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绪论 1

第1章 质点力学 5

1.1质点和参考系 5

1.1.1质点和刚体 5

1.1.2参考系和坐标系 6

1.1.3时间和时刻 6

1.2质点运动的描述 7

1.2.1位矢 7

1.2.2位移 7

1.2.3速度 8

1.2.4加速度 8

1.3牛顿运动定律 10

1.3.1牛顿运动定律的表述 10

1.3.2牛顿运动定律的应用举例 11

1.4功和能 机械能守恒定律 13

1.4.1功和功率 13

1.4.2动能和势能 15

1.4.3机械能守恒定律 17

1.5冲量和动量 动量守恒定律 18

1.5.1力的冲量 18

1.5.2动量 动量定理 19

1.5.3动量守恒定律 21

1.6力矩和角动量 角动量守恒定律 21

1.6.1力矩 角动量 21

1.6.2角动量守恒定律 22

内容提要 25

思考题 28

习题 28

物理学家简介 牛顿 30

第2章 刚体的定轴转动 33

2.1刚体定轴转动的运动学描述 33

2.1.1刚体的运动形式 33

2.1.2刚体定轴转动的运动学描述 33

2.2转动定律 36

2.2.1力矩 36

2.2.2转动定律的推导 37

2.2.3转动惯量 38

2.2.4转动定律的应用举例 41

2.3机械能守恒 43

2.3.1力矩的功 43

2.3.2转动动能 动能定理 44

2.3.3刚体的势能 机械能守恒 45

2.4角动量守恒 47

2.4.1角动量 47

2.4.2角动量定理 48

2.4.3角动量守恒定律 48

内容提要 50

思考题 52

习题 52

物理学家简介 伽利略 55

第3章 热学 58

3.1温度和气体物态方程 58

3.1.1基本概念 58

3.1.2气体的三条实验定律 60

3.1.3理想气体的物态方程 60

3.2气体动理论 62

3.2.1理想气体压强 温度的微观意义 63

3.2.2能量均分定理 理想气体的内能 66

3.2.3麦克斯韦速率分布律 68

3.3热力学第一定律 71

3.3.1热力学第一定律的推导 71

3.3.2几个典型的热力学过程 73

3.3.3循环过程和卡诺循环 77

3.4热力学第二定律 81

3.4.1热力学第二定律概述 81

3.4.2可逆过程与不可逆过程 81

3.4.3热力学第二定律的实质 82

3.4.4卡诺定理 82

内容提要 82

思考题 84

习题 85

物理学家简介 麦克斯韦 86

第4章 静电场 89

4.1电荷守恒定律 库仑定律 89

4.1.1电荷 电荷的量子化 89

4.1.2电荷守恒定律 89

4.1.3库仑定律 90

4.2电场强度 高斯定理 91

4.2.1电场强度 电场强度叠加原理 91

4.2.2高斯定理 96

4.3静电场的环路定理 电势 101

4.3.1电场力做功 静电场的环路定理 101

4.3.2电势 电势叠加原理 102

4.3.3电势差 105

4.4静电场中的导体 107

4.4.1导体的静电平衡 107

4.4.2静电平衡时导体上的电荷分布 109

4.5静电场中的电介质 112

4.5.1电介质的极化 112

4.5.2有电介质时的高斯定理和环路定理 114

4.6电容器 静电场的能量 116

4.6.1电容器的电容 116

4.6.2电容器的联接 117

4.6.3静电场的能量 118

内容提要 119

思考题 122

习题 123

物理学家简介 高斯 125

第5章 恒定磁场 127

5.1恒定电流 127

5.1.1电流 电流密度 127

5.1.2欧姆定律及微分形式 128

5.2磁感应强度 毕奥-萨伐尔定律 129

5.2.1磁感应强度 129

5.2.2毕奥-萨伐尔定律 磁场叠加原理 130

5.3恒定磁场的高斯定理和安培环路定理 134

5.3.1恒定磁场的高斯定理 134

5.3.2安培环路定理 135

5.4磁场对运动电荷和载流导体的作用 138

5.4.1磁场对运动电荷的作用 138

5.4.2磁场对载流导体的作用 140

5.4.3磁场对载流线圈的作用 141

5.5磁介质 142

5.5.1磁介质 磁化强度 142

5.5.2有磁介质时的高斯定理和安培环路定理 145

内容提要 147

思考题 149

习题 150

物理学家简介 安培 153

第6章 电磁感应 电磁场 156

6.1电磁感应定律 156

6.1.1电磁感应现象 156

6.1.2法拉第电磁感应定律 157

6.1.3楞次定律 159

6.2动生电动势和感生电动势 160

6.2.1动生电动势 161

6.2.2感生电动势 感生电场 162

6.3自感和互感 磁场的能量 165

6.3.1自感 165

6.3.2互感 167

6.3.3磁场的能量 169

6.4电磁场 170

6.4.1位移电流 170

6.4.2麦克斯韦方程组 172

6.4.3电磁场的物质性 173

内容提要 175

思考题 176

习题 177

物理学家简介 法拉第 178

第7章 振动和波 181

7.1简谐振动 181

7.1.1简谐振动的运动学描述 181

7.1.2简谐振动的动力学方程和能量 186

7.1.3简谐振动的合成 188

7.2简谐波 193

7.2.1机械波的产生条件和分类 193

7.2.2平面简谐波的描述 194

7.2.3波的能量和波的强度 198

7.2.4波的叠加 驻波 199

内容提要 202

思考题 204

习题 205

物理学家简介 惠更斯 206

第8章 光学 208

8.1几何光学 208

8.1.1几何光学的基本定律 208

8.1.2光的反射和折射成像 209

8.1.3薄透镜 211

8.2光的干涉 213

8.2.1基本概念 213

8.2.2杨氏双缝干涉 214

8.2.3薄膜干涉 216

8.3光的衍射 219

8.3.1基本概念 219

8.3.2夫琅禾费单缝衍射 221

8.3.3光栅衍射 223

8.4光的偏振 225

8.4.1基本概念 225

8.4.2马吕斯定律 227

8.4.3布儒斯特定律 228

内容提要 229

思考题 232

习题 232

物理学家简介 托马斯·杨 233

第9章量子物理学 236

9.1热辐射 236

9.1.1热辐射的基本概念 236

9.1.2黑体辐射 237

9.1.3普朗克公式 238

9.2光电效应 康普顿效应 239

9.2.1光电效应 239

9.2.2康普顿效应 241

9.3物质的本性 243

9.3.1光的波粒二象性 243

9.3.2德布罗意波 243

9.4玻尔的氢原子理论 245

9.4.1玻尔理论的基本假设 245

9.4.2氢原子的轨道半径和能量 247

9.5薛定谔方程 249

9.5.1不确定关系 249

9.5.2波函数 250

9.5.3薛定谔方程的推导 252

9.6激光 253

内容提要 256

思考题 258

习题 258

物理学家简介 尼尔斯&玻尔 259

第10章 相对论力学 261

10.1经典力学的时空观 261

10.1.1伽利略相对性原理 261

10.1.2经典力学的时空观表述 261

10.1.3伽利略变换 262

10.2狭义相对论的基本原理 263

10.2.1迈克耳孙-莫雷实验 263

10.2.2狭义相对论的基本原理表述 264

10.2.3洛伦兹变换 265

10.3狭义相对论的时空观 268

10.3.1“同时”的相对性 268

10.3.2时间延缓 270

10.3.3长度收缩 271

10.4狭义相对论的动力学基础 272

10.4.1狭义相对论的质量 272

10.4.2狭义相对论的动量 273

10.4.3狭义相对论的能量 273

10.4.4狭义相对论的基本动力学方程 275

10.5广义相对论简介 276

10.5.1广义相对论的基本原理 276

10.5.2广义相对论的实验检验 277

内容提要 278

思考题 280

习题 280

物理学家简介 爱因斯坦 281

附录 284

附录A 数学基础 284

附录B 一些物理常量的常用值 295

附录C 历届诺贝尔物理学奖获得者 296

附录D 21世纪100个科学难题 302

习题参考答案 305

参考文献 315