绪论 1
一、物理学的研究对象 1
二、物理学与技术进步、生产实践的关系 1
三、物理学的学习方法 2
第一章 力学的基本定律 3
第一节 牛顿运动定律 3
一、物理学的理想模型 3
二、牛顿运动定律 4
三、单位和量纲 6
第二节 功和能、能量守恒定律 7
一、功 7
二、动能、势能 8
三、功能原理 11
四、机械能守恒定律 12
五、能量守恒定律 12
第三节 动量守恒定律 13
一、动量、冲量、动量定理 13
二、动量守恒定律 16
第四节 转动和转动定律 17
一、刚体的定轴转动 17
二、力矩、转动定律、转动惯量 20
三、转动动能、力矩的功 25
第五节 角动量守恒定律 27
一、角动量、冲量矩、角动量定理 27
二、角动量守恒定律 28
第六节 进动 30
习题一 32
第二章 相对论 36
第一节 伽利略相对性原理 经典力学的时空观 36
一、伽利略相对性原理 36
二、伽利略变换 37
三、经典力学的时空观 37
四、经典力学时空观的困难 38
第二节 狭义相对论的基本原理 40
一、爱因斯坦假设 40
二、洛伦兹变换 41
三、爱因斯坦速度变换 41
第三节 狭义相对论的时空观 42
一、同时性的相对性 43
二、长度的相对性 44
三、时间的相对性 45
四、相对性与绝对性 47
第四节 相对论动力学 49
一、质量和动量 49
二、力和动能 50
三、能量、质能关系 52
四、能量和动量的关系 53
第五节 广义相对论简介 53
一、等效原理 53
二、广义相对性原理 55
三、广义相对论的检验 55
习题二 56
第三章 流体的运动 58
第一节 理想流体的定常流动 58
一、理想流体 58
二、定常流动 59
三、连续性方程 60
第二节 伯努利方程及其应用 60
一、伯努利方程 60
二、伯努利方程的应用 62
第三节 黏性流体、层流、湍流 65
一、牛顿黏性定律 65
二、层流、湍流、雷诺数 67
第四节 泊肃叶定律 68
一、泊肃叶定律 68
二、黏性流体的运动规律 70
第五节 斯托克斯定律 71
习题三 72
第四章 振动和波 75
第一节 简谐振动 75
一、简谐振动的运动方程 75
二、简谐振动的能量 77
第二节 简谐振动的合成 78
一、同方向简谐振动的合成 78
二、相互垂直简谐振动的合成 80
第三节 振动的分解、频谱 81
一、非简谐周期振动的傅里叶分解、不连续谱 81
二、一段有限波列的分解、连续谱 82
第四节 简单的非理想振动 83
第五节 简谐波 85
一、机械波的产生和传播 85
二、波动方程 87
三、波的能量 88
第六节 波的叠加原理、波的干涉 90
一、波的叠加原理 90
二、波的干涉 90
三、驻波 91
第七节 声波和超声波 93
一、声强和声强级 94
二、多普勒效应 94
三、超声波 96
四、次声波 97
习题四 98
第五章 分子物理学 100
第一节 动理学理论 101
一、动理学理论及其实验基础 101
二、分子现象的统计规律性 101
第二节 理想气体动理论基本方程 102
一、理想气体物态方程 102
二、理想气体动理论基本方程 103
三、分子的平均平动动能 105
第三节 能量均分定理 106
一、自由度 106
二、能量均分定理 107
第四节 分子速率及其实验测定 108
一、分子速率的统计分布 108
二、分子速率的实验测定 110
第五节 真实气体 111
一、真实气体的等温线 111
二、分子力 113
三、范德瓦耳斯方程 114
第六节 液体的表面现象 117
习题五 122
第六章 静电场 124
第一节 库仑定律、电场强度 124
一、库仑定律 124
二、电场强度 124
第二节 电通量、高斯定理 128
一、电场线、电通量 128
二、高斯定理 130
第三节 电场力做功、电势、电势差 134
一、静电场的环路定理 134
二、电势能、电势、电势差 135
三、电场强度与电势的关系 139
第四节 静电场中的导体 141
一、导体的静电平衡条件 141
二、静电平衡时导体的性质 141
三、空腔导体和静电屏蔽 142
第五节 静电场中的电介质 144
一、电介质的极化 144
二、极化强度和极化电荷 146
三、电位移、有电介质时的高斯定理 148
第六节 电容 150
一、孤立导体的电容 150
二、电容器的电容 151
三、电容器电容的计算 152
第七节 静电场的能量 153
一、电容器的能量 153
二、电场的能量和能量密度 154
第八节 压电效应及其应用 156
一、压电效应 156
二、压电效应的应用 157
习题六 157
第七章 直流电路 160
第一节 恒定电流 160
一、电流强度和电流密度 160
二、欧姆定律的微分形式 162
三、电解质导电 163
第二节 电源的电动势、一段有源电路的欧姆定律 165
一、电源的电动势 165
二、一段有源电路的欧姆定律 166
第三节 基尔霍夫定律及其应用 167
一、基尔霍夫定律 168
二、基尔霍夫定律的应用 169
第四节 温差电现象及其应用 170
一、电子的逸出功 170
二、接触电势差 171
三、温差电现象及其应用 172
第五节 电容器的充电和放电 174
一、电容器的充电 174
二、电容器的放电 176
习题七 178
第八章 磁场 181
第一节 磁场、磁感应强度 181
一、磁场 181
二、磁感应强度 181
三、磁感应线 182
四、磁通量 184
第二节 电流的磁场 184
一、毕奥-萨伐尔定律 184
二、安培环路定理 187
第三节 磁场对运动电荷的作用 191
一、洛仑兹力 191
二、质谱仪 193
三、霍耳效应 194
第四节 磁场对电流的作用、磁矩 196
一、安培定律 196
二、磁场对载流线圈的作用、磁矩 199
三、磁力矩的功 附加能量 201
第五节 磁介质 204
一、磁介质 204
二、磁导率 磁场强度 206
三、铁磁质 208
四、磁致伸缩 210
习题八 211
第九章 电磁感应 216
第一节 电磁感应定律 216
一、电磁感应的基本定律 216
二、有旋电场 220
三、涡电流 221
第二节 自感 222
一、自感现象、自感系数 222
二、RL电路 223
第三节 磁场的能量 225
第四节 电磁场及其传播 227
一、位移电流 227
二、麦克斯韦电磁场基本方程 229
三、电磁波的产生和传播 231
四、电磁波的能量 233
第五节 超导电性和超导磁体 234
一、零电阻现象 234
二、迈斯纳效应和磁通量子化 234
三、超导的研究前景和应用 236
习题九 237
第十章 光的波动性 240
第一节 光的干涉 240
一、光的相干性 240
二、杨氏双缝实验 241
三、劳埃镜实验 242
四、光程和光程差 243
五、薄膜干涉 244
六、迈克耳孙干涉仪 246
第二节 光的衍射 247
一、惠更斯-菲涅耳原理 247
二、单缝衍射 248
三、夫朗和费圆孔衍射 光学仪器的分辨率 251
四、衍射光栅 衍射光谱 253
第三节 X射线的衍射 256
一、X射线的波动性 256
二、布拉格方程 256
第四节 光的偏振 258
一、自然光和偏振光 258
二、光的双折射现象 262
三、椭圆偏振光和圆偏振光 266
四、偏振光的干涉、色偏振 267
第五节 旋光现象 267
一、旋光性 267
二、圆二色性 269
第六节 光的吸收和散射 269
一、光的吸收、朗伯-比尔定律 269
二、光的散射 271
习题十 272
第十一章 光的粒子性 275
第一节 热辐射 275
一、热辐射现象 275
二、基尔霍夫定律 275
三、黑体辐射定律 276
四、普朗克量子假设 278
第二节 光电效应 280
一、光电效应的基本规律 280
二、爱因斯坦的光子学说 281
三、光电效应的应用 284
第三节 康普顿效应 285
一、康普顿散射实验 285
二、康普顿散射的理论解释 285
第四节 光的波粒二象性 288
习题十一 289
第十二章 量子力学基础 290
第一节 玻尔的氢原子结构理论 290
一、氢原子光谱的规律性 290
二、玻尔的氢原子理论 291
第二节 实物粒子的波动性 295
一、德布罗意假设 295
二、电子衍射 297
三、物质波的统计解释 299
第三节 不确定原理 300
一、坐标和动量的不确定关系式 300
二、能量和时间的不确定关系式 301
第四节 波函数、薛定谔方程 303
一、波函数的意义和性质 303
二、薛定谔方程 304
三、一维势阱中运动的粒子 306
第五节 氢原子及类氢原子的量子力学描述 307
一、能量量子化——主量子数n 308
二、角动量量子化——角量子数l 308
三、空间量子化——磁量数m 308
第六节 电子自旋 309
一、施特恩-格拉赫实验 309
二、碱金属元素光谱的双线结构 310
三、电子自旋假设 310
四、量子力学的一些应用简介 313
习题十二 314
第十三章 原子核 316
第一节 原子核的基本性质 316
一、原子核的电量、质量和大小 316
二、原子核的组成 318
三、原子核的结合能 319
四、核力 320
第二节 放射性、衰变定律、核反应 321
一、放射性衰变 322
二、衰变定律 324
三、人工核反应 327
第三节 放射性核素 328
一、放射线的剂量 328
二、放射性核素在医药方面的应用 330
第四节 核子及核的自旋与磁矩、核磁共振 331
一、核子的自旋与磁矩 332
二、原子核的自旋与磁矩 332
三、核磁共振 334
四、核磁共振的应用 337
习题十三 339
第十四章 物理学专题介绍 341
第一节 激光 341
一、激光产生的原理 341
二、激光的特点 345
三、激光的生物效应 347
四、激光在医药学及科技领域中的应用 348
第二节 粒子物理 350
一、高能粒子的来源与探测 350
二、基本粒子简介 353
三、基本相互作用和守恒定律 358
四、强子的夸克模型 360
第三节 天体物理 362
一、天体的层次 362
二、天体物理研究的可行性 363
三、观测与实验 364
四、天体物理的发展趋势 364
五、天体的演化 365
六、元素的起源 369
七、恒星的能源 372
八、广义相对论的检验 373
习题答案 376
附录一 矢量分析 388
附录二 常用物理学常数 394
物理学名词索引 397