第Ⅰ篇 力学 3
第1章 时间 空间与运动学 3
1.1质点运动学的基本概念 3
一、理想模型 模型化方法 3
二、参考系 坐标系 4
三、时间 空间 6
四、描述质点运动的基本物理量 6
1.2圆周运动的角量描述 17
一、圆周运动的角量描述 17
二、角量与线量的关系 19
1.3质点运动学的两类问题 20
1.4质点运动的一般描述 24
一、运动描述的相对性 伽利略变换 24
二、描述运动的一般方法 26
〈趣味物理〉枪打落猴 29
练习1时间 空间与运动学 30
第2章 牛顿运动定律 37
2.1牛顿运动定律 37
一、牛顿第一定律 38
二、牛顿第二定律 38
三、牛顿第三定律 40
〈物理学家〉I.牛顿 40
四、牛顿运动定律的适用范围 42
五、伽利略相对性原理 44
2.2力学中几种常见的力 44
一、接触力之一——弹性力 45
二、接触力之二——摩擦力 47
三、非接触力——万有引力 48
〈趣味物理〉斜拉桥的奥妙 49
2.3质点动力学的两类问题 50
〈课间小憩〉流体摩擦与流线型 55
练习2牛顿运动定律 57
第3章 守恒定律 61
3.1力的时间累积效应 61
一、质点的动量定理 62
二、质点系的动量定理 66
三、动量守恒定律 66
3.2质点的动量矩定理和动量矩守恒定律 67
一、质点对定点的动量矩 68
二、外力对定点的力矩 68
三、质点对定点的动量矩定理 68
四、质点的动量矩守恒定律 69
〈课间小憩〉彗—木世纪相撞 70
3.3力的空间累积效应 72
一、功的概念 72
二、质点的动能定理 75
三、保守力的功势能 77
四、质点系的功能原理 82
五、机械能守恒与转换定律 84
六、能量守恒与转换定律 85
〈物理之窗〉对称性和守恒定律 89
练习3守恒定律 90
第4章 刚体的定轴转动 97
4.1刚体运动的基本概念 97
一、刚体模型 97
二、刚体的运动 98
三、转动惯性的量度一转动惯量 99
4.2刚体定轴转动的运动学规律 102
一、刚体定轴转动的特点 102
二、刚体定轴转动的运动学规律 103
三、刚体定轴转动运动学的两类问题 104
4.3刚体定轴转动的动力学规律 106
一、刚体定轴转动的转动定律 106
二、刚体定轴转动的动量矩定理 动量矩守恒定律 111
三、刚体定轴转动的动能定理 机械能守恒定律 116
〈课间小憩〉旋进与导航 118
练习4刚体的定轴转动 119
第Ⅱ篇 电磁学 126
第5章 静电场 126
5.1电荷及其相互作用 127
一、电荷 电荷守恒定律 127
二、电荷的量子化 128
三、点电荷间的相互作用规律 129
5.2从力的观点描述电场的物质性—电场强度 130
一、电场强度 130
二、电场强度的计算方法 131
5.3静电场的高斯定理 137
一、电场线 138
二、电场强度通量 138
三、高斯定理及应用 140
5.4从功能观点描述电场的物质性——电势 145
一、静电场力做功的特性 146
二、电势 147
三、静电场的环路定理 148
四、电势的计算方法 148
五、等势面 151
5.5静电场中的导体 153
一、静电感应与静电平衡 153
二、表面电荷的分布特性与表面附近的场强 154
三、静电屏蔽 156
〈课间小憩〉等电势与高压带电作业 158
5.6静电场中的电介质 161
一、电介质的极化 161
二、电介质中的电场强度 163
三、有电介质时的电场基本定理 164
〈物理之窗〉导电性塑料 166
5.7导体的电容 电场能量 167
一、孤立导体的电容 167
二、电容器 168
三、电容器的串、并联 171
四、电场能量 172
〈物理之窗〉新型智能材料——电流变液 174
练习5静电场 175
第6章 恒定磁场 183
6.1恒定电流的基本概念 184
一、电流的形成 184
二、电流密度 184
三、欧姆定律的微分形式 185
四、电源电动势 186
6.2磁场 187
一、磁现象 187
二、激发磁场的场源 188
三、从力的观点描述磁场的物质性——磁感应强度 190
〈课间小憩〉地磁场 191
6.3电流激发磁场的基本规律 192
一、毕奥-萨伐尔定律 193
二、运动电荷产生的磁场 196
6.4表述磁场性质的两条定理 196
一、高斯定理 196
二、安培环路定理 197
6.5磁场对运动电荷和载流导线的作用 201
一、带电粒子在磁场中的运动 202
二、磁场对载流导线的作用 安培定律 205
三、磁场对载流线圈的作用 磁力矩 208
〈趣味物理〉电磁轨道炮 209
6.6磁介质对磁场的影响 211
一、三类磁介质 211
二、磁介质的磁化 212
三、介质中的安培环路定理 213
四、铁磁质 214
练习6恒定磁场 216
第7章 电磁感应及电磁场 223
7.1电磁感应的实验研究 223
一、实验现象 224
二、实验结果分析 225
7.2电磁感应的基本定律 226
一、法拉第电磁感应定律 226
〈物理学家〉M.法拉第 228
二、楞次定律 229
7.3动生电动势 232
7.4感生电动势 235
一、感应电场 感生电动势 235
二、涡电流 238
〈物理之窗〉电磁悬浮技术 240
7.5自感与互感 241
一、自感 241
二、互感 244
7.6磁场的能量 246
〈物理之窗〉阿尔法磁谱仪 248
7.7麦克斯韦电磁场理论 249
一、位移电流 250
二、全电流安培环路定理 252
三、麦克斯韦方程组 253
〈物理学家〉J.麦克斯韦 255
练习7电磁感应及电磁场 256
第Ⅲ篇 波动 263
第8章 简谐运动 263
8.1简谐运动及其特征 263
一、弹簧振子及其运动分析 263
二、简谐运动的特征 264
8.2简谐运动的描述方法 267
一、简谐运动方程 简谐运动的特征量 267
二、振动曲线 273
三、旋转矢量 274
8.3简谐运动的合成 277
一、两个同方向、同频率简谐运动的合成 277
二、两个同方向、不同频率简谐运动的合成 拍现象 280
练习8简谐运动 282
第9章 波的传播规律 287
9.1机械波传播的物理图象 287
一、弹性介质模型 288
二、横波与纵波 290
三、机械波传播的物理图象 290
9.2波动的描述方法 290
一、波动的几何描述 291
二、波动曲线 292
三、波动方程 295
9.3波的能量特征 300
〈课间小憩〉声强与噪音 302
9.4波的干涉 303
一、波的叠加原理 303
二、波的干涉 304
三、驻波 307
〈课间小憩〉音乐声学 312
9.5波的衍射 313
9.6电磁波 315
一、电磁波的理论预见 315
二、赫兹实验 316
三、平面电磁波的基本性质 318
四、玻印廷矢量 319
五、电磁波谱 319
〈课间小憩〉红外技术 320
9.7多普勒效应 321
练习9波的传播规律 324
第10章 光的波动性 330
10.1几何光学简介 331
一、光线 光速 331
二、几何光学的基本定律 332
三、几种光学器件的成像原理 334
〈趣味物理〉光与色 342
10.2光波的物理图象 344
一、原子发光机理 波列 344
二、光程 光程差与相位差 345
10.3光的干涉 347
一、光干涉概述 347
二、杨氏双缝干涉 349
三、薄膜干涉 352
10.4光的衍射 359
一、惠更斯—菲涅耳原理 359
二、单缝的夫琅禾费衍射 360
三、光栅的夫琅禾费衍射 365
〈趣味物理〉无镜头摄影技术 371
四、光学仪器的分辨率 374
10.5光的偏振性 376
一、自然光和偏振光 376
二、起偏与检偏 377
三、马吕斯定律 378
四、布儒斯特定律 379
〈课间小憩〉激光器 381
练习10光的波动性 383
第Ⅳ篇 热学 392
第11章 热运动的统计描述 392
11.1热现象与热运动 392
一、热现象 392
二、热现象的宏观规律 393
三、分子热运动的物理图象 394
四、统计的概念 398
〈物理趣闻〉壮观的“和平”号“流星雨” 399
11.2理想气体状态方程 400
一、平衡态与状态参量 400
二、理想气体状态方程 401
〈课间小憩〉真实气体的范德瓦耳斯方程 403
11.3压强和温度的微观意义 403
一、理想气体的微观模型 404
二、压强的微观本质 405
三、温度的微观本质 406
11.4理想气体的内能 409
一、运动自由度 409
二、能量按自由度均分定理 410
三、理想气体的内能 411
11.5麦克斯韦速率分布律 412
一、分子速率分布的实验测定 412
二、麦克斯韦速率分布律 414
三、三种统计速率 417
〈趣味物理〉方均根速率与大气成分 418
11.6平均自由程与平均碰撞频率 419
练习11热运动的统计描述 421
第12章 热力学 425
12.1准静态过程 425
一、准静态过程 426
二、准静态过程的功 427
三、热量 429
12.2热力学第一定律 430
一、等体过程 431
二、等压过程 432
三、等温过程 435
四、绝热过程 436
〈物理之窗〉液化气体 438
12.3循环过程 439
一、循环过程的一般概念 440
二、卡诺循环 443
12.4热力学第二定律 448
一、自然过程的不可逆性 448
二、热力学第二定律及其微观意义 449
12.5熵与熵增加原理 451
一、宏观态与微观态 451
二、热力学概率与熵 453
三、熵增加原理 454
〈物理学家〉L.玻耳兹曼 455
练习12热力学 456
第Ⅴ篇 近代物理基础 462
第13章 狭义相对论 462
13.1狭义相对论的两条基本原理 洛伦兹变换 462
一、两条基本原理 463
二、洛伦兹变换 464
〈物理学家〉A.爱因斯坦 465
13.2相对论时空观 470
一、同时性的相对性 471
二、时间量度的相对性 时间膨胀 472
三、空间量度的相对性 长度收缩 475
四、两种时空观 476
〈趣味物理〉孪生子效应 477
13.3相对论动力学结论 478
一、相对论性动量 479
二、相对论运动方程 480
三、质量和能量的关系 481
四、动量和能量的关系 483
〈物理之窗〉核电与核电站 485
练习13狭义相对论 486
第14章 量子物理基础 490
14.1普朗克量子论 491
一、黑体辐射 491
二、普朗克量子论 493
〈物理学家〉M.普朗克 495
14.2光的波粒二象性 495
一、光电效应的实验规律 495
二、爱因斯坦光子学说 498
三、康普顿效应 502
14.3量子力学引论 505
一、德布罗意的物质波假说 505
〈物理学家〉L.德布罗意 507
二、海森伯不确定关系 508
〈物理学家〉W.海森伯 510
三、物质波波函数的统计解释 511
四、薛定谔方程及其应用 514
〈物理之窗〉扫描隧道显微镜（STM） 522
14.4氢原子 524
一、氢原子光谱规律 524
二、玻尔氢原子理论 525
〈物理学家〉N.玻尔 527
三、氢原子的量子力学描述 531
14.5多电子原子中的电子分布 535
一、斯特恩-盖拉赫实验 电子自旋 535
二、四个量子数 537
三、多电子原子的壳层结构 537
练习14量子物理基础 539
练习题参考答案 545
参考文献 556