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第一篇 力学 3

第一章 运动学 3

1.1 参照系和坐标系 3

1.2 质点和刚体 4

1.3 位矢、速度和加速度 4

1.3.1 位置、位矢和位移 4

1.3.2 速度和加速度 6

1.3.3 速度、加速度的直角坐标分量表示式 7

1.3.4 质心 7

1.4 曲线运动、切向加速度和法向加速度 9

1.4.1 曲线运动、已知加速度求速度和位矢 9

1.4.2 切向加速度和法向加速度 12

1.4.3 圆周运动、角位移、角速度和角加速度 14

1.4.4 角量和线量的关系 15

1.4.5 刚体绕固定轴的转动 15

1.5 相对运动 16

1.6 力学单位制、量纲 19

1.6.1 力学单位制 19

1.6.2 量纲 20

附录1.1 微积分简介 21

附录1.2 矢量 28

阅读材料 科学家介绍——伽利略 31

思考题与习题 33

第二章 动力学 37

2.1 牛顿三定律 37

2.1.1 牛顿三定律 37

2.1.2 4种基本相互作用 38

2.1.3 接触力 39

2.1.4 牛顿三定律的应用 41

2.1.5 伽利略相对性原理 49

2.1.6 非惯性系中的惯性力 50

2.2 动量和动量守恒定律 53

2.2.1 动量、冲量和动量定理 53

2.2.2 动量守恒定律 55

2.2.3 质心运动定理 56

2.2.4 变质量体系的运动方程、火箭 58

2.3 角动量和角动量守恒定律 61

2.3.1 质点的角动量和刚体定轴转动的角动量 61

2.3.2 平行轴定理 63

2.3.3 力矩 65

2.3.4 质点和定轴转动刚体的角动量定理、转动定律 67

2.3.5 角动量守恒定律 69

阅读材料2.1 科学家介绍——牛顿 72

阅读材料2.2 引力波 74

思考题与习题 77

第三章 功能、机械能守恒定律 84

3.1 功和功率 84

3.1.1 力的功和功率 84

3.1.2 力矩的功和功率 85

3.2 几种力的功、势能 86

3.2.1 保守力的功 86

3.2.2 摩擦力的功 89

3.2.3 功和参照系的关系 89

3.2.4 势能 91

3.3 动能定理 92

3.3.1 质点的动能和动能定理 92

3.3.2 刚体定轴转动的动能定理 93

3.4 机械能守恒定律 94

3.4.1 功能原理 94

3.4.2 机械能守恒定律 95

3.4.3 功和能的定理与参照系的关系 95

3.4.4 刚体的平面运动 99

3.5 碰撞 103

3.5.1 碰撞与守恒定律 103

3.5.2 弹性碰撞和完全非弹性碰撞 103

3.6 进动 106

思考题与习题 107

第四章 狭义相对论基础 115

4.1 狭义相对论的基本假设 115

4.1.1 爱因斯坦的基本假设 115

4.1.2 洛伦兹变换 116

4.1.3 狭义相对论的时空性质 117

4.2 相对论速度变换 120

4.3 相对论质量、动量和能量 122

4.3.1 相对论质量和动量 122

4.3.2 相对论能量 124

阅读材料4.1 科学家介绍——爱因斯坦 127

阅读材料4.2 宇宙大爆炸理论和实验证据 129

阅读材料4.3 黑洞 133

阅读材料4.4 正、负电子对撞机 135

思考题与习题 138

第五章 流体力学 140

5.1 流体运动的描述 140

5.1.1 流场、流线和流管 140

5.1.2 定常流动和不定常流动 141

5.2 定常流动的连续性方程 141

5.3 伯努利方程 142

5.3.1 理想流体 142

5.3.2 伯努利方程 142

5.3.3 伯努利方程的应用举例 144

5.4 实际流体的运动规律 147

5.4.1 粘滞流体的能量方程 147

5.4.2 湍流和雷诺数 149

5.4.3 泊肃叶定律 150

阅读材料 血液的流动和血压 152

思考题与习题 154

第二篇 热学 159

第六章 气体分子运动论 159

6.1 理想气体状态方程 159

6.1.1 状态参量 159

6.1.2 理想气体状态方程 160

6.2 理想气体的压强公式 161

6.2.1 理想气体的微观模型和等概率假说 161

6.2.2 理想气体的压强公式 163

6.2.3 温度的统计意义 164

6.3 麦克斯韦速率分布律 165

6.3.1 统计规律性与分布函数 165

6.3.2 麦克斯韦速率分布律 167

6.3.3 最概然速率、平均速率和方均根速率 168

6.3.4 验证麦克斯韦速率分布律的实验 170

6.4 玻耳兹曼分布律 171

6.4.1 重力场中大气密度和压强随高度的分布 171

6.4.2 麦克斯韦-玻耳兹曼分布律 172

6.5 能量按自由度均分定理 174

6.5.1 自由度 174

6.5.2 能量按自由度均分定理 174

6.5.3 理想气体的内能及热容量 176

6.6 气体的输运过程 177

6.6.1 气体分子碰撞频率和平均自由程 177

6.6.2 气体的输运过程 179

6.7 物质透过生物膜的输运 182

6.7.1 物质透过生物膜的输运 182

6.7.2 膜电位 183

阅读材料6.1 血液透析 183

阅读材料6.2 生物圈 186

思考题与习题 188

第七章 热力学 191

7.1 热力学第一定律 191

7.1.1 热力学过程 191

7.1.2 功和热量 191

7.1.3 热力学第一定律 192

7.2 热力学第一定律的应用 193

7.2.1 理想气体的等容过程 193

7.2.2 理想气体的等压过程 194

7.2.3 理想气体的等温过程 194

7.2.4 理想气体的绝热过程 195

7.2.5 人体的新陈代谢 197

7.3 循环过程、卡诺循环 198

7.3.1 循环过程和热机的效率 198

7.3.2 卡诺循环 200

7.4 热力学第二定律 203

7.4.1 自然现象的不可逆性 203

7.4.2 热力学第二定律 204

7.4.3 卡诺定理 205

7.4.4 熵和熵增加原理 205

7.4.5 热力学第二定律的统计意义 209

阅读材料7.1 耗散结构和自组织现象 212

阅读材料7.2 熵、信息与遗传 213

思考题与习题 215

第三篇 电磁学 221

第八章 静 电场 221

8.1 库仑定律 221

8.2 电场强度 223

8.2.1 电场和电场强度 223

8.2.2 场强叠加原理 224

8.3 高斯定理 228

8.3.1 电场线 228

8.3.2 电通量 230

8.3.3 高斯定理及其应用 231

8.4 静电场的环路定理、电势 235

8.4.1 静电场的环路定理 235

8.4.2 电势差和电势 236

8.4.3 场强与电势的关系 238

8.4.4 关于电势零点的讨论 241

8.5 导体的静电平衡、电容器 243

8.5.1 导体的静电平衡条件 243

8.5.2 导体表面的电荷分布和电场强度 243

8.5.3 尖端效应和静电屏蔽 246

8.5.4 电容、电容器 247

8.6 稳恒电流、基尔霍夫定律 252

8.6.1 电流的连续性方程、稳恒电流 252

8.6.2 欧姆定律、电动势 254

8.6.3 基尔霍夫定律 257

阅读材料8.1 静电的应用和静电危害的消除 259

阅读材料8.2 电泳与太空制药 263

阅读材料8.3 导电高聚物 265

阅读材料8.4 静电技术在生命科学中的应用 270

思考题与习题 273

第九章 磁场 281

9.1 磁场的高斯定理 281

9.1.1 电流的磁效应 281

9.1.2 磁场、磁感应强度和磁感应线 283

9.1.3 磁通量和磁场的高斯定理 285

9.2 磁场对电流的作用、磁矩 286

9.2.1 安培公式 286

9.2.2 磁场对平面载流线圈的作用、磁矩 287

9.3 毕奥-萨伐尔定律 289

9.3.1 毕奥-萨伐尔定律 289

9.3.2 毕奥-萨伐尔定律的应用 290

9.4 安培环路定理 294

9.4.1 安培环路定理 294

9.4.2 安培环路定理的应用 296

9.5 带电粒子在电场和磁场中的运动 297

9.5.1 洛伦兹力 297

9.5.2 带电粒子在磁场中的运动 298

9.5.3 回旋加速器 301

9.5.4 质谱仪 302

9.5.5 霍耳效应 304

阅读材料 磁流体发电 305

思考题与习题 307

第十章 电磁感应 312

10.1 电磁感应定律 312

10.1.1 电磁感应现象 312

10.1.2 楞次定律 313

10.1.3 法拉第电磁感应定律 314

10.2 动生电动势和感生电动势 316

10.2.1 动生电动势 317

10.2.2 感生电动势和感生电场 319

10.3 自感与互感 323

10.3.1 自感应 323

10.3.2 互感应 325

10.4 自感磁能和互感磁能 327

10.4.1 自感磁能 327

10.4.2 互感磁能 329

阅读材料10.1 磁悬浮列车 331

阅读材料10.2 核磁共振 334

思考题与习题 336

第十一章 物质中的电场和磁场 341

11.1 电介质、介质中的高斯定理 341

11.1.1 电介质的极化 341

11.1.2 极化强度和极化电荷密度 343

11.1.3 电位移，电介质中的高斯定理 344

11.2 磁介质、介质中的安培环路定理 347

11.2.1 磁介质和磁化强度矢量 347

11.2.2 磁化电流 349

11.2.3 磁介质中的安培环路定理 350

11.2.4 铁磁质 353

11.3 静电场和静磁场的能量 354

11.3.1 静电场的能量 354

11.3.2 静磁场的能量 356

阅读材料 超导体 357

思考题与习题 363

第十二章 电磁场和电磁波 366

12.1 麦克斯韦方程组 366

12.1.1 位移电流与感生磁场 366

12.1.2 麦克斯韦方程组 371

12.2 电磁波的产生和传播 372

12.3 电磁波的能量和动量 373

12.3.1 电磁场的能量密度和能流密度 373

12.3.2 电磁波的动量 373

12.4 电磁波的辐射 375

12.4.1 辐射电磁波的条件 375

12.4.2 电偶极辐射和磁偶极辐射 375

12.4.3 轫致辐射 376

12.4.4 同步辐射 377

12.5 电磁波谱 378

阅读材料 生命系统的超微弱光子辐射 379

思考题与习题 381

第四篇 光学 385

第十三章 振动与波 385

13.1 一维简谐振动 385

13.2 阻尼振动、受迫振动与共振 389

13.3 简谐振动的合成 395

13.3.1 同方向、同频率简谐振动的合成 396

13.3.2 同方向、频率相近的简谐振动的合成 397

13.3.3 振动的谐波分析 399

13.3.4 同频率、振动方向垂直的两个简谐振动的合成 402

13.4 机械波的产生和传播 404

13.5 波的干涉、驻波 416

13.6 多普勒效应 421

阅读材料13.1 超声多普勒血流仪 424

阅读材料13.2 超声波的特性及B超原理 425

思考题与习题 429

第十四章 光的衍射与干涉 435

14.1 惠更斯-菲涅耳原理 435

14.2 单缝夫琅和费衍射 443

14.3 圆孔夫琅和费衍射与光学仪器的分辨本领 448

14.4 光栅衍射 451

14.4.1 主极大的位置与光强 455

14.4.2 缺级 455

14.4.3 光栅的色散 456

14.5 X光衍射 457

14.6 薄膜干涉 459

14.6.1 等厚与等倾薄膜干涉 460

14.6.2 劈尖干涉 461

14.6.3 牛顿环 462

14.6.4 迈克尔逊干涉仪 464

14.6.5 增透膜 465

14.7 全息照相 467

思考题与习题 470

第十五章 光的偏振 474

15.1 自然光与偏振光 474

15.2 反射光的偏振、布儒斯特角 477

15.3 晶体的双折射 479

15.3.1 光轴在入射面内与晶体表面成一夹角，斜入射 481

15.3.2 光轴平行于晶体表面，正入射 482

15.3.3 光轴垂直于晶体表面，正入射 483

15.4 椭圆偏振光 485

15.5 偏振光的干涉 489

15.6 旋光性 492

阅读材料 光学显微镜的进展 494

思考题与习题 498

第五篇 近代物理 503

第十六章 量子物理基础 503

16.1 黑体辐射与普朗克的量子假说 503

16.2 德布罗意波 507

16.3 薛定谔方程 512

阅读材料 抓住原子的“机械手”——扫描隧道显微镜 520

思考题与习题 524

第十七章 原子与分子 526

17.1 氢原子 526

17.2 多电子原子 539

17.3 分子结构和分子光谱 545

思考题与习题 552

第十八章 激光 554

18.1 激光的产生 554

18.2 激光的应用 562

阅读材料18.1 激光冷却、原子捕陷与玻色-爱因斯坦凝聚 564

阅读材料18.2 天文望远镜的进展——激光灯标天文望远镜及哈勃天文望远镜 567

阅读材料18.3 光速的测定及长度单位——米的新定义 572

阅读材料48.4 激光唱片放音机中的光学系统及光学存储器 576

第十九章 凝聚态 579

19.1 晶体的结构与能带 579

19.2 固体的电导 586

19.3 准晶体 594

19.4 介观体系 599

附表 606

附表1 基本物理常量1986年的推荐值 606

附表2 保留单位和标准值 606

习题答案 607

主要参考书目 615