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第0章 物理学导论 1

0.1 改变世界的物理学 1

0.1.1 物理学与科学技术 1

0.1.2 物理学改善人们的物质生活 3

0.1.3 物理学改变人们对世界的认识 3

0.2 物理学及发展概况 4

0.2.1 物理学是自然科学的基础 4

0.2.2 物理学的研究内容 4

0.2.3 物理学的发展简介 4

0.2.4 物理学的发展趋势 5

0.3 物理学与人才培养 5

0.3.1 物理学的特征 5

0.3.2 物理学是科学的世界观和方法论的基础 6

0.3.3 学习物理学的方法 6

0.4 单位制和量纲 6

0.5 矢量和标量简介 8

0.5.1 矢量和标量 8

0.5.2 矢量的运算 8

第1章 质点的运动与力 12

1.1 质点运动的描述 12

1.1.1 物理模型——坐标系 12

1.1.2 质点运动的描述 13

1.2 平面曲线运动 圆周运动 19

1.2.1 切向加速度和法向加速度 19

1.2.2 圆周运动 角量 21

1.2.3 线量与角量的关系 22

1.3 相对运动 23

1.4 力学中几种常见的力 24

1.4.1 万有引力 25

1.4.2 弹性力 25

1.4.3 摩擦力 26

1.5 牛顿运动定律 27

1.5.1 牛顿第一定律 27

1.5.2 牛顿第二定律 27

1.5.3 牛顿第三定律 28

1.6 牛顿定律的应用举例 29

习题1 32

第2章 运动的守恒量与守恒定律 40

2.1 动量与冲量 40

2.1.1 动量 40

2.1.2 冲量 40

2.1.3 质点的动量定理 41

2.1.4 质点系的动量定理 43

2.1.5 质点系的动量守恒定律 44

2.2 功 46

2.2.1 功 46

2.2.2 功率 47

2.2.3 一对作用力和反作用力的功 48

2.2.4 摩擦力的功 48

2.3 动能定理 48

2.3.1 质点的动能和动能定理 48

2.3.2 质点系的动能定理 49

2.4 保守力 势能 50

2.4.1 保守力做功 50

2.4.2 势能 52

2.5 机械能守恒定律 能量守恒与转换定律 52

2.5.1 功能原理 52

2.5.2 机械能守恒定律 53

2.5.3 能量守恒定律 53

2.5.4 功能原理及能量守恒定律应用举例 54

习题2 55

第3章 刚体的定轴转动 61

3.1 刚体运动的描述 61

3.1.1 刚体的运动 61

3.1.2 描述刚体转动的角量 62

3.2 刚体绕定轴的转动定律 64

3.2.1 力矩 64

3.2.2 刚体定轴转动定律 66

3.2.3 转动惯量 68

3.2.4 刚体定轴转动的应用举例 70

3.3 刚体的动能和势能 72

3.3.1 刚体定轴转动的动能 72

3.3.2 刚体的重力势能 72

3.3.3 刚体的机械能守恒定律 73

3.4 刚体的角动量 角动量守恒定律 73

3.4.1 质点对轴的角动量（动量矩） 73

3.4.2 质点的角动量（动量矩）定理 73

3.4.3 质点的角动量守恒定律 74

3.4.4 刚体定轴转动的角动量 75

3.4.5 刚体定轴转动的角动量定理 75

3.4.6 刚体的角动量守恒定律 76

习题3 78

第4章 机械振动 83

4.1 简谐振动及描述 83

4.1.1 简谐振动的基本特征 83

4.1.2 描述简谐振动的特征量 84

4.1.3 旋转矢量法 87

4.2 常见的几种简谐振动 88

4.2.1 弹簧振子 88

4.2.2 单摆和复摆 88

4.3 简谐运动的能量 89

4.3.1 系统的动能 89

4.3.2 系统的势能 90

4.3.3 系统的机械能 90

4.4 简谐运动的合成 91

4.4.1 两个同方向、同频率简谐运动的合成 91

4.4.2 两个同方向、不同频率简谐运动的合成 92

4.4.3 拍 93

4.5 阻尼振动、受迫振动、共振 94

4.5.1 阻尼振动 94

4.5.2 受迫振动 95

4.5.3 共振 96

习题4 96

第5章 机械波 100

5.1 机械波的形成和传播 100

5.1.1 机械波的产生和传播 100

5.1.2 波动的描述 101

5.2 平面简谐波 102

5.2.1 平面简谐波的波函数 102

5.2.2 波函数的物理意义 103

5.3 惠更斯原理、波的干涉 105

5.3.1 惠更斯原理 105

5.3.2 波的叠加原理、波的干涉 106

5.4 驻波 108

5.4.1 驻波的产生 108

5.4.2 驻波的波函数 109

5.4.3 相位跃变、半波损失 110

5.4.4 驻波的能量 111

5.5 多普勒效应 112

5.5.1 波源S相对于介质静止，观察者A以速度v0相对于介质运动 112

5.5.2 观察者相对于介质静止，波源S以速度vs相对于介质运动 112

5.5.3 波源S和观察者同时相对于介质运动 113

5.5.4 冲击波 114

习题5 115

第6章 热力学基础 118

6.1 热力学基本概念 118

6.1.1 热力学系统 118

6.1.2 状态参量 118

6.1.3 平衡态 119

6.1.4 准静态过程 119

6.1.5 理想气体的物态方程 120

6.2 内能 功和热量 121

6.2.1 准静态过程的功 121

6.2.2 准静态过程中热量的计算 121

6.2.3 内能 122

6.3 热力学第一定律 122

6.4 热力学第一定律在理想气体等值过程中的应用 123

6.4.1 等体过程 123

6.4.2 等压过程 124

6.4.3 等温过程 125

6.5 绝热过程 126

6.6 循环过程 卡诺循环 128

6.6.1 循环过程 128

6.6.2 热机及正循环 128

——6.6.3 制冷机及逆循环 129

6.6.4 卡诺循环 130

6.7 热力学第二定律 131

6.7.1 可逆过程与不可逆过程 131

6.7.2 热力学第二定律 132

习题6 133

第7章 气体动理论基础 137

7.1 分子热运动理论 137

7.2 理想气体的压强公式 137

7.2.1 理想气体的分子模型 137

7.2.2 理想气体的压强公式 138

7.3 温度的微观本质 139

7.4 能量均分定理 理想气体的内能 140

7.4.1 分子的自由度 140

7.4.2 能量均分定理 140

7.4.3 理想气体的内能 141

7.5 麦克斯韦气体分子速率分布 141

7.5.1 分子运动的图景 142

7.5.2 麦克斯韦速率分布律 142

第8章 真空中的静电场 148

8.1 电荷的基本性质 148

8.1.1 电荷及相互作用 148

8.1.2 电荷的量子性 148

8.1.3 电荷守恒定律 149

8.1.4 电荷的相对论不变性 149

8.2 库仑定律 149

8.2.1 库仑定律的表述 149

8.2.2 电场力的叠加原理 150

8.3 电场、电场强度 151

8.3.1 静电场 151

8.3.2 电场强度及叠加原理 151

8.3.3 电偶极子的电场强度 153

8.4 电通量、高斯定理 156

8.4.1 电场线 156

8.4.2 电通量 157

8.4.3 高斯定理 159

8.4.4 高斯定理的应用 160

8.5 静电场的环路定理 164

8.5.1 静电力做功 164

8.5.2 静电场的环路定理 165

8.6 电势能、电势 165

8.6.1 电势能 165

8.6.2 电势 166

8.6.3 电势差 166

8.6.4 电势的计算 167

习题8 170

第9章 静电场中的导体与电介质 176

9.1 静电场中的导体 176

9.1.1 导体的静电感应 静电平衡 176

9.1.2 静电平衡时导体上电荷的分布 177

9.1.3 导体表面电场强度 178

9.1.4 孤立导体表面的电荷分布 178

9.1.5 静电屏蔽 179

9.1.6 有导体存在时的静电场分布 180

9.2 静电场中的电介质 182

9.2.1 电介质及其极化 182

9.2.2 电极化强度 184

9.2.3 电介质中的电场强度、极化电荷与自由电荷的关系 184

9.3 电容、电容器 185

9.3.1 孤立导体的电容 185

9.3.2 电容器 186

9.3.3 电介质对电容的影响——相对电容率 189

9.3.4 电介质的击穿 189

9.4 电介质中的高斯定理、电位移 190

9.4.1 电介质中的高斯定理 190

9.4.2 电位移 190

9.5 静电场的能量 191

9.5.1 电容器储存的电能 191

9.5.2 静电场的能量、能量密度 191

习题9 193

第10章 恒定电流的磁场 196

10.1 恒定电流 196

10.1.1 电流、电流密度 196

10.1.2 电阻定律、欧姆定律的微分形式 197

10.1.3 稳恒电场的建立 199

10.2 恒定电流的磁场 毕奥—萨伐尔定律 200

10.2.1 磁的基本现象 201

10.2.2 磁场 磁感应强度 201

10.2.3 毕奥—萨伐尔定律 202

10.2.4 载流线圈的磁矩 204

10.2.5 运动电荷的磁场 205

10.3 磁场的高斯定理 206

10.3.1 磁通量 206

10.3.2 磁场的高斯定理 207

10.4 磁场的安培环路定理 208

10.4.1 安培环路定理 208

10.4.2 安培环路定理的应用举例 209

10.5 带电粒子在磁场中的运动 211

10.5.1 带电粒子在电场和磁场中所受的力 211

10.5.2 带电粒子在磁场中的运动 212

10.5.3 霍尔效应 213

10.6 磁场对电流及载流线圈的作用 214

10.6.1 磁场对电流的作用 214

10.6.2 两无限长平行载流直导线间的相互作用 电流单位“安培”的定义 216

10.6.3 磁场对载流线圈的作用 217

习题10 217

第11章 磁场中的磁介质 223

11.1 磁介质的磁化 磁化强度 223

11.2 磁介质中的安培环路定理 225

11.3 铁磁质 226

习题11 228

第12章 电磁感应 电磁波 230

12.1 电磁感应现象 法拉第电磁感应定律 230

12.1.1 电磁感应现象 230

12.1.2 法拉第电磁感应定律 230

12.1.3 楞次定律 231

12.2 动生电动势 233

12.3 感生电动势、感生电场 235

12.3.1 感生电场 235

12.3.2 感生电动势 235

12.3.3 涡电流及应用 236

12.4 自感和互感 237

12.4.1 自感电动势、自感 238

12.4.2 互感电动势、互感 239

12.5 磁场的能量 240

12.5.1 自感的储能 241

12.5.2 磁场能量密度 241

12.6 Maxwell电磁场理论简介 243

12.6.1 位移电流和全电流 243

12.6.2 电磁场、Maxwell电磁场方程组 246

习题12 246

第13章 波动光学基础 252

13.1 光的微粒说与波动说简介 252

13.1.1 光的微粒学说 252

13.1.2 光的波动学说的崛起 253

13.1.3 光的波动说的困难 254

13.2 光源、光的相干性 254

13.2.1 光源 254

13.2.2 相干光 254

13.2.3 光程和光程差 255

13.3 杨氏双缝干涉 257

13.3.1 杨氏双缝干涉实验 257

13.3.2 杨氏双缝干涉条纹特征 257

13.4 薄膜的等倾干涉 259

13.4.1 薄膜等倾干涉的光路 259

13.4.2 薄膜干涉特征 260

13.4.3 相邻条纹对应薄膜厚度差 261

13.4.4 薄膜等倾干涉的应用 261

13.5 薄膜的等厚干涉 262

13.5.1 劈尖干涉 262

13.5.2 牛顿环 265

13.6 光的衍射、惠更斯—菲涅耳原理 267

13.6.1 光的衍射 267

13.6.2 惠更斯—菲涅耳原理 267

13.6.3 衍射分类 267

13.7 单缝的夫琅禾费衍射 268

13.7.1 半波带法 268

13.7.2 衍射条纹特征 269

13.8 圆孔衍射 光学仪器的分辨本领 271

13.8.1 圆孔衍射 271

13.8.2 光学仪器的分辨本领 271

习题13 273

第14章 狭义相对论基础 277

14.1 经典时空观 伽利略变换 277

14.1.1 牛顿力学的时空观 277

14.1.2 伽利略变换 277

14.1.3 经典力学的相对性原理 278

14.1.4 经典力学的困难 278

14.2 狭义相对论的基本原理 279

14.2.1 狭义相对论的基本假设 279

14.2.2 洛伦兹变换式 279

14.2.3 狭义相对论的时空观 280

14.3 狭义相对论的动力学基础 283

14.3.1 相对论力学的基本方程 283

14.3.2 质量—能量关系式 284

14.3.3 动量和能量关系式 285

习题14 286

第15章 量子物理基础 288

15.1 黑体辐射、普朗克的量子假说 288

15.1.1 黑体辐射 288

15.1.2 黑体辐射的基本规律 289

15.1.3 普朗克假设和普朗克黑体辐射公式 291

15.2 光电效应、康普顿效应 292

15.2.1 光电效应实验的规律 292

15.2.2 爱因斯坦的光量子论 293

15.2.3 康普顿效应 294

15.2.4 光的波粒二象性 295

15.3 德布罗意波、实物粒子的二象性 295

15.4 不确定关系 297

习题15 298

第16章 物理学原理在工程技术中的应用 301

16.1 摩擦与自锁——螺旋千斤顶 301

16.2 跳台跳水游泳池的深度设计 302

16.3 汽车的动力学 303

16.3.1 汽车的驱动力 303

16.3.2 汽车的打滑 303

16.3.3 翻车的动力学分析 304

16.4 超导与磁悬浮列车 304

16.5 雷达、微波通信和光纤通信 306

16.5.1 雷达 306

16.5.2 激光雷达 307

16.5.3 微波通信与光纤通信 307

16.6 物理学与激光技术 308

16.7 物理学与新能源技术 312

16.7.1 风能 312

16.7.2 磁流体发电技术 314

16.7.3 水力发电技术 314

16.7.4 核能 315

16.7.5 太阳能——永恒的能源 315

附：习题参考答案 318

参考文献 329