第0章 绪论——物理学在素质教育、创新教育中的地位与作用 1
0.1 何为物理 1
0.2 素质内涵与素质平台 2
0.3 科学素质平台的组成及物理学的作用 3
0.4 素质与能力的关系 4
0.5 物理学与技术的关系 5
第一篇 力学 8
引言 8
第1章 质点运动学 9
1.1 物理量及其量度 9
1.1.1 单位制 基本单位 导出单位 10
1.1.2 国际单位制 10
1.1.3 时间 11
1.1.4 长度 12
1.1.5 质量 13
1.2 参考系和坐标系 14
1.2.1 参考系 坐标系 质点 14
1.2.2 位置矢量 运动方程 位移 16
1.3 速度和加速度 19
1.3.1 速度 19
1.3.2 加速度 22
1.4 直线运动 25
1.4.1 匀速直线运动 26
1.4.2 匀变速直线运动 26
1.4.3 自由落体 27
1.5 抛体运动 28
1.5.1 运动叠加原理 28
1.5.2 抛体运动 29
1.6 圆周运动 31
1.6.1 匀速圆周运动 向心加速度 32
1.6.2 变速圆周运动 32
1.6.3 圆周运动的角量描述 34
1.7 曲线运动 37
1.7.1 曲线运动的自然坐标系表示 37
1.7.2 质点运动学的两类基本问题 38
1.8 相对运动 40
1.9 应用拓展——风洞 42
思考题 43
习题 44
第2章 牛顿定律 48
2.1 牛顿运动定律 49
2.1.1 牛顿第一定律 49
2.1.2 牛顿第二定律 52
2.1.3 牛顿第三定律 55
2.1.4 力学的相对性原理 56
2.2 几种常见力 57
2.2.1 物理学中基本的相互作用 57
2.2.2 几种常见力 58
2.3 牛顿运动定律应用举例 65
2.4 非惯性系和惯性力 70
2.4.1 非惯性系 70
2.4.2 惯性力 71
2.5 应用拓展 72
思考题 73
习题 74
第3章 动量守恒定律和能量守恒定律 77
3.1 动量与冲量质点的动量定理 77
3.1.1 质点的动量 77
3.1.2 力的冲量 78
3.1.3 质点的动量定理 80
3.2 质点系的动量定理动量守恒定律 84
3.2.1 质点系的动量定理 84
3.2.2 质点系的质心质心运动定理 87
3.2.3 动量守恒定律 90
3.3 功 动能 动能定理 93
3.3.1 功 93
3.3.2 动能 质点的动能定理 95
3.4 保守力和非保守力 势能 98
3.4.1 几种常见力的功 98
3.4.2 保守力和非保守力 100
3.4.3 势能 100
3.5 功能原理 机械能守恒定律 102
3.5.1 质点系的动能定理 102
3.5.2 质点系的功能原理 103
3.5.3 机械能守恒定律 104
3.5.4 能量守恒与转化定律 106
3.6 碰撞 107
3.7 应用拓展——火箭 110
思考题 111
习题 112
第4章 刚体的转动 115
4.1 刚体运动学 115
4.1.1 刚体和刚体的定轴转动 115
4.1.2 角位移、角速度和角加速度 117
4.1.3 角量与线量的关系 118
4.1.4 刚体绕定轴的匀速和匀变速转动 119
4.2 力矩 转动惯量 120
4.2.1 力矩M 120
4.2.2 转动惯量 123
4.2.3 平行轴定理 125
4.3 刚体绕定轴转动的转动定律 127
4.3.1 转动定律 127
4.3.2 转动定律的应用 128
4.4 角动量 冲量矩 角动量守恒定律 131
4.4.1 质点的角动量定理和角动量守恒定律 131
4.4.2 刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律 135
4.5 力矩的功 刚体绕定轴转动中的动能定理 137
4.5.1 力矩的功 137
4.5.2 力矩的功率 138
4.5.3 刚体绕定轴转动中的动能定理 138
4.5.4 刚体的重力势能 140
4.6 应用拓展——角动量守恒定律在实际中的应用 141
4.6.1 回转仪 141
4.6.2 猫的空中转体 142
思考题 143
习题 144
第二篇 振动与波 150
引言 150
第5章 机械振动 151
5.1 简谐振动的动力学特征 151
5.1.1 弹簧振子 152
5.1.2 小角度摆动的单摆 153
5.1.3 复摆 153
5.2 简谐振动的运动学特征 154
5.2.1 描述简谐振动的物理量 155
5.2.2 简谐振动的运动学描述 156
5.2.3 振幅A和初相φ的确定 157
5.2.4 简谐振动的旋转矢量表示法 157
5.3 简谐振动的能量 159
5.4 简谐振动的合成 162
5.4.1 两个同方向同频率的简谐振动的合成 162
5.4.2 同方向不同频率的简谐振动合成拍 164
5.4.3 两个相互垂直的同频率的简谐振动的合成 167
5.4.4 两个相互垂直的不同频率的简谐振动合成 李萨如图 168
5.5 阻尼振动 受迫振动 共振 169
5.5.1 阻尼振动 169
5.5.2 受迫振动 170
5.5.3 共振 171
5.6 非线性振动系统 173
5.7 应用拓展 174
5.7.1 太空秤 174
5.7.2 声音频谱与频谱分析 174
5.7.3 共振 175
思考题 177
习题 178
第6章 机械波 180
6.1 机械波的几个概念 180
6.1.1 机械波的形成 180
6.1.2 横波和纵波 181
6.1.3 描述波动的物理量 182
6.1.4 波线 波前 波面 184
6.2 平面简谐波的波函数 185
6.2.1 平面简谐波函数的导出 185
6.2.2 波函数的物理意义 187
6.3 波的能量 能流密度 189
6.3.1 波的能量 189
6.3.2 能流密度 191
6.4 惠更斯原理 波的衍射 191
6.4.1 惠更斯原理 192
6.4.2 原理应用 192
6.5 波的干涉 194
6.5.1 波的叠加原理 195
6.5.2 波的干涉 195
6.6 驻波 198
6.6.1 驻波的产生 198
6.6.2 半波损失 199
6.6.3 弦振动的简正模式 200
6.6.4 驻波的能量 201
6.7 多普勒效应 201
6.7.1 波源S不动，观察者相对介质以速度υo运动 202
6.7.2 观察者静止不动，波源相对介质以速度υs运动 202
6.7.3 波源与观察者同时相对介质运动 203
6.8 声波 超声波与次声波 205
6.8.1 声波 205
6.8.2 超声波 207
6.8.3 次声波 208
6.9 应用拓展 209
6.9.1 地震波 209
6.9.2 拖曳阵列声呐 209
6.9.3 多普勒检查 210
6.9.4 次声武器 211
思考题 213
习题 214
第三篇 热学 218
引言 218
第7章 气体动理论 220
7.1 理想气体物态方程 220
7.1.1 平衡态 220
7.1.2 状态参量和理想气体物态方程 221
7.2 理想气体的压强与温度 223
7.2.1 理想气体的压强公式 223
7.2.2 压强公式的推导 223
7.2.3 理想气体的温度公式 224
7.3 能量均分定理 理想气体的内能 226
7.3.1 自由度 226
7.3.2 能量均分定理 227
7.3.3 理想气体的内能 227
7.4 麦克斯韦速率分布律 229
7.4.1 麦克斯韦速率分布函数 229
7.4.2 分子速率的三个统计值 230
7.5 分子的平均碰撞频率和平均自由程 231
7.6 应用拓展——负温度 233
思考题 235
习题 236
第8章 热力学基础 238
8.1 热力学第一定律 238
8.1.1 准静态过程 238
8.1.2 功 热量 内能 239
8.1.3 热力学第一定律 240
8.2 热力学第一定律对于理想气体准静态过程的应用 241
8.2.1 等体过程 摩尔定容热容 241
8.2.2 等压过程 摩尔定压热容 242
8.2.3 等温过程 244
8.2.4 绝热过程 245
8.2.5 绝热线与等温线 246
8.2.6 四种热力学过程的比较 246
8.3 循环过程 卡诺循环 248
8.3.1 循环过程 248
8.3.2 热机和制冷机 249
8.3.3 卡诺循环 249
8.4 热力学第二定律 252
8.4.1 热力学第二定律的两种表述 252
8.4.2 可逆过程和不可逆过程 253
8.4.3 卡诺定理 254
8.4.4 能量品质 255
8.5 热力学第二定律的统计意义熵 熵增加原理 255
8.5.1 理想气体自由膨胀不可逆性的微观解释 256
8.5.2 热力学第二定律的统计意义 257
8.5.3 玻耳兹曼公式 熵增加原理 258
8.5.4 熵变的计算 258
8.5.5 克劳修斯熵的提出 260
8.6 信息熵简介 262
8.6.1 信息和熵的关系 262
8.6.2 信息熵 262
8.7 应用拓展 264
8.7.1 永动鸟的永动奥秘 264
8.7.2 能源危机与环境污染的解决——太阳能的开发与利用 265
思考题 269
习题 270
第四篇 电磁学（电学部分） 274
引言 274
第9章 静电场的基本规律 276
9.1 库仑定律 276
9.1.1 电荷守恒定律 276
9.1.2 库仑定律 277
9.2 电场强度 278
9.2.1 电场强度 278
9.2.2 场强叠加原理 279
9.3 电场强度通量和高斯定理 282
9.3.1 电场线 283
9.3.2 电场强度通量 283
9.3.3 高斯定理 285
9.4 静电场环路定理 电势能 289
9.4.1 静电场力做功 289
9.4.2 静电场环路定理 290
9.4.3 电势能 290
9.5 电势 291
9.5.1 电势 291
9.5.2 点电荷激发电场的电势 292
9.5.3 电势叠加原理 293
9.6 电场强度与电势梯度的关系 295
思考题 296
习题 297
第10章 静电场中的导体与电介质 299
10.1 静电场中的导体 299
10.1.1 静电平衡条件 299
10.1.2 静电平衡时导体上电荷的分布 300
10.1.3 静电平衡时场强与电荷分布的关系 301
10.1.4 静电屏蔽 302
10.2 静电场中的电介质 303
10.2.1 电介质的极化 303
10.2.2 电极化强度 304
10.2.3 以电位移表示的高斯定理 305
10.3 电容与电容器 306
10.3.1 孤立导体球的电容 306
10.3.2 电容器 307
10.3.3 电容器的并联与串联 310
10.4 静电场的能量 310
10.5 静电应用与危害 312
10.5.1 静电应用 313
10.5.2 静电危害 314
10.6 应用拓展——压电效应 315
思考题 316
习题 316