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第0章 了解物理（物理学引论） 1

0.1物理学概貌 1

一、物理学简介 1

二、物理学与数学、物理学与哲学 3

三、数量级和物质世界的尺度 4

四、物理学习 6

0.2物理学中的数学 7

一、矢量及其运算 7

二、导数与微分 11

三、定积分 13

四、常用近似公式 17

五、常用幂级数展开式 17

六、极限运算 18

第一部分 力学 21

第1章 运动和力 21

1.1质点运动的描述 21

一、质点运动学中的基本物理量 21

二、给定坐标系下运动的描述 25

1.2相对运动 30

一、伽利略变换与经典时空观 30

二、相对位移与相对速度的应用 32

1.3牛顿运动定律 33

一、牛顿运动定律及其适用范围 33

二、力学中几种常见的力 35

三、惯性系与非惯性系 37

本章例题 38

思考题 51

习题 52

习题答案 53

第2章 动量和角动量 55

2.1动量定理 动量守恒定律 55

一、质点动量定理 55

二、质点系动量定理 56

三、动量守恒定律 57

2.2质点的角动量 角动量守恒定律 58

一、角动量 58

二、质点角动量定理 58

三、质点角动量守恒定律 59

本章例题 59

思考题 65

习题 66

习题答案 67

第3章 功和能 68

3.1功 保守力的功 势能 68

一、功 68

二、保守力的功 保守力 70

三、势能 72

3.2动能定理 75

一、质点的动能定理 75

二、质点系的动能定理 75

3.3功能原理 能量守恒定律 76

一、功能原理 机械能守恒定律 76

二、能量守恒定律 77

3.4守恒定律的意义 77

一、守恒定律在方法论上的意义 77

二、守恒定律在科学史上的推动作用 77

三、对称性与守恒定律 78

本章例题 78

思考题 84

习题 84

习题答案 86

第4章 刚体力学基础 87

4.1刚体运动的描述 质心运动定律 87

一、刚体及其运动 87

二、质心及质心运动定律 88

4.2刚体的定轴转动 91

一、转动动能 转动惯量 91

二、转动惯量的计算 93

4.3定轴转动中的动力学问题 94

一、转动定律 94

二、定轴转动中的动能定理 95

三、机械能守恒定律 96

4.4刚体的角动量守恒定律 97

一、刚体的角动量 97

二、刚体的角动量定律 98

三、角动量守恒定律 98

本章例题 100

思考题 106

习题 107

习题答案 108

第5章 狭义相对论基础 110

5.1伽利略变换和经典力学时空观 110

一、伽利略变换 110

二、绝对时空观 111

三、伽利略相对性原理和经典物理学的困难 111

5.2狭义相对论的基本概念 洛伦兹变换 114

一、狭义相对论假设 114

二、洛伦兹变换 114

5.3相对论时空理论 116

一、运动尺度的收缩 116

二、时间延缓效应 117

三、同时的相对性 117

5.4相对论动力学基础 118

一、质量和速度的关系 118

二、相对论中的能量 119

三、质能关系 120

四、能量动量关系式 121

本章例题 122

思考题 125

习题 125

习题答案 126

第二部分 热学 129

第6章 热力学基础知识 129

6.1热学基础知识概述 129

6.2理想气体的状态方程 132

一、物质的状态方程 132

二、理想气体的状态方程 133

6.3热力学第一定律 134

一、准静态过程 134

二、热力学第一定律 138

6.4理想气体的内能 摩尔定容热容和摩尔定压热容 140

一、理想气体的内能 140

二、理想气体的摩尔热容和内能 141

6.5理想气体典型准静态过程中功、热及内能之间的关系 142

一、三个等值过程（三个状态参量p、V、T依次保持不变的过程） 142

二、绝热过程（三个状态参量都发生变化的过程） 144

三、多方过程 145

6.6循环过程 卡诺循环 146

一、循环过程 146

二、热机及其效率 146

三、致冷机及其效率 147

四、卡诺循环 149

五、绝对零度不能达到原理（热力学第三定律） 150

6.7热力学第二定律 151

一、自然过程的方向性 151

二、热力学第二定律及其表述 154

三、卡诺定理 158

四、热力学第二定律与熵 160

本章例题 166

思考题 177

习题 178

习题答案 180

第7章 气体动理论 181

7.1气体分子热运动与统计规律 182

一、分子热运动的基本观点 182

二、分子运动服从统计规律 183

7.2理想气体的压强和温度 188

一、理想气体的压强 188

二、理想气体的温度 190

7.3能量按自由度均分定理 191

一、自由度的概念 191

二、能量按自由度均分定理（能量均分定理） 192

7.4麦克斯韦速率分布定律 195

一、分布的概念及麦克斯韦速率分布 195

二、麦克斯韦速率分布定律的实验验证 200

7.5玻耳兹曼分布律 201

一、玻耳兹曼分布律 201

二、玻耳兹曼因子e-ε／（kT）与能量最小原理 202

三、重力场中粒子按高度的分布 203

7.6气体分子的平均自由程 204

一、分子的平均碰撞频率 204

二、分子平均自由程 205

本章例题 206

思考题 211

习题 212

习题答案 213

第三部分 机械振动和机械波 217

第8章 机械振动基础 217

8.1简谐振动 217

一、简谐振动 217

二、谐振动的旋转矢量表示 219

三、谐振动的能量 221

四、初始条件与振幅、相位的关系 222

8.2简谐振动的合成 222

一、同方向同频率谐振动的合成 222

二、同方向不同频率谐振动的合成拍 223

三、两个同频率相互垂直谐振动的合成 224

8.3阻尼振动与受迫振动简介 226

一、阻尼振动 226

二、受迫振动 共振 227

本章例题 229

思考题 238

习题 238

习题答案 239

第9章 机械波 240

9.1波的产生 波动方程 240

一、振动与波 240

二、平面简谐波的波函数 243

三、振动曲线与波动曲线 245

9.2波的能量 能流与能流密度 246

一、媒质元的能量 246

二、能量密度与平均能量密度 248

三、能流和波的强度（能流密度） 248

9.3波的干涉 249

一、波的叠加原理 249

二、惠更斯原理 250

三、波的干涉 250

四、驻波 252

本章例题 254

思考题 263

习题 263

习题答案 264

第四部分 波动光学 267

第10章 光的干涉 267

10.1光源 光波的叠加 267

一、光是电磁波 267

二、光波的叠加 光的干涉 268

三、光程与光程差 271

10.2双缝干涉 272

一、杨氏双缝 273

二、菲涅耳双镜（双面镜、双棱镜） 275

三、洛埃镜与半波损失现象 275

10.3薄膜干涉 276

一、薄膜干涉的基本原理及结论 276

二、等厚干涉条纹 278

三、等倾干涉 281

本章例题 284

思考题 291

习题 291

习题答案 292

第11章 光的衍射 293

11.1单缝夫琅禾费衍射 293

一、光的衍射现象 293

二、惠更斯-菲涅耳原理 294

三、单缝夫琅禾费衍射 294

11.2光栅衍射 300

一、光栅衍射原理 300

二、多缝夫琅禾费衍射（光栅衍射） 300

三、光栅光谱 304

11.3光学仪器的分辨率 304

一、夫琅禾费圆孔衍射 304

二、瑞利判据 305

三、最小分辨角和仪器的分辨率 305

11.4X射线衍射 布喇格方程 306

一、X射线衍射 306

二、布喇格方程 307

本章例题 308

思考题 315

习题 315

习题答案 316

第12章 光的偏振 317

12.1自然光 线偏振光 马吕斯定律 317

一、自然光 317

二、线偏振光 317

三、起偏与检偏 318

四、马吕斯定律 318

12.2反射和折射时光的偏振 布儒斯特定律 319

一、布儒斯特定律 319

二、玻璃堆——布儒斯特定律的应用 320

12.3双折射现象 321

一、晶体的双折射现象 321

二、几种获得线偏振光的棱镜 324

本章例题 325

思考题 328

习题 328

习题答案 329

附录Ⅰ 330

附录Ⅱ 331

参考文献 334