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物理学导论 1

撬动地球——力学篇 10

第1章 质点运动学 10

1.1 质点运动的描述 10

1.1.1 参考系与质点 10

1.1.2 位置矢量、速度、加速度 11

1.1.3 几种常用的坐标 15

1.2 运动学的基本问题 19

1.3 运动的叠加 20

1.4 相对运动 21

第2章 牛顿运动定律 28

2.1 牛顿运动定律 28

2.1.1 牛顿第一定律 28

2.1.3 牛顿第三定律 29

2.2 几种常见力 31

2.3 物理量的单位和量纲 40

2.4 牛顿定律的应用举例 40

2.5 力学相对性原理 惯性系和非惯性系 47

2.5.1 力学相对性原理 47

2.5.2 惯性系和非惯性系 47

第3章 动量守恒定律和能量守恒定律 52

3.1 质点和质点系的动量定理 52

3.1.1 冲量质点的动量定理 52

3.1.2 质点系的动量定理 53

3.2 动量守恒定律 54

3.3 火箭飞行原理 56

3.4 动能定理 58

3.4.1 功 58

3.4.2 质点的动能定理 60

3.5 保守力与非保守力 势能 61

3.6 功能原理 机械能守恒定律 65

3.6.1 功能原理 65

3.6.2 机械能守恒定律 67

3.7 碰撞问题 69

第4章 刚体转动 78

4.1 刚体的定轴转动 78

4.1.1 刚体的平动与转动 78

4.1.2 刚体绕定轴转动的角速度和角加速度 79

4.2 力矩 转动定律 81

4.2.1 力矩 81

4.2.2 转动定律 82

4.3 角动量 角动量守恒定律 86

4.3.1 质点的角动量 刚体定轴转动的角动量 86

4.3.2 质点的角动量定理及角动量守恒定律 87

4.3.3 刚体定轴转动的角动量定理及角动量守恒定律 88

4.4 力矩做功 刚体绕定轴转动的动能定理 91

4.4.1 力矩做功 91

4.4.2 转动动能 刚体绕定轴转动的动能定理 92

4.4.3 定轴转动的功能原理 93

4.5 综合训练 94

4.6 力学在工程中的应用 96

第5章 机械振动与机械波 101

5.1 简谐振动 102

5.1.1 简谐振动定义 102

5.1.2 简谐振动的描述方法 105

5.1.3 简谐振动实例 111

5.1.4 简谐振动的能量 112

5.1.5 简谐振动的合成现象 114

5.2 机械波的几个概念 116

5.2.1 机械波的形成与传播 117

5.2.2 横波与纵波 117

5.2.3 波长 波的周期和频率波速 119

5.3 平面简谐波 120

5.3.1 波动过程的几何描述 120

5.3.2 平面简谐波的表达式 122

5.4 波的能量 声强级 127

5.4.1 波动能量的传播 127

5.4.2 声强级 129

温暖人类——热学篇 136

第6章 热力学基础 136

6.1 温度热力学第零定律 136

6.1.1 状态参量 平衡态 136

6.1.2 温度 138

6.2 热力学第一定律 142

6.2.1 准静态过程功热量 142

6.2.2 热容量 144

6.2.3 热力学第一定律 内能 146

6.2.4 热力学第一定律对理想气体的应用 148

6.2.5 循环过程 卡诺循环 151

6.3 热力学第二定律 156

6.3.1 热力学第二定律的两种表述 156

6.3.2 可逆与不可逆过程 157

6.3.2 卡诺定理 158

6.4 热工 158

6.4.1 热加工和冷加工 158

6.4.2 金属热处理 159

6.4.3 金属热处理的工艺 159

6.4.4 冷处理 161

触动世界——电磁学篇 168

第7章 静电场 168

7.1 电荷的量子化 电荷守恒定律 168

7.1.1 电荷的量子化 168

7.1.2 电荷守恒定律 169

7.2 库仑定律 169

7.3 电场 电场强度 170

7.3.1 电场 170

7.3.2 电场强度 171

7.3.3 场强的计算 171

7.4 电通量 高斯定理 175

7.4.1 电场线 电通量 175

7.4.2 高斯定理 177

7.4.3 高斯定理的应用 179

7.5 静电场的环路定理 181

7.5.2 静电场的环路定理 182

7.5.3 电势能 182

7.6 电势 183

7.6.1 电势和电势差 183

7.6.2 电势的计算 183

7.6.3 等势面 186

第8章 静电场中的导体 193

8.1 静电场中的导体 193

8.1.1 静电感应 193

8.1.2 静电屏蔽 195

8.2 电容和电容器 197

8.2.1 弧立导体的电容 197

8.2.2 电容器及其电容 197

8.2.3 电容器的并联和串联 199

8.3 电场的能量 静电的一些应用 202

8.3.1 电容器的储能 202

8.3.2 电场的能量 能量密度 203

8.3.3 静电的一些应用 204

第9章 恒定电流的磁场 210

9.1 恒定电流 210

9.1.1 电流强度与电流密度 210

9.1.2 电源电动势 212

9.2 磁场磁感应强度 214

9.2.1 电流与磁场 214

9.2.2 磁感应强度 215

9.3 毕奥—萨伐尔定律 216

9.3.1 毕奥—萨伐尔定律 217

9.3.2 毕奥—萨伐尔定律的应用 218

9.4 磁场的高斯定理 222

9.4.1 磁感线 222

9.4.2 磁通量 磁场的高斯定理 223

9.5 安培环路定理 225

9.5.1 安培环路定理 225

9.5.2 安培环路定理的应用 227

9.6 磁力 磁力矩 230

9.6.1 洛伦兹力 230

9.6.2 安培力 232

9.7 霍耳效应 234

第10章 电磁感应 242

10.1 电磁感应 242

10.1.1 电磁感应现象 242

10.1.2 楞次定律 244

10.1.3 法拉第电磁感应定律 245

10.2 动生电动势和感生电动势 248

10.2.1 动生电动势 248

10.2.2 感生电动势 250

10.3 磁场的能量 252

10.4 麦克斯韦电磁场理论简介 254

10.4.1 位移电流 255

10.4.2 麦克斯韦方程组 258

10.5 电磁波与人类文明 259

点亮文明——光学篇 270

第11章 光学基础 270

11.1 几何光学简介 271

11.1.1 光的传播规律 271

11.1.2 光在平面上的反射和折射光学纤维 273

11.2 光的干涉 275

11.2.1 光的电磁理论 275

11.2.2 杨氏双缝干涉 277

11.3 光的衍射 281

11.3.1 光的衍射现象 281

11.3.2 惠更斯—菲涅耳原理 282

11.3.3 单缝夫琅和费衍射 282

11.3.4 光学仪器的分辨率 285

11.4 光的偏振 286

11.4.1 自然光与偏振光 286

11.4.2 起偏与检偏 288

11.4.3 马吕斯定律 288

11.4.4 布儒斯特定律 290

附录A 一些常用的物理常数 296

A.1 通用常数 296

A.2 电磁常数 296

A.3 物理化学常数 296

A.4 原子常数 296

A.5 电子、μ介子常数 296

A.6 质子常数 297

A.7 中子常数 297

附录B 矢量基础 298

B.1 矢量概念 298

B.2 矢量合成 299

B.3 矢量乘法 300

B.4 矢量函数的微分 301

B.5 矢量函数的积分 302

附录C 微积分初步 303

部分参考答案 304

参考目录 314