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第1篇 力学 3

第1章 质点运动学 3

1.1 质点 参考系 坐标系 3

1.1.1 质点 3

1.1.2 参考系 5

1.1.3 坐标系 5

1.2 描述质点运动的物理量 6

1.2.1 描述质点在某时刻位置的矢量——位置矢量 6

1.2.2 运动方程 7

1.2.3 描述质点位置变化的大小和方向——位移矢量 8

1.2.4 位移对时间的变化率——速度 9

1.2.5 速度对时间的变化率——加速度 11

1.2.6 运动学的两类问题 12

1.3 圆周运动 14

1.3.1 圆周运动的平面极坐标（角量）描述 15

1.3.2 圆周运动的直角坐标系描述 16

1.3.3 圆周运动的自然坐标系描述 17

1.3.4 角量和线量的关系 19

1.4 相对运动 21

1.4.1 运动描述的相对性 21

1.4.2 伽利略变换 21

第2章 牛顿定律 23

2.1 牛顿运动定律 23

2.1.1 牛顿第一定律（惯性定律） 23

2.1.2 牛顿第二定律 24

2.1.3 牛顿第三定律 25

2.2 常见的几种力 25

2.2.1 万有引力和重力 26

2.2.2 弹性力 26

2.2.3 摩擦力 28

2.2.4 流体阻力 28

2.3 牛顿定律的应用 29

2.4 惯性参照系 力学相对性原理 33

2.4.1 惯性参照系 33

2.4.2 力学相对性原理 33

2.4.3 牛顿运动定律的适用范围 34

第3章 动量守恒定律和能量守恒定律 35

3.1 质点和质点系的动量定理 35

3.1.1 动量 冲量 质点的动量定理 36

3.1.2 质点系的动量定理 38

3.2 动量守恒定律 39

3.3 动能定理 42

3.3.1 功 42

3.3.2 质点的动能定理 44

3.3.3 质点系的动能定理 45

3.4 保守力与势能 48

3.4.1 一对万有引力的功 48

3.4.2 保守力 49

3.4.3 势能 49

3.4.4 常见保守力的势能 50

3.5 功能原理 机械能守恒定律 52

3.5.1 功能原理 52

3.5.2 机械能守恒定律 52

3.5.3 普遍的能量守恒定律 54

3.6 碰撞 55

3.6.1 弹性碰撞 55

3.6.2 完全非弹性碰撞 56

第4章 刚体和理想流体 59

4.1 刚体的运动简介 59

4.1.1 刚体的平动 60

4.1.2 刚体的转动 60

4.1.3 刚体定轴转动 60

4.2 力矩 转动定律 转动惯量 64

4.2.1 力矩 65

4.2.2 转动定律 66

4.2.3 转动惯量 67

4.2.4 刚体定轴转动定律的应用 70

4.3 角动量 角动量守恒定律 74

4.3.1 质点对固定点的角动量 74

4.3.2 质点的角动量定理 75

4.3.3 质点的角动量守恒定律 76

4.3.4 刚体对轴的角动量 77

4.3.5 刚体对轴的角动量定理 77

4.3.6 刚体对轴的角动量守恒定律 78

4.4 力矩做功 定轴转动的动能定理 81

4.4.1 力矩做功 81

4.4.2 转动动能 81

4.4.3 定轴转动的动能定理 82

4.5 陀螺仪 进动 83

4.5.1 陀螺的进动 84

4.5.2 回转效应与来复线 85

4.5.3 陀螺仪的定向性 85

4.6 流体力学简介 86

4.6.1 静止流体内的压强 87

4.6.2 理想流体的连续性方程 90

4.6.3 理想流体定常流动的伯努利方程 93

4.6.4 理想流体定常流动的伯努利方程的应用 94

第2篇 热 学 99

第5章 气体动理论 99

5.1 平衡态 理想气体状态方程 99

5.1.1 状态参量 平衡态 99

5.1.2 理想气体状态方程 100

5.2 理想气体的压强公式 101

5.2.1 理想气体的微观模型 102

5.2.2 大量气体分子组成的系统的统计假设 103

5.2.3 理想气体压强公式的推导 103

5.3 理想气体的温度公式 105

5.4 能量均分定理 理想气体的内能 107

5.4.1 自由度 107

5.4.2 能量均分定理 108

5.4.3 理想气体的内能 108

5.5 麦克斯韦分子速率分布律 110

5.5.1 速率分布函数 110

5.5.2 麦克斯韦气体分子速率分布律 112

5.5.3 三种统计速率 113

5.6 玻耳兹曼能量分布律 116

5.6.1 玻耳兹曼能量分布律 116

5.6.2 重力场中粒子按高度的分布 117

5.7 分子平均碰撞次数和平均自由程 118

5.7.1 分子的平均碰撞频率 118

5.7.2 分子的平均自由程 119

第6章 热力学基础 120

6.1 准静态过程 功 内能 热量 120

6.1.1 准静态过程 120

6.1.2 热力学第零定律 121

6.1.3 准静态过程的功 内能 热量 121

6.2 热力学第一定律 124

6.3 理想气体的定体摩尔热容和定压摩尔热容 125

6.3.1 气体的摩尔热容 126

6.3.2 定体摩尔热容Cv,m 126

6.3.3 定压摩尔热容Cp,m 126

6.4 理想气体的等体、等压、等温和绝热过程 127

6.4.1 等体过程 128

6.4.2 等压过程 128

6.4.3 等温过程 129

6.4.4 绝热过程 129

6.5 循环过程 卡诺循环 133

6.5.1 循环过程 133

6.5.2 卡诺循环 137

6.6 热力学第二定律 140

6.6.1 热力学过程的方向性 140

6.6.2 热力学第二定律的表述 141

6.7 热力学第二定律的统计意义 熵增加原理 143

6.7.1 热力学第二定律的统计意义 143

6.7.2 熵 熵增加原理 145

6.8 热学的应用 147

6.8.1 温室效应 147

6.8.2 热泵技术 147

6.8.3 低温技术 148

6.8.4 热处理技术 149

第3篇 电磁学 153

第7章 静电场 153

7.1 电荷的量子化 电荷守恒定律 153

7.1.1 摩擦起电 153

7.1.2 电荷的量子化 154

7.1.3 电荷的守恒性 154

7.1.4 电荷的相对论不变性 155

7.2 库仑定律 电场力叠加原理 155

7.2.1 点电荷 155

7.2.2 库仑定律 155

7.2.3 电场力叠加原理 156

7.3 电场 电场强度 157

7.3.1 电场 157

7.3.2 电场强度 158

7.3.3 场强叠加原理 158

7.3.4 场强的计算 159

7.4 电场强度通量 高斯定理 165

7.4.1 电场线 165

7.4.2 电场强度通量 166

7.4.3 高斯定理 167

7.4.4 高斯定理的应用 169

7.5 静电场的环路定理 电势能 174

7.5.1 静电场力的功 174

7.5.2 静电场的环路定理 175

7.5.3 电势能 176

7.6 电势 电势差 电势叠加原理 177

7.6.1 电势 电势差 177

7.6.2 电势的计算 178

7.7 电场强度与电势梯度 183

7.7.1 等势面 183

7.7.2 场强与电势的关系 183

第8章 静电场中的导体和电介质 186

8.1 静电场中的导体 186

8.1.1 静电感应 静电平衡 186

8.1.2 静电平衡时导体上电荷的分布 187

8.2 静电场中的电介质 193

8.2.1 电介质的分类 193

8.2.2 电介质的极化 193

8.2.3 极化强度矢量 194

8.2.4 介电常数 195

8.2.5 极化强度与束缚电荷面密度的关系 195

8.3 电位移 有电介质时的高斯定理 196

8.3.1 有电介质时的高斯定理 196

8.3.2 E、D、P三矢量之间的关系 197

8.4 电容 198

8.4.1 孤立导体的电容 198

8.4.2 电容器及其电容 199

8.4.3 典型电容器的电容公式 199

8.4.4 电容器的串、并联 201

8.5 静电场的能量 能量密度 203

8.5.1 带电系统的能量 203

8.5.2 电场能量 203

8.6 静电的应用 205

8.6.1 电容式传感器 205

8.6.2 静电屏蔽 206

第9章 稳恒磁场 207

9.1 磁场 磁感应强度 207

9.1.1 基本磁现象 208

9.1.2 磁场 208

9.1.3 磁感应强度 209

9.2 磁场对运动电荷的作用 211

9.2.1 洛伦兹力 211

9.2.2 带电粒子在匀强磁场中的运动 211

9.3 毕奥－萨伐尔定律 215

9.3.1 毕奥－萨伐尔定律 215

9.3.2 毕奥－萨伐尔定律的应用 216

9.3.3 匀速运动的点电荷的磁场 221

9.4 磁通量 磁场的高斯定理 223

9.4.1 磁感线 223

9.4.2 磁通量 224

9.4.3 磁场中的高斯定理 224

9.5 安培环路定理及其应用 225

9.5.1 安培环路定理 226

9.5.2 安培环路定理的应用 228

9.6 磁场对载流导线的作用 232

9.6.1 安培定律 232

9.6.2 安培单位的定义 235

9.6.3 磁场对载流线圈的作用 235

9.7 磁场中的磁介质 239

9.7.1 物质的磁性 239

9.7.2 磁化强度 磁化电流 240

9.7.3 磁介质中的磁场 磁场强度 242

9.7.4 铁磁介质 242

第10章 电磁感应 电磁场 245

10.1 电动势 电磁感应定律 245

10.1.1 电源 电动势 245

10.1.2 电磁感应现象 246

10.1.3 法拉第电磁感应定律 247

10.1.4 楞次定律 248

10.2 动生电动势和感生电动势 250

10.2.1 动生电动势 250

10.2.2 感生电动势 252

10.3 自感和互感 255

10.3.1 自感 255

10.3.2 互感 257

10.4 自感磁能 磁场的能量 259

10.4.1 自感磁能 259

10.4.2 磁场的能量 260

10.5 位移电流 麦克斯韦方程组 261

10.5.1 位移电流 全电流安培环路定理 262

10.5.2 麦克斯韦方程组 电磁场 263

10.6 电磁感应的应用 264

10.6.1 交流发电机和交流（感应）电动机 264

10.6.2 涡电流及其应用 265

10.6.3 电子感应加速器 266

10.6.4 磁流体发电机 266

部分练习答案 268

参考文献 281