第1章 引言 1
1.1 标准、单位制和量纲 1
1.1.1 标准 1
1.1.2 单位制 3
1.1.3 量纲 4
1.1.4 解题方法 4
思考与练习 5
1.2 矢量 5
1.2.1 标量与矢量 5
1.2.2 矢量加、减法作图法 6
1.2.3 单位矢量和矢量分量 7
1.2.4 矢量的加、减法 7
1.2.5 矢量的乘法 8
思考与练习 9
小结 9
习题 10
阅读材料 11
第2章 质点运动学 15
2.1 质点位置的描述方法 15
2.1.1 质点的概念 15
2.1.2 质点位置的描述方法 16
2.1.3 运动方程 17
思考与练习 18
2.2 质点的位移、速度和加速度 18
2.2.1 位移 18
2.2.2 速度和速率 19
2.2.3 加速度 21
思考与练习 23
2.3 一维运动 23
2.3.1 一维运动中位移、速度和加速度的表示法 23
2.3.2 直线运动的规律 24
思考与练习 27
2.4 二维空间运动 27
2.4.1 二维运动的运动学问题 27
2.4.2 抛体运动 28
2.4.3 圆周运动 30
思考与练习 35
2.5 运动描述的相对性伽利略变换 35
2.5.1 伽利略坐标变换 35
2.5.2 速度变换 36
2.5.3 加速度变换 36
思考与练习 37
小结 37
习题 39
阅读材料 41
第3章 质点动力学 42
3.1 质量与力 42
3.1.1 质量 43
3.1.2 力学中几种常见的力 43
思考与练习 45
3.2 牛顿运动定律 45
3.2.1 牛顿第一定律 45
3.2.2 牛顿第二定律 46
3.2.3 牛顿第三定律 47
3.2.4 牛顿运动定律的应用 48
思考与练习 50
3.3 功和能 50
3.3.1 功和功率 50
3.3.2 动能和动能定理 52
3.3.3 保守力的功 势能 54
3.3.4 功能原理 机械能守恒定律 57
思考与练习 59
3.4 动量及其规律 59
3.4.1 动量与冲量 59
3.4.2 动量定理 60
3.4.3 动量守恒定律 62
3.4.4 碰撞 63
思考与练习 68
3.5 角动量及其规律 68
3.5.1 质点的角动量及其规律 68
3.5.2 质点系的角动量及其规律 70
思考与练习 71
小结 72
习题 74
阅读材料 76
第4章 刚体 78
4.1 刚体运动学 78
4.1.1 刚体的平动与转动 78
4.1.2 刚体定轴转动的描述 79
4.1.3 刚体定轴转动的运动学问题 80
思考与练习 81
4.2 刚体定轴转动的转动定律 81
4.2.1 力矩 82
4.2.2 刚体定轴转动定律 82
4.2.3 刚体的转动惯量 83
思考与练习 86
4.3 力矩的功及动能定理 86
4.3.1 力矩的功和功率 87
4.3.2 刚体的转动动能及动能定理 87
思考与练习 89
4.4 定轴转动刚体的角动量及其守恒定律 90
4.4.1 角动量 90
4.4.2 角动量定理 90
4.4.3 角动量守恒定律 91
思考与练习 92
小结 93
习题 95
阅读材料 97
第5章 气体动理论 101
5.1 气体动理论的基本观点 101
5.1.1 物体由大量微观粒子组成 101
5.1.2 分子在永不停息地作无规则热运动 101
5.1.3 分子间存在相互作用力 102
思考与练习 102
5.2 理想气体物态方程 102
5.2.1 热力学系统的平衡态 103
5.2.2 气体的状态参量 103
5.2.3 理想气体的物态方程 104
5.2.4 实际气体的物态方程 105
思考与练习 105
5.3 压强和温度的微观解释 105
5.3.1 理想气体的微观模型 105
5.3.2 压强的微观本质 106
5.3.3 温度的微观意义 108
思考与练习 109
5.4 能量均分定理 理想气体的热力学能 109
5.4.1 自由度 109
5.4.2 能量均分定理 109
5.4.3 理想气体的热力学能 110
思考与练习 111
5.5 麦克斯韦速率分布律 111
5.5.1 速率分布函数 112
5.5.2 麦克斯韦速率分布函数 113
思考与练习 115
小结 115
习题 116
阅读材料 117
第6章 热力学 120
6.1 准静态过程 120
思考与练习 121
6.2 热力学第一定律 121
6.2.1 准静态过程中的功 121
6.2.2 热量 122
6.2.3 热力学能 123
6.2.4 热力学第一定律 123
思考与练习 123
6.3 热力学第一定律对理想气体的应用 124
6.3.1 等体过程 124
6.3.2 等压过程 124
6.3.3 等温过程 126
6.3.4 绝热过程 126
思考与练习 128
6.4 循环过程及其效率 129
6.4.1 循环过程 129
6.4.2 热机效率 卡诺循环 129
6.4.3 逆循环 制冷机 131
思考与练习 132
6.5 热力学第二定律 132
6.5.1 自然过程的方向性 132
6.5.2 热力学第二定律 133
6.5.3 热力学第二定律的微观意义 134
6.5.4 热力学第二定律的概率性表述 134
思考与练习 135
6.6 熵增加原理 136
6.6.1 玻耳兹曼熵与熵增加原理 136
6.6.2 耗散结构 136
思考与练习 137
小结 137
习题 137
阅读材料 139
第7章 静电场 143
7.1 电场 电场强度 143
7.1.1 电荷 143
7.1.2 库仑定律 144
7.1.3 电场强度 145
思考与练习 148
7.2 静电场的高斯定理 148
思考与练习 152
7.3 静电场的环流定理 电势 153
7.3.1 静电场力的功 153
7.3.2 静电场的环流定理 153
7.3.3 电势能与电势 154
7.3.4 电势的计算 154
7.3.5 电荷等势面 场强与电势的微分关系 156
思考与练习 157
7.4 静电场中的导体和电介质 157
7.4.1 导体的静电平衡 157
7.4.2 导体上电荷的分布 157
7.4.3 导体表面附近的场强 158
7.4.4 静电场中的电介质 159
思考与练习 161
7.5 电容器 静电场的能量 161
7.5.1 电容器的电容 161
7.5.2 电场的能量 163
思考与练习 164
小结 164
习题 166
阅读材料 167
第8章 恒定磁场 169
8.1 磁场 磁感应强度 磁场的高斯定理 169
8.1.1 磁场和磁感应强度 169
8.1.2 磁感线 170
8.1.3 磁通量 170
8.1.4 磁场的高斯定理 171
思考与练习 171
8.2 毕奥－萨伐尔定律及其应用 172
8.2.1 毕奥－萨伐尔定律 172
8.2.2 毕奥－萨伐尔定律的应用 172
思考与练习 174
8.3 安培环路定理 175
8.3.1 安培环路定理 175
8.3.2 由安培环路定理求磁场 177
思考与练习 178
8.4 磁场对运动电荷的作用 179
8.4.1 洛伦兹力 179
8.4.2 洛伦兹力的应用 179
思考与练习 181
8.5 磁场对电流的作用 181
8.5.1 磁场对载流导线的作用——安培定律 181
8.5.2 安培定律的应用 182
思考与练习 183
8.6 磁介质 184
8.6.1 顺磁质和抗磁质的磁化机制 184
8.6.2 有介质时的安培环路定理和磁场强度 185
8.6.3 铁磁质 186
思考与练习 187
小结 187
习题 188
阅读材料 190
第9章 电磁感应 192
9.1 电磁感应定律 192
9.1.1 电磁感应现象的发现 192
9.1.2 电磁感应现象 193
9.1.3 法拉第电磁感应定律 194
思考与练习 198
9.2 动生电动势 198
思考与练习 203
9.3 感生电动势 感应电场 203
9.3.1 感应电场 203
9.3.2 电子感应加速器的基本原理 206
9.3.3 涡电流 207
思考与练习 209
9.4 自感应 209
思考与练习 211
9.5 磁场的能量 211
9.5.1 通电自感线圈的能量 211
9.5.2 磁场的能量 212
9.6 互感应 213
思考与练习 216
9.7 电磁场理论的基本概念 216
9.7.1 电磁场规律总结 216
9.7.2 位移电流 217
9.7.3 电磁场 麦克斯韦方程组 220
思考与练习 221
9.8 电磁波的产生及其性质 222
9.8.1 电磁波的产生 222
9.8.2 平面电磁波的性质 222
思考与练习 223
小结 223
习题 224
阅读材料 228
第10章 振动与波 232
10.1 简谐振动的基本概念 232
思考与练习 235
10.2 振动的能量与振动的合成 235
10.2.1 简谐振动的能量 235
10.2.2 同方向同频率简谐振动的合成 236
思考与练习 238
10.3 波动概念 238
10.3.1 机械波的产生和传播横波和纵波 238
10.3.2 波的几何描述 238
10.3.3 描述波动特征的物理量 239
思考与练习 240
10.4 波动方程 240
10.4.1 平面简谐波的波动方程 241
10.4.2 波动方程的物理意义 241
10.4.3 沿x轴负向传播的平面简谐波的波动方程 242
10.4.4 波的能量 243
思考与练习 244
10.5 波的干涉 244
10.5.1 惠更斯原理 244
10.5.2 波的干涉 245
10.5.3 驻波 247
思考与练习 248
10.6 多普勒效应 248
思考与练习 250
小结 250
习题 251
阅读材料 253
第11章 波动光学 256
11.1 单色光的波动表达式 256
11.2 相干光的获得 257
11.2.1 相干光的获得 257
11.2.2 干涉加强或减弱的条件 258
思考与练习 259
11.3 杨氏双缝干涉 259
11.3.1 实验装置 259
11.3.2 双缝干涉的条纹分布及其特征 260
11.3.3 其他双缝型的干涉实验 261
11.3.4 光程 262
思考与练习 264
11.4 薄膜干涉 264
11.4.1 薄膜等倾干涉 264
11.4.2 薄膜等厚干涉 267
11.4.3 迈克耳孙干涉仪 270
思考与练习 271
11.5 光的相干性 272
11.5.1 光的时间相干性 272
11.5.2 光的空间相干性 273
11.6 光的衍射现象 惠更斯－菲涅耳原理 274
11.6.1 光的衍射现象 274
11.6.2 惠更斯－菲涅耳原理 275
11.6.3 衍射现象的分类 275
11.7 夫琅禾费单缝衍射 276
11.7.1 夫琅禾费衍射条纹 276
11.7.2 菲涅耳波带法 276
11.7.3 旋转矢量法 277
11.7.4 光强分布特征 278
11.7.5 条纹间距 279
思考与练习 280
11.8 衍射光栅 280
11.8.1 光栅的构成 280
11.8.2 光栅衍射 281
思考与练习 284
11.9 圆孔衍射 光学仪器的分辨本领 284
11.9.1 圆孔夫琅禾费衍射 285
11.9.2 光学仪器的分辨本领 285
思考与练习 287
11.10 自然光与偏振光 287
11.11 偏振片 马吕斯定律 布儒斯特定律 289
11.11.1 偏振片 289
11.11.2 马吕斯定律 290
11.11.3 光在反射和折射时的偏振 291
11.11.4 布儒斯特定律 291
11.11.5 光通过晶体时的偏振现象 292
思考与练习 293
11.12 偏振光的应用 294
11.12.1 偏振片的应用 294
11.12.2 偏振光的干涉 294
11.12.3 克尔效应 295
11.12.4 旋光效应 295
思考与练习 296
小结 296
习题 297
阅读材料 300
第12章 相对论 304
12.1 力学的相对性原理 伽利略变换 304
12.1.1 力学的相对性原理 304
12.1.2 绝对时空观和伽利略变换 305
12.1.3 经典力学遇到的困难 306
思考与练习 308
12.2 爱因斯坦的基本假设 狭义相对论时空观 308
12.2.1 狭义相对论的两个基本假设 309
12.2.2 狭义相对论时空观 309
思考与练习 312
12.3 洛伦兹变换 313
12.3.1 洛伦兹变换 313
12.3.2 时序的相对性 314
思考与练习 315
12.4 狭义相对论的速度变换 315
思考与练习 317
12.5 狭义相对论的动力学基础 317
12.5.1 相对论质量和动量 317
12.5.2 相对论动能、质量能量关系 318
12.5.3 动量和能量的关系 319
思考与练习 320
小结 320
习题 321
阅读材料 322
第13章 量子理论基础 324
13.1 热辐射 324
13.1.1 单色辐出度 325
13.1.2 辐出度 325
13.1.3 单色反射率和单色吸收率 325
13.1.4 绝对黑体 326
思考与练习 326
13.2 黑体热辐射的实验定律 326
13.2.1 斯特藩－玻耳兹曼定律 326
13.2.2 维恩位移定律 327
13.2.3 基尔霍夫辐射定律 327
思考与练习 328
13.3 瑞利－金斯公式 经典物理的困惑 328
13.4 普朗克量子假说 329
思考与练习 329
13.5 光电效应 329
13.5.1 光电效应的实验规律 330
13.5.2 光子爱因斯坦方程 331
13.5.3 光电效应在近代技术中的应用 331
13.5.4 光的波粒二象性 332
思考与练习 333
13.6 康普顿效应 333
13.6.1 康普顿效应及经典物理遇到的困难 333
13.6.2 康普顿效应的光子理论解释 334
思考与练习 335
13.7 氢原子光谱系和玻尔理论 335
13.7.1 氢原子光谱的规律性 335
13.7.2 卢瑟福的原子有核模型 336
13.7.3 氢原子的玻尔理论 337
13.7.4 玻尔理论的缺陷和意义 338
思考与练习 339
13.8 德布罗意波 339
13.8.1 德布罗意假设 339
13.8.2 德布罗意波的实验验证 340
思考与练习 341
13.9 微观粒子的状态描述 341
13.9.1 波函数 341
13.9.2 波函数的统计意义 341
13.9.3 波函数满足的条件 342
13.9.4 不确定关系 343
思考与练习 345
13.10 薛定谔方程 345
13.10.1 定态薛定谔方程 345
13.10.2 一维无限深势阱 347
13.10.3 势垒隧道效应 348
思考与练习 349
13.11 氢原子 电子自旋 四个量子数 349
13.11.1 氢原子的量子特性 350
13.11.2 电子自旋 351
13.11.3 四个量子数 352
思考与练习 352
13.12 原子的壳层结构 352
13.12.1 原子的壳层模型 352
13.12.2 泡利不相容原理 353
13.12.3 能量最小原理 353
思考与练习 357
小结 357
习题 360
阅读材料 362
附录1：常用物理常量表 365
附录2：我国法定的计量单位和国际单位制（SI）单位 367
附录3：空气、水、地球、太阳系的一些常用数据 370
参考文献 371