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第一编 力学 3

第1章 质点运动学 3

1.1 质点运动的描述 3

1.1.1 参考系 质点 3

1.1.2 位置矢量 运动学方程 位移 4

1.1.3 速度 5

1.1.4 加速度 7

1.2 圆周运动 10

1.2.1 平面极坐标 10

1.2.2 圆周运动的角速度 10

1.2.3 圆周运动的切向加速度、法向加速度和角加速度 11

1.2.4 匀速率圆周运动和匀变速率圆周运动 13

习题 16

第2章 质点动力学 19

2.1 牛顿定律 19

2.1.1 牛顿第一定律 19

2.1.2 牛顿第二定律 20

2.1.3 牛顿第三定律 21

2.2 力学中的几种常见的力 22

2.2.1 万有引力 22

2.2.2 弹性力 23

2.2.3 摩擦力 23

2.3 牛顿定律的应用举例 24

2.4 非惯性系 惯性力 29

习题 30

第3章 动量守恒定律 33

3.1 质点的动量定理 33

3.1.1 动量 冲量 33

3.1.2 质点的动量定理 34

3.2 质点系的动量定理 35

3.3 动量守恒定律 37

习题 39

第4章 功和能 机械能守恒定律 41

4.1 功 动能 41

4.1.1 功 41

4.2 质点的动能定理 43

4.3 保守力与非保守力 势能 46

4.3.1 万有引力、重力、弹性力做功 46

4.3.2 保守力与非保守力 48

4.3.3 势能 势能曲线 49

4.4 功能原理 50

4.4.1 质点系的动能定理 50

4.4.2 质点系的功能原理 51

4.5 机械能守恒定律 53

4.6 碰撞 54

4.6.1 完全弹性碰撞 54

4.6.2 完全非弹性碰撞 56

习题 56

第5章 刚体的转动 60

5.1 刚体运动的基本形式 60

5.1.1 刚体的平动 60

5.1.2 刚体的定轴转动 60

5.2 转动定律 64

5.2.1 力矩 64

5.2.2 转动定律 66

5.2.3 转动惯量 67

5.2.4 转动定律的应用举例 68

5.3 角动量 70

5.3.1 质点的角动量 70

5.3.2 刚体绕定轴转动的角动量 71

5.4 角动量定理 71

5.5 角动量守恒定律 72

5.6 定轴转动的动能定理 76

5.6.1 力矩对空间的积累效应——力矩的功 76

5.6.2 转动动能 77

5.6.3 刚体绕定轴转动的动能定理 77

习题 79

第6章 机械振动 84

6.1 简谐运动 84

6.1.1 机械振动 84

6.1.2 简谐振动 85

6.2 简谐振动的描述——振幅 周期 频率和相位 87

6.2.1 周期 频率 87

6.2.2 相位 88

6.2.3 常数A和ψ的确定 88

6.2.4 旋转矢量法 90

6.3 简谐振动的能量 95

6.4 两个同方向同频率简谐运动的合成 97

习题 99

第7章 机械波 102

7.1 机械波的形成 102

7.2 机械波的描述 波长 周期和波速 103

7.3 平面简谐波 105

7.3.1 平面简谐波的波函数 105

7.3.2 波函数的物理含义 107

7.4 波的能量 声强级 111

7.4.1 波动能量的传播 111

7.4.2 声强级超声波和次声波 112

7.5 惠更斯原理 波的干涉 114

7.5.1 惠更斯原理 114

7.5.2 波的干涉 116

习题 119

第二编 热学 125

第8章 热力学基本定律 125

8.1 描述热力学系统的基本概念 125

8.1.1 热力学系统 125

8.1.2 平衡态 状态参量 125

8.2 理想气体的物态方程 126

8.2.1 热力学第0定律 126

8.2.2 理想气体的物态方程 127

8.2.3 p-V图 128

8.3 准静态过程 功 热量 128

8.3.1 准静态过程 128

8.3.2 准静态过程的功 129

8.3.3 热量 130

8.4 热力学第一定律 内能 130

8.4.1 热力学第一定律 130

8.4.2 内能 131

8.5 理想气体的等体过程和等压过程 摩尔热容 131

8.5.1 等体过程定体 摩尔热容 131

8.5.2 等压过程 定压摩尔热容 133

8.6 理想气体的等温过程和绝热过程 136

8.6.1 等温过程 136

8.6.2 绝热过程 136

8.6.3 绝热线和等温线 137

8.7 循环过程 卡诺循环 139

8.7.1 循环过程 139

8.7.2 热机和致冷机 141

8.7.3 卡诺循环 142

8.8 热力学第二定律的表述 卡诺定理 145

8.8.1 热力学第二定律的两种表述 145

8.8.2 可逆过程与不可逆过程 147

8.8.3 卡诺定理 148

8.9 熵 熵增加原理 148

8.9.1 熵 149

8.9.2 熵变的计算 150

8.9.3 熵增加原理 152

8.9.4 熵增加原理与热力学第二定律 153

习题 155

第9章 气体动理论 158

9.1 物质的微观模型统计规律性 158

9.1.1 分子数密度和线度 158

9.1.2 分子力 158

9.1.3 分子热运动的无序性及统计规律性 159

9.2 理想气体的压强公式 159

9.2.1 理想气体的基本微观假设 160

9.2.2 理想气体的压强公式 161

9.3 理想气体分子的平均平动动能与温度的关系 162

9.3.1 理想气体分子的平均平动动能与温度的关系 162

9.3.2 温度的微观解释 163

9.4 能量均分定理 理想气体内能 164

9.4.1 自由度 164

9.4.2 能量均分定理 165

9.4.3 理想气体的内能 166

9.5 麦克斯韦气体分子速率分布律 167

9.5.1 测定气体分子速率分布的实验 167

9.5.2 麦克斯韦气体分子速率分布定律 168

9.5.3 三种统计速率 169

9.6 分子平均碰撞次数和平均自由程 171

习题 172

第三编 电磁学 177

第10章 真空中的静电场 177

10.1 电荷守恒定律 177

10.1.1 电荷 物质的电结构 177

10.1.2 电荷守恒定律 178

10.2 库仑定律 178

10.3 电场 电场强度 179

10.3.1 电场 179

10.3.2 电场强度 179

10.3.3 电场强度的计算 180

10.4 高斯定理 183

10.4.1 电场线 183

10.4.2 电通量 184

10.4.3 高斯定理及其应用 186

10.5 静电场中的环路定理 190

10.5.1 静电场力所做的功 190

10.5.2 环路定理 191

10.5.3 电势能 191

10.6 电势 192

10.6.1 电势 192

10.6.2 等势面 194

10.6.3 电势与电场强度的关系 194

习题 196

第11章 静电场中的导体和电介质 198

11.1 静电场中的导体 198

11.1.1 静电平衡条件 198

11.1.2 静电平衡时导体上电荷的分布 199

11.1.3 静电屏蔽 201

11.2 静电场中的电介质 204

11.2.1 电介质对电场的影响 相对电容率 205

11.2.2 电介质的极化 205

11.2.2 电极化强度 207

11.2.3 极化电荷对电场的影响 207

11.2.4 电介质中的高斯定理 209

11.3 电容 211

11.3.1 孤立导体的电容 211

11.3.2 电容器 212

11.3.3 电容器的串联和并联 214

11.4 静电场的能量 215

习题 217

第12章 稳恒电流 220

12.1 电流 电流密度 220

12.2 电流的连续性方程和稳恒电流条件 221

12.3 导体的电阻和电阻率 222

12.4 欧姆定律 224

12.5 电功率和焦耳定律 224

12.6 电源 电动势 225

12.7 基尔霍夫定律 226

12.7.1 基尔霍夫第一定律 227

12.7.2 基尔霍夫第二定律 227

12.7.3 基尔霍夫定律的应用 228

习题 229

第13章 稳恒磁场 232

13.1 磁场 磁感应强度 232

13.2 毕奥－沙伐尔定律 233

13.2.1 毕奥－萨伐尔定律 233

13.2.2 毕奥－萨伐尔定律应用举例 234

13.3 磁感线 239

13.4 磁通量 磁场的高斯定理 240

13.5 安培环路定理 242

13.5.1 安培环路定理 242

13.5.2 安培环路定理的应用举例 243

13.6 载流导线在磁场中受的力——安培力 244

13.6.1 安培力 244

13.6.2 磁场作用于载流线圈的磁力矩 247

13.7 运动电荷在磁场中受的力——洛伦兹力 250

13.7.1 洛伦兹力的数学表达式 250

13.7.2 带电粒子在磁场中的运动 251

13.7.3 霍耳效应 252

13.8 磁场中的磁介质 254

13.8.1 磁介质 磁化强度 254

13.8.2 磁介质中的安培环路定理 磁场强度 255

13.8.3 铁磁质 257

习题 259

第14章 电磁感应 263

14.1 电磁感应现象 263

14.2 电磁感应定律 264

14.3 楞次定律 265

14.4 动生电动势 感生电动势 267

14.4.1 动生电动势 268

14.4.2 感生电动势 269

14.5 自感和互感 269

14.5.1 自感电动势 自感 269

14.5.2 互感电动势 互感 271

14.6 RL电路 273

习题 275

第四编 光学 279

第15章 光学 279

15.1 光源 光的相干性 279

15.2 杨氏双缝干涉实验 280

15.2.1 杨氏双缝干涉实验装置 280

15.2.2 定量分析杨氏双缝干涉条纹的形成 281

15.2.3 缝宽对干涉条纹的影响 空间相干性 283

15.3 光程与光程差 284

15.3.1 光程 284

15.3.2 透镜不引起附加的光程差 285

15.4 薄膜干涉 286

15.5 迈克耳逊干涉仪 289

15.6 光的衍射 291

15.6.1 光的衍射现象 291

15.6.2 惠更斯－菲涅耳原理 292

15.6.3 菲涅耳衍射和夫琅和费衍射 292

15.7 单缝衍射 293

15.8 圆孔衍射 光学仪器的分辨本领 297

15.9 衍射光栅 301

15.9.1 光栅 301

15.9.2 光栅衍射条纹的形成 303

15.9.3 衍射光谱 305

15.10 光的偏振 307

15.10.1 偏振光 307

15.10.2 偏振片 起偏与检偏 309

15.11 反射光和折射光的偏振 310

15.12 几何光学 312

15.12.1 几何光学基本定律 313

15.12.2 光在球面上的反射和折射成像 314

15.12.3 光在球面上的反射和折射成像 315

15.12.4 薄透镜 318

15.12.5 显微镜、望远镜和照相机 321

习题 323