.5.3 电势能 124

5.5.4 电势 电势差 124

5.5.5 电势的计算 125

5.6 等势面 电场强度与电势的关系 127

5.6.1 等势面 127

5.6.2 电场强度与电势的关系 128

5.7 静电场中的金属导体 130

5.7.1 金属导体的电结构 130

5.7.2 导体的静电平衡条件 130

5.7.3 静电平衡时导体上的电荷分布 131

5.7.4 静电屏蔽 132

5.8 静电场中的电介质 133

5.8.1 电介质的电结构 133

5.8.2 电介质在外电场中的极化现象 134

5.8.3 有电介质时的静电场 135

5.8.4 有电介质时静电场的高斯定理 电位移矢量 135

5.8.5 有电介质时静电场的高斯定理的应用 137

5.9 电容 电容器 140

5.9.1 孤立导体的电容 140

5.9.2 电容器的电容 140

5.9.3 电容器的串联和并联 143

5.10 电场的能量 145

阅读材料 尖端放电和电火花加工 146

习题5 148

第6章 恒定电流的稳恒磁场 152

6.1 磁现象及其本源 152

6.2 磁场 磁感应强度 153

6.2.1 磁场 153

6.2.2 磁感应强度 154

6.3 毕奥-萨伐尔定律及其应用 运动电荷的磁场 155

6.3.1 毕奥-萨伐尔定律及其应用 155

6.3.2 运动电荷的磁场 159

6.4 磁通量 真空中磁场的高斯定理 160

6.4.1 磁感应线 160

6.4.2 磁通量 真空中磁场的高斯定理 161

6.5 安培环路定理及其应用 162

6.6 磁场对载流导线的作用 安培定律 166

6.6.1 安培定律 166

6.6.2 均匀磁场中载流线圈所受的力矩 168

6.7 带电粒子在电场和磁场中的运动 170

6.7.1 磁场对运动电荷的作用力——洛伦兹力 170

6.7.2 带电粒子在电场和磁场中的运动 172

6.8 磁场中的磁介质 175

6.8.1 磁介质在外磁场中的磁化现象 175

6.8.2 抗磁质和顺磁质的磁化机理 176

6.8.3 磁介质的磁导率 177

6.8.4 磁介质中的高斯定理和安培环路定理 177

阅读材料 电磁炮及电磁弹射应用 179

习题6 180

第7章 变化的电磁场 183

7.1 电磁感应现象及其基本规律 183

7.1.1 电磁感应现象 183

7.1.2 楞次定律 184

7.1.3 法拉第电磁感应定律 185

7.2 动生电动势及其表达式 189

7.2.1 动生电动势 189

7.2.2 动生电动势的表达式 189

7.3 感生电动势 涡旋电场及其应用 193

7.3.1 感生电动势与涡旋电场 193

7.3.2 电子感应加速器 194

7.3.3 涡电流及其应用 195

7.4 自感与互感 195

7.4.1 自感 195

7.4.2 互感 198

7.5 磁场的能量 200

7.6 位移电流 201

7.7 麦克斯韦电磁场理论 203

7.7.1 电场 203

7.7.2 磁场 204

7.7.3 电磁场的麦克斯韦方程组的积分形式 204

阅读材料 超导现象及其应用 205

习题7 207

第8章 机械振动 210

8.1 简谐振动 210

8.1.1 简谐振动的基本特征 210

8.1.2 简谐振子是一个理想模型 211

8.1.3 简谐振动的表达式 212

8.1.4 简谐振动的能量 213

8.2 描述简谐振动的物理量 214

8.2.1 周期、频率与角频率 214

8.2.2 相位和初相 振幅和初相的确定 216

8.3 简谐振动的旋转矢量图示法 相位差 221

8.3.1 简谐振动的旋转矢量图示法 221

8.3.2 相位差 221

8.4 同方向简谐振动的合成 拍 223

8.4.1 同方向、同频率简谐振动的合成 223

8.4.2 同方向、不同频率简谐振动的合成 拍 225

8.4.3 相互垂直的同频率简谐振动的合成 226

8.4.4 相互垂直的不同频率简谐振动的合成 李萨如图形 228

8.5 阻尼振动 229

8.6 受迫振动 共振 230

阅读材料 汽车减振系统 233

习题8 234

第9章 机械波 237

9.1 机械波的产生和传播 237

9.1.1 机械波产生的条件 237

9.1.2 横波和纵波 238

9.2 描述波的一些物理量 波的几何表示 239

9.2.1 周期、频率、波长与波速 239

9.2.2 波的几何表示 241

9.3 平面简谐波的波函数及其物理意义 241

9.3.1 平面简谐波的波函数 241

9.3.2 波函数的物理意义 242

9.4 波的能量 能流密度 247

9.4.1 波的能量 247

9.4.2 能流密度 248

9.5 惠更斯原理 波的衍射、反射和折射 248

9.5.1 惠更斯原理 248

9.5.2 波的衍射 249

9.5.3 波的反射和折射 250

9.6 波的干涉 驻波 252

9.6.1 波的叠加原理 252

9.6.2 波的干涉 252

9.6.3 驻波 254

9.7 声波 超声波 256

9.7.1 声波 256

9.7.2 超声波 258

9.8 多普勒效应 259

习题9 261

第10章 波动光学 263

10.1 光的干涉 相干光的获得 263

10.1.1 光强 光的干涉 263

10.1.2 相干光的获得 265

10.2 双缝干涉 267

10.2.1 杨氏双缝干涉实验 267

10.2.2 洛埃德镜实验 269

10.3 光程 光程差 270

10.3.1 光程 270

10.3.2 光程差 272

10.3.3 额外光程差 干涉条件的一般表述 272

10.3.4 透镜不引起额外的光程差 273

10.4 薄膜干涉 增透膜和增反膜 273

10.4.1 薄膜干涉 274

10.4.2 增透膜和增反膜 276

10.5 劈尖干涉 牛顿环 277

10.5.1 劈尖干涉 277

10.5.2 牛顿环 280

10.6 光的衍射 282

10.6.1 光的衍射现象 282

10.6.2 惠更斯-菲涅耳原理 282

10.7 单缝衍射 283

10.7.1 单缝的夫琅禾费衍射 283

10.7.2 单缝衍射条纹的形成 284

10.7.3 单缝衍射条纹的明、暗条件 284

10.8 衍射光栅 衍射光谱 287

10.8.1 衍射光栅 287

10.8.2 衍射光栅条纹的成因 288

10.8.3 光栅公式 289

10.8.4 衍射光谱 291

10.9 圆孔的夫琅禾费衍射 光学仪器的分辨率 292

10.9.1 圆孔的夫琅禾费衍射 292

10.9.2 光学仪器的分辨率 293

10.10 光的偏振 294

10.11 偏振片的起偏和检偏 马吕斯定律 295

10.11.1 偏振片的起偏和检偏 296

10.11.2 马吕斯定律 296

10.11.3 偏振片的应用 297

10.12 反射和折射时光的偏振 布儒斯特定律 298

阅读材料 独立光伏发电系统 300

习题10 302

第11章 热力学基础 305

11.1 热力学系统及其平衡态 准静态过程 305

11.1.1 热力学系统 平衡态 305

11.1.2 气体的状态参量 306

11.1.3 准静态过程 307

11.2 理想气体的状态方程 308

11.2.1 气体的实验定律 理想气体 308

11.2.2 理想气体的状态方程 309

11.2.3 实际气体的状态方程 310

11.3 热力学第一定律 311

11.3.1 系统的内能 功与热的等效性 311

11.3.2 热力学第一定律的内涵 312

11.3.3 功和热量的计算 摩尔热容 313

11.4 理想气体的热力学过程 315

11.4.1 等体过程 315

11.4.2 等压过程 316

11.4.3 等温过程 317

11.4.4 绝热过程 318

11.4.5 多方过程 322

11.5 循环过程 卡诺循环 322

11.5.1 循环过程 322

11.5.2 正循环 热机的效率 323

11.5.3 逆循环 制冷机的效率 324

11.5.4 卡诺循环 326

11.6 热力学第二定律 卡诺定理 328

11.6.1 可逆过程和不可逆过程 328

11.6.2 热力学第二定律的内涵 329

11.6.3 卡诺定理 330

11.7 熵 熵增加原理 331

11.7.1 克劳修斯公式 331

11.7.2 熵 332

11.7.3 熵增加原理——热力学第二定律的数学表达式 333

阅读材料 四冲程循环发动机 334

习题11 336

第12章 气体动理论 340

12.1 气体动理论的基本观点 340

12.2 气体分子热运动及其统计规律性 343

12.2.1 气体分子的热运动 343

12.2.2 大量分子热运动服从统计规律性 344

12.3 理想气体的压强公式及温度的统计意义 345

12.3.1 理想气体的微观模型 345

12.3.2 理想气体的压强公式 345

12.3.3 温度的统计意义 348

12.4 能量按自由度均分定理 理想气体的内能 350

12.4.1 自由度 350

12.4.2 能量按自由度均分定理 351

12.4.3 理想气体的内能 352

12.5 气体分子运动的速率分布律 353

12.5.1 分子运动的速率分布 353

12.5.2 麦克斯韦速率分布律 355

12.5.3 分子速率的统计平均值 356

12.5.4 麦克斯韦速率分布律的实验验证 358

12.6 分子的平均碰撞频率和平均自由程 359

12.7 热力学第二定律的统计诠释 361

12.7.1 热力学过程不可逆性的统计意义 361

12.7.2 热力学概率与熵 362

习题12 363

第13章 量子物理基础 366

13.1 热辐射 366

13.1.1 热辐射及其定量描述 366

13.1.2 绝对黑体辐射定律 普朗克公式 367

13.2 光电效应 369

13.2.1 光电效应的实验规律 369

13.2.2 光电效应与光的波动理论的矛盾 371

13.2.3 爱因斯坦的光子假设 光的波粒二象性 371

13.2.4 光电效应的应用 372

13.3 康普顿效应 电磁辐射的波粒二象性 373

13.3.1 康普顿效应 373

13.3.2 电磁辐射的波粒二象性 374

13.4 氢原子光谱 玻尔的氢原子理论 375

13.4.1 氢原子光谱的规律性 375

13.4.2 玻尔的氢原子理论 376

13.5 德布罗意假设 海森伯不确定关系 379

13.5.1 实物粒子的波动性——德布罗意假设 379

13.5.2 不确定关系 381

13.6 波函数及其统计解释 383

13.6.1 波函数 383

13.6.2 波函数的统计解释 384

13.6.3 波函数的归一化条件及标准条件 385

13.7 薛定谔方程 386

13.7.1 薛定谔方程的内涵 386

13.7.2 定态薛定谔方程 387

习题13 388

附录 390

附录A 一些物理常量 390

附录B 矢量的运算 390

附录C 十大经典物理实验 402

部分习题参考答案 407

参考文献 412