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绪论 1

0.1 物理学的意义和研究对象 1

0.2 物理实验和理论结构 1

0.3 物理学和科学技术 2

0.4 物理学与人才培养 3

第1章 力和运动 4

1.1 质点运动的描述 4

1.1.1 质点 4

1.1.2 参考系和坐标系 4

1.1.3 位置矢量和位移 5

1.1.4 速度和加速度 7

1.1.5 自然坐标系下的速度和加速度 10

1.2 求解运动学问题举例 12

1.3 圆周运动 17

1.4 绝对时空条件下的相对运动 20

1.4.1 时间与空间 20

1.4.2 相对运动 21

1.5 牛顿运动定律及其应用 23

1.5.1 牛顿运动定律的基本内容 23

1.5.2 力学中常见的几种力 25

1.5.3 单位制和量纲 27

1.5.4 牛顿运动定律的应用 28

思考题 30

习题 30

第2章 动量 功和能 34

2.1 动量 冲量 动量定理 34

2.1.1 动量 34

2.1.2 冲量 34

2.1.3 动量定理 35

2.2 质点系的动量定理及动量守恒定律 37

2.2.1 质点系的动量定理 37

2.2.2 质心和质心运动定理 38

2.2.3 动量守恒定律 38

2.3 动能定理 40

2.3.1 功 40

2.3.2 功率 42

2.3.3 质点的动能定理 43

2.4 保守力与非保守力 势能 46

2.4.1 万有引力、重力、弹性力的做功特点 46

2.4.2 保守力与非保守力 47

2.4.3 势能 48

2.5 功能原理 机械能守恒定律 49

2.5.1 质点系的动能定理 49

2.5.2 功能原理 50

2.5.3 机械能守恒定律 50

2.6 碰撞 53

2.6.1 完全弹性碰撞 53

2.6.2 完全非弹性碰撞 55

2.6.3 非弹性碰撞 55

思考题 57

习题 58

第3章 刚体的转动 61

3.1 刚体的定轴转动 61

3.1.1 平动和转动 61

3.1.2 刚体定轴转动的运动学描述 61

3.2 刚体定轴转动的动力学描述 63

3.2.1 力对转轴的力矩 63

3.2.2 转动定律 65

3.2.3 转动惯量 66

3.3 角动量 角动量守恒定律 70

3.3.1 角动量 70

3.3.2 刚体定轴转动的角动量定理 71

3.3.3 角动量守恒定律 72

3.4 刚体定轴转动的动能定理 76

3.4.1 转动动能 76

3.4.2 力矩的功和功率 76

3.4.3 刚体绕定轴转动的动能定理 77

思考题 79

习题 79

第4章 机械振动和波动 84

4.1 简谐运动 84

4.1.1 简谐运动的基本特征 84

4.1.2 描述简谐运动的物理量 86

4.2 简谐运动的旋转矢量表示法 90

4.3 简谐运动的能量 94

4.4 一维简谐运动的合成 拍现象 95

4.4.1 两个同方向同频率简谐运动的合成 95

4.4.2 两个同方向不同频率简谐运动的合成 98

4.4.3 相互垂直的同频率简谐运动的合成 99

4.5 机械波的产生和传播 101

4.5.1 机械波的产生和传播 101

4.5.2 波动过程的描述 103

4.6 平面简谐波 104

4.6.1 平面简谐波的波函数 105

4.6.2 平面简谐波的能量 108

4.7 惠更斯原理 波的衍射 110

4.7.1 惠更斯原理 110

4.7.2 波的衍射 110

4.8 波的叠加 111

4.8.1 波的叠加原理 111

4.8.2 波的干涉 111

4.8.3 驻波 115

4.9 多普勒效应 118

4.9.1 波源不动，观测者相对介质以速度v0运动 118

4.9.2 观测者不动，波源相对介质以速度vs运动 119

4.9.3 波源和观测者同时相对介质运动 120

4.9.4 冲击波 121

思考题 121

习题 122

第5章 气体分子动理论 127

5.1 分子动理论的基本概念 127

5.1.1 统计规律 127

5.1.2 物质的微观模型 分子力 128

5.2 理想气体及其状态描述 129

5.2.1 理想气体的微观模型 129

5.2.2 理想气体状态的描述 129

5.3 理想气体的压强和温度 131

5.3.1 理想气体的压强公式 131

5.3.2 温度与气体分子平均平动动能的关系 132

5.3.3 方均根速率 133

5.4 能量按自由度均分定理 理想气体的内能 134

5.4.1 分子运动的自由度数 134

5.4.2 能量按自由度均分定理 135

5.4.3 理想气体的内能 136

5.5 麦克斯韦速率分布律 137

5.5.1 麦克斯韦速率分布函数 137

5.5.2 三种统计速率 139

5.6 气体分子的平均碰撞频率和平均自由程 141

5.6.1 分子的平均碰撞频率 141

5.6.2 分子的平均自由程 142

5.7 气体的输运现象 143

5.7.1 粘滞现象 144

5.7.2 热传导现象 145

5.7.3 扩散现象 146

思考题 147

习题 148

第6章 热力学基础 151

6.1 热力学第一定律 151

6.1.1 热力学过程 151

6.1.2 内能 功 热量 152

6.1.3 热力学第一定律 154

6.2 热力学第一定律的应用 155

6.2.1 等体过程 定容摩尔热容 155

6.2.2 等压过程 定压摩尔热容 156

6.2.3 等温过程 158

6.2.4 绝热过程 159

6.2.5 绝热线与等温线 161

6.3 循环过程 卡诺循环 163

6.3.1 循环过程 163

6.3.2 热机和制冷机 164

6.3.3 卡诺循环 166

6.4 热力学第二定律 168

6.4.1 热力学第二定律的两种表述 168

6.4.2 两种表述的等效性 169

6.5 可逆过程与不可逆过程 卡诺定理 170

6.5.1 可逆过程与不可逆过程 170

6.5.2 热力学第二定律的实质 170

6.5.3 热力学第二定律的统计意义 171

6.5.4 卡诺定理 173

6.6 熵和熵增加原理 174

6.6.1 玻尔兹曼熵 174

6.6.2 克劳修斯熵 174

6.6.3 熵增加原理 178

思考题 179

习题 180

第7章 真空中的静电场 184

7.1 电荷 库仑定律 184

7.1.1 电荷 184

7.1.2 库仑定律 185

7.1.3 静电力的叠加原理 186

7.2 电场 电场强度 186

7.2.1 电场 186

7.2.2 电场强度 187

7.2.3 电场强度的计算 188

7.3 高斯定理 194

7.3.1 电场线 194

7.3.2 电通量 195

7.3.3 高斯定理 196

7.3.4 高斯定理的应用 199

7.4 电势 202

7.4.1 静电场的环路定理 202

7.4.2 电势 203

7.4.3 电势的计算 204

7.5 等势面 电场强度与电势梯度 208

7.5.1 等势面 208

7.5.2 电场强度与电势梯度的关系 209

思考题 211

习题 212

第8章 静电场中的导体和电介质 216

8.1 静电场中的导体 216

8.1.1 导体的静电平衡条件 216

8.1.2 静电平衡时导体上的电荷分布 217

8.1.3 静电屏蔽 220

8.2 电容和电容器 221

8.2.1 孤立导体的电容 221

8.2.2 电容器及其电容 222

8.2.3 电容器的连接 224

8.3 静电场中的电介质 226

8.3.1 电介质的极化 226

8.3.2 极化强度和极化电荷 228

8.4 电位移矢量 有电介质时的高斯定理 230

8.5 静电场的能量 235

思考题 238

习题 240

第9章 恒定电流的磁场 243

9.1 恒定电流 243

9.1.1 恒定电流 电流密度矢量 243

9.1.2 欧姆定律 电阻 245

9.2 电源电动势 全电路欧姆定律 249

9.2.1 非静电力 249

9.2.2 电源电动势 250

9.2.3 电源的路端电压 250

9.2.4 全电路欧姆定律 252

9.3 磁场 磁感应强度 253

9.3.1 磁的基本现象 253

9.3.2 磁感应强度 255

9.4 毕奥－萨伐尔定律及其应用 256

9.4.1 毕奥－萨伐尔定律 256

9.4.2 毕奥－萨伐尔定律的应用 257

9.5 磁场的高斯定理 261

9.5.1 磁感应线 261

9.5.2 磁通量 262

9.5.3 磁场的高斯定理 263

9.6 安培环路定理及其应用 263

9.6.1 安培环路定理 263

9.6.2 安培环路定理应用举例 265

9.7 带电粒子在磁场中的运动 267

9.7.1 洛伦兹力 267

9.7.2 带电粒子在均匀磁场中的运动 269

9.7.3 霍耳效应 270

9.8 磁场对载流导线的作用 272

9.8.1 安培力 272

9.8.2 磁场对载流线圈的作用 274

9.9 磁场中的磁介质 275

9.9.1 磁介质的磁化 276

9.9.2 有磁介质时的安培环路定理 278

9.9.3 铁磁质 281

思考题 285

习题 286

第10章 电磁感应 291

10.1 电磁感应定律 291

10.1.1 电磁感应现象 291

10.1.2 楞次定律 292

10.1.3 法拉第电磁感应定律 293

10.2 动生电动势 294

10.3 感生电动势 涡电流 297

10.3.1 感生电动势 297

10.3.2 涡电流 300

10.4 自感和互感 301

10.4.1 自感现象与自感系数 301

10.4.2 互感现象与互感系数 303

10.5 磁场的能量 305

10.6 位移电流 麦克斯韦方程组 307

10.6.1 位移电流 307

10.6.2 麦克斯韦方程组 310

10.7 平面电磁波及其性质 311

10.7.1 平面电磁波的性质 311

10.7.2 光的电磁理论 312

10.7.3 电磁波的能流密度 313

思考题 314

习题 315

第11章 波动光学 321

11.1 光的相干性 321

11.1.1 相干光和相干光源 321

11.1.2 光源的发光机理 321

11.1.3 相干光的获取 322

11.2 杨氏双缝干涉实验 劳埃德镜 323

11.2.1 杨氏双缝干涉实验 323

11.2.2 劳埃德镜 半波损失 325

11.3 相位差和光程 326

11.3.1 两束光在相遇点的相位差 326

11.3.2 光程和费马原理 327

11.3.3 透镜物像之间的等光程性 328

11.4 薄膜干涉 329

11.4.1 厚度均匀薄膜的干涉 329

11.4.2 厚度不均匀薄膜的干涉 332

11.4.3 迈克耳孙干涉仪 336

11.5 光的衍射 338

11.5.1 光的衍射现象 338

11.5.2 惠更斯－菲涅耳原理 339

11.5.3 菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射 339

11.6 夫琅禾费单缝衍射 340

11.7 圆孔衍射 光学仪器的分辨本领 343

11.7.1 夫琅禾费圆孔衍射 343

11.7.2 光学仪器的分辨率 344

11.8 光栅和光栅衍射 346

11.8.1 光栅 346

11.8.2 光栅衍射 347

11.8.3 缺级现象 348

11.8.4 衍射光谱 349

11.9 光的偏振 350

11.9.1 自然光与偏振光 350

11.9.2 起偏与检偏 351

11.9.3 马吕斯定律 352

11.9.4 反射光和折射光的偏振 353

思考题 356

习题 357

第12章 狭义相对论 361

12.1 基于绝对时空的力学理论 361

12.1.1 伽利略变换式 经典力学的相对性原理 361

12.1.2 经典力学的绝对时空观 363

12.1.3 绝对参考系的困惑 363

12.2 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换 364

12.2.1 狭义相对论的基本原理 364

12.2.2 洛伦兹变换 365

12.2.3 洛伦兹速度变换式 366

12.3 狭义相对论的时空观 367

12.3.1 同时的相对性 368

12.3.2 长度的收缩 368

12.3.3 时间的延缓 369

12.4 光的多普勒效应 370

12.5 相对论动力学 372

12.5.1 相对论动量与质量 372

12.5.2 狭义相对论动力学的基本方程 373

12.5.3 质量与能量的关系 373

12.5.4 质能公式在原子核裂变和聚变中的应用 374

12.5.5 动量与能量的关系 375

思考题 377

习题 377

第13章 量子物理基础 380

13.1 黑体辐射和能量子假设 380

13.1.1 热辐射的实验定律 380

13.1.2 黑体辐射的经典公式 381

13.1.3 普朗克的黑体辐射公式 383

13.2 光的粒子性 384

13.2.1 普朗克量子假说 384

13.2.2 光电效应 385

13.2.3 爱因斯坦光量子理论 387

13.2.4 光的波粒二象性 389

13.2.5 光电效应的应用 389

13.3 康普顿效应 391

13.3.1 光的散射 391

13.3.2 康普顿效应 392

13.3.3 康普顿效应与光电效应的关系 393

13.4 玻尔的氢原子理论 394

13.4.1 氢原子光谱的实验规律 395

13.4.2 卢瑟福的原子有核模型 396

13.4.3 玻尔的氢原子理论 396

13.5 实物粒子的波粒二象性 399

13.5.1 德布罗意假设 399

13.5.2 电子衍射实验 401

13.6 不确定关系 402

13.7 波函数 薛定谔方程 406

13.7.1 波函数 406

13.7.2 波函数的统计诠释 407

13.7.3 薛定谔方程 409

13.8 一维定态问题 410

13.8.1 一维无限深势阱 410

13.8.2 一维势垒 隧道效应 413

13.8.3 一维谐振子 414

思考题 415

习题 415

参考文献 419