第1章 几何光学基础 1
1.1 基本概念 1
1.1.1 点光源和光束 1
1.1.2 物和像 2
1.1.3 光速、光程和介质的折射率 3
1.2 几何光学基本定律 4
1.2.1 光的直线传播定律和光的独立传播定律 4
1.2.2 光的反射定律和折射定律 5
1.2.3 光的全反射 7
1.3 光在平面上的反射和折射 7
1.3.1 光在平面上的反射 7
1.3.2 光在平面上的折射 9
1.4 光在球面上的反射和折射 11
1.4.1 光在单球面上的折射 11
1.4.2 横向放大率和角放大率 14
1.4.3 球面折射成像的作图方法 15
1.4.4 球面反射成像 15
1.5 薄透镜 16
1.5.1 薄透镜成像规律 16
1.5.2 薄透镜成像的作图法和横向放大率 18
思考与讨论 20
习题1 21
第2章 光的偏振 23
2.1 光波的描述 23
2.2 光的偏振性 24
2.2.1 自然光与偏振光 24
2.2.2 偏振片的起偏和检偏 26
2.3 马吕斯定律 28
2.4 布儒斯特定律 29
2.4.1 反射光和折射光的偏振 30
2.4.2 玻璃片堆法获得偏振光 31
思考与讨论 32
习题2 32
第3章 光的干涉 34
3.1 光的相干性 34
3.1.1 光波的位相差、波程差和光程差 34
3.1.2 光的叠加原理和相干条件 35
3.1.3 相干光的获得 36
3.2 分波阵面干涉 36
3.2.1 杨氏双缝干涉实验 36
3.2.2 半波损失 38
3.3 分振幅干涉 40
3.3.1 薄膜的等倾干涉 40
3.3.2 劈尖的等厚干涉 41
3.3.3 牛顿环 42
3.3.4 增透膜 43
思考与讨论 44
习题3 45
第4章 光的衍射 47
4.1 光的衍射原理 47
4.1.1 光的衍射及其分类 47
4.1.2 惠更斯-菲涅耳原理 48
4.2 夫琅禾费单缝衍射和菲涅耳半波带法 48
4.2.1 单缝夫琅禾费衍射的装置以及光强分布 49
4.2.2 菲涅耳半波带法 49
4.3 光栅衍射和光谱 52
4.3.1 光栅 52
4.3.2 光栅衍射 53
4.3.3 明纹条件和光栅方程 53
4.3.4 光栅光谱 54
4.3.5 缺级问题 55
4.3.6 光栅的衍射光强分布 55
4.4 眼睛和光学仪器的分辨率 56
4.4.1 眼睛视物的基本原理 56
4.4.2 光学仪器的分辨率 59
思考与讨论 60
习题4 61
第5章 量子光学基础 63
5.1 热辐射与普朗克能量子假设 63
5.2 光电效应与爱因斯坦的光子理论 65
5.3 康普顿散射和光的波粒二象性 67
5.3.1 康普顿散射 67
5.3.2 光的波粒二象性 68
5.4 氢原子的玻尔理论 69
思考与讨论 74
习题5 74
第6章 运动的相对性 75
6.1 质点相对运动的描述 75
6.1.1 质点和参考系 75
6.1.2 位置矢量和运动方程 76
6.1.3 位移、速度和加速度 78
6.2 匀变速直线运动 82
6.3 圆周运动 83
6.3.1 匀速圆周运动与法向加速度 83
6.3.2 变速圆周运动 84
6.4 平面曲线运动 87
6.4.1 运动叠加原理 87
6.4.2 斜抛运动 88
6.5 伽利略相对性原理与伽利略变换 90
6.5.1 相对运动 90
6.5.2 伽利略相对性原理 92
6.5.3 伽利略变换 93
6.5.4 伽利略相对性原理的局限性 94
思考与讨论 95
习题6 96
第7章 狭义相对论时空观 98
7.1 狭义相对论的两个基本假设 98
7.2 洛伦兹坐标变换和速度变换 98
7.2.1 洛伦兹坐标变换 98
7.2.2 洛伦兹速度变换关系 100
7.3 同时性的相对性、时间延缓和长度收缩 101
7.3.1 同时的相对性 101
7.3.2 时间延缓效应 103
7.3.3 长度收缩效应 104
思考与讨论 105
习题7 105
第8章 质点动力学基础 107
8.1 牛顿运动定律及其应用 107
8.1.1 牛顿第一运动定律 107
8.1.2 牛顿第二运动定律 109
8.1.3 牛顿第三运动定律 110
8.1.4 牛顿运动定律的综合应用 111
8.2 质点与质点系的动量定理和动量守恒定律 113
8.2.1 质点的动量和动量定理 113
8.2.2 质点系的动量定理 114
8.2.3 动量守恒定律 116
8.3 功和动能定理 117
8.3.1 功 117
8.3.2 动能和动能定理 118
8.4 质点系的势能 120
8.4.1 保守力的功 120
8.4.2 质点系的势能 121
8.5 机械能守恒定律和功能原理 123
8.5.1 机械能守恒定律 123
8.5.2 非保守力的功 124
8.5.3 功能原理 124
8.6 相对论质量和动量 126
8.7 狭义相对论质能关系 127
思考与讨论 129
习题8 129
第9章 刚体转动 132
9.1 质心和质心运动定理 132
9.1.1 质心与刚体的平动 132
9.1.2 质心运动定律 135
9.2 刚体定轴转动 136
9.3 力矩、转动定律和转动惯量 139
9.3.1 力矩 139
9.3.2 刚体定轴转动的角动量 139
9.3.3 转动惯量 140
9.3.4 刚体定轴转动定律 143
9.4 角动量定理和角动量守恒定律 144
9.4.1 刚体定轴转动的角动量定理 145
9.4.2 刚体定轴转动的角动量守恒定律 145
9.5 力矩的功和刚体绕定轴转动的动能定理 146
9.5.1 力矩的功 146
9.5.2 刚体绕定轴转动的动能定理 146
思考与讨论 148
习题9 149
第10章 机械振动和机械波 153
10.1 简谐振动 153
10.1.1 简谐振动方程 153
10.1.2 振幅和相位 155
10.1.3 简谐振动的旋转矢量法 157
10.1.4 简谐振动的能量 158
10.2 一维简谐振动的合成 160
10.2.1 两个同方向、同频率简谐振动的合成 160
10.2.2 两个同方向、不同频率简谐振动的合成 162
10.3 机械波 163
10.3.1 机械波的基本特征 163
10.3.2 平面简谐波的波函数 166
10.4 波的能量 169
10.4.1 波的能量传输特性 169
10.4.2 能量密度 171
10.4.3 能流密度 171
思考与讨论 172
习题10 173
第11章 流体运动基础 176
11.1 理想流体的稳定流动 176
11.1.1 理想流体 176
11.1.2 稳定流动 176
11.1.3 连续性方程 177
11.2 伯努利方程及其应用 178
11.2.1 伯努利方程 178
11.2.2 伯努利方程的应用 179
11.3 黏性流体的运动规律 180
11.3.1 流体的黏性 180
11.3.2 泊肃叶定律 181
11.3.3 斯托克斯定律 183
11.4 液体表面性质 184
11.4.1 液体的表面张力 184
11.4.2 弯曲液面的附加压强 188
11.4.3 毛细现象和气体栓塞现象 190
思考与讨论 193
习题11 194
第12章 气体动理学基础 196
12.1 平衡态和状态参量 196
12.2 理想气体模型 197
12.3 理想气体内能和能量均分原理 202
12.4 麦克斯韦气体分子速率分布律 204
12.4.1 气体分子速率的实验测定 204
12.4.2 分子速率分布 205
12.4.3 麦克斯韦分子速率分布律 205
12.4.4 统计速率 206
12.5 气体分子的平均碰撞频率和平均自由程 207
12.5.1 气体分子的平均碰撞频率 207
12.5.2 气体分子的平均自由程 208
思考与讨论 209
习题12 210
第13章 热学基础 212
13.1 准静态过程 212
13.1.1 准静态过程与弛豫时间 212
13.1.2 准静态过程的功 213
13.2 热力学第一定律 213
13.3 理想气体的等体过程和等压过程 214
13.3.1 理想气体的等体过程 214
13.3.2 理想气体的等压过程 215
13.4 理想气体的等温过程和绝热过程 216
13.4.1 理想气体的等温过程 216
13.4.2 绝热过程 217
13.5 循环过程与热机效率 219
13.5.1 循环过程 219
13.5.2 卡诺循环 220
13.5.3 卡诺定理 221
13.6 热力学第二定律和熵增加原理 221
13.6.1 可逆过程与不可逆过程 222
13.6.2 热力学第二定律概述 222
13.6.3 熵与熵增加原理 223
13.7 玻尔兹曼关系 224
13.8 热力学第三定律 225
思考与讨论 225
习题13 226
第14章 真空中的静电场 229
14.1 电荷守恒定律和库仑定律 229
14.1.1 电荷与电荷守恒定律 229
14.1.2 点电荷的概念与库仑定律 231
14.1.3 库仑定律和万有引力定律的主要异同 232
14.1.4 氢核聚变的困难所在 233
14.2 静止电荷的电场强度 233
14.2.1 静电场和电场强度 233
14.2.2 静电场的叠加原理和点电荷系的电场强度 234
14.2.3 连续带电体电场中的场强 235
14.3 静电场的高斯定理 236
14.3.1 电通量 236
14.3.2 真空中静电场的高斯定理 238
14.3.3 用高斯定理求电场强度 241
14.4 静电场的环路定理 243
14.5 电势能与电势 245
14.5.1 电势能 245
14.5.2 电势差和电势 246
14.6 电势叠加原理 247
14.6.1 在单个点电荷产生的电场中任意一点的电势 247
14.6.2 在多个点电荷产生的电场中任意一点的电势 248
14.6.3 在任意带电体产生的电场中任意一点的电势 248
14.7 电场强度和电势的关系 250
14.7.1 等势面 250
14.7.2 电势与电场强度的关系 251
思考与讨论 253
习题14 255
第15章 导体和电介质中的静电场 257
15.1 导体的静电平衡 257
15.1.1 金属导体的静电平衡 257
15.1.2 导体表面的电荷和电场 258
15.1.3 导体空腔 259
15.1.4 导体静电平衡性质的应用 260
15.2 有电介质存在时的电场 262
15.2.1 电介质 262
15.2.2 极化电荷与自由电荷的关系 263
15.2.3 有电介质时的高斯定理 264
15.3 电容 266
15.3.1 孤立导体的电容 266
15.3.2 电容器 267
15.3.3 电容的计算 268
15.4 带电体系的静电能 269
15.4.1 电容器的静电能 269
15.4.2 静电场的能量 270
思考与讨论 271
习题15 272
第16章 稳恒磁场 275
16.1 恒定电流、电流密度和电动势 275
16.1.1 恒定电流和电流密度 275
16.1.2 电源和电动势 280
16.2 磁感应强度和毕奥-萨伐尔定律 281
16.2.1 奥斯特实验 281
16.2.2 磁感应强度 283
16.2.3 毕奥-萨伐尔定律 284
16.2.4 毕奥-萨伐尔定律应用举例 285
16.2.5 运动电荷的磁场 290
16.3 稳恒磁场的高斯定理和安培环路定理 291
16.3.1 磁通量 291
16.3.2 磁场的高斯定理 292
16.3.3 安培环路定理 293
16.4 安培环路定理的应用 295
思考与讨论 299
习题16 301
第17章 磁相互作用和磁介质 304
17.1 洛伦兹力 304
17.2 安培定律 305
17.3 磁场对载流线圈的作用 307
17.3.1 在匀强磁场中的载流线圈 307
17.3.2 在非均匀磁场中的载流线圈 308
17.4 有磁介质存在时的磁场 309
17.4.1 磁介质 309
17.4.2 磁化强度矢量与磁化电流 312
17.5 磁介质中的高斯定理和安培环路定理 313
17.5.1 磁介质中的高斯定理 314
17.5.2 磁介质中的安培环路定理 314
思考与讨论 317
习题17 317
第18章 变化的电磁场和电磁波 320
18.1 电磁感应定律 320
18.1.1 电磁感应现象 320
18.1.2 法拉第电磁感应定律 321
18.1.3 楞次定律 321
18.2 动生电动势和感生电动势 323
18.2.1 动生电动势 323
18.2.2 感生电动势 326
18.2.3 电磁感应的应用举例 328
18.3 自感和互感 330
18.3.1 自感 330
18.3.2 互感 331
18.4 磁场的能量 334
18.4.1 自感线圈中的磁能 334
18.4.2 互感线圈中的磁能 335
18.5 位移电流和麦克斯韦方程组 336
18.5.1 位移电流 336
18.5.2 麦克斯韦方程组 339
18.6 电磁振荡和电磁波 340
18.6.1 电磁振荡 340
18.6.2 电磁波 341
思考与讨论 344
习题18 346
第19章 量子力学基础 350
19.1 德布罗意波和微观粒子的波粒二象性 350
19.1.1 德布罗意关系 350
19.1.2 波粒二象性的实验证明 352
19.1.3 德布罗意波的概率诠释 353
19.2 不确定关系 353
19.3 波函数及其统计解释 356
19.3.1 波函数 356
19.3.2 波函数的统计解释 357
19.4 薛定谔方程 358
19.5 一维无限深势阱 360
19.6 一维势垒和隧道效应 363
19.7 电子自旋和泡利不相容原理 364
思考与讨论 367
习题19 367
常用基本物理常数 369
参考文献 370