第一篇 力学 3
第1章 质点运动学 3
1.1 机械运动的基本特征及其描述方法 3
1.1.1 基本概念 3
1.1.2 基本特征 4
1.1.3 运动的描述 4
1.2 质点的运动学方程 4
1.2.1 基本概念 4
1.2.2 质点的运动学方程和轨迹方程 5
1.3 位移速度 6
1.4 加速度 9
1.5 圆周运动的角量描述 10
1.6 相对运动 12
思考题 13
习题 14
第2章 牛顿运动定律及应用 18
2.1 牛顿运动定律 18
2.1.1 基本概念 18
2.1.2 牛顿运动三定律 19
2.2 几种常见的力和基本的自然力 22
2.2.1 几种常见的力 22
2.2.2 基本的自然力 24
2.3 牛顿运动定律的应用 27
习题 29
第3章 动量守恒角动量守恒 33
3.1 冲量与动量定理 33
3.1.1 冲量 33
3.1.2 质点的动量定理 33
3.1.3 质点系的动量定理 36
3.2 动量守恒定律 37
3.3 质点的角动量角动量守恒定律 41
3.3.1 质点的角动量 41
3.3.2 质点的角动量定理 41
3.3.3 角动量守恒定律 42
3.3.4 有关力矩和角动量的说明 44
习题 45
第4章 功和能 49
4.1 功保守力的功 49
4.1.1 功 49
4.1.2 示功图 51
4.1.3 功率 52
4.1.4 保守力的功 53
4.2 动能定理 55
4.2.1 质点的动能定理 55
4.2.2 质点的动能定理应用举例 56
4.3 质点系的势能 57
4.3.1 保守力场 57
4.3.2 势能 57
4.4 机械能守恒定律能量守恒定律 59
4.4.1 机械能守恒定律 59
4.4.2 功能原理 59
4.4.3 能量守恒定律 60
4.4.4 应用举例 63
4.5 对称性与守恒定律 64
思考题 66
习题 67
第5章 刚体力学 71
5.1 刚体的基本运动 71
5.1.1 刚体 71
5.1.2 刚体的平动 71
5.1.3 刚体的定轴转动 72
5.2 刚体定轴转动的转动定理 72
5.2.1 基本角量 72
5.2.2 力矩 74
5.2.3 转动定理 74
5.2.4 刚体的转动惯量的计算 75
5.2.5 转动定理的应用 77
5.3 刚体定轴转动的功和能 78
5.3.1 力矩的功 78
5.3.2 刚体定轴转动的动能 79
5.3.3 动能定理 79
5.4 刚体定轴转动的角动量 80
5.4.1 刚体定轴转动的角动量定理 80
5.4.2 刚体定轴转动的角动量守恒定律 81
5.5 质点的运动规律和刚体的定轴转动规律对比 82
思考题 83
习题 83
第二篇 电磁学 93
第6章 真空中的静电场 93
6.1 库仑定律及静电力叠加原理 93
6.1.1 电荷 93
6.1.2 库仑定律 94
6.1.3 静电力叠加原理 95
6.2 电场强度的定义及计算 98
6.2.1 电场强度 98
6.2.2 场强叠加原理 98
6.2.3 电场强度的计算 99
6.3 电通量高斯定理 104
6.3.1 电场线 104
6.3.2 电场强度通量 105
6.3.3 高斯定理 106
6.3.4 高斯定理的应用 107
6.4 静电场的环路定理 109
6.5 电势 110
6.5.1 电势能 110
6.5.2 电势的定义 111
6.5.3 电势差 111
6.5.4 电势叠加原理 112
6.5.5 求解静电场中电势的几种方法 112
6.5.6 等势面 117
6.5.7 电势与电场强度的微分关系 118
思考题 120
习题 120
第7章 静电场中的导体和电介质 127
7.1 静电场中的导体 127
7.1.1 静电感应现象 127
7.1.2 导体静电平衡条件 128
7.1.3 导体存在时静电场的分析与计算 130
7.2 电容电容器 134
7.2.1 孤立导体的电容 134
7.2.2 电容器 134
7.2.3 电容器储存的静电场的能量 136
7.2.4 静电场的能量能量密度 137
7.3 静电场中的电介质电介质的极化 138
7.3.1 电介质及其分类 139
7.3.2 电介质的极化 139
7.3.3 电介质对电场的影响 141
7.3.4 几种电介质的相对介电常量 141
7.3.5 电介质的击穿 142
7.4 电介质中的高斯定理电位移矢量 142
习题 145
第8章 稳恒磁场 149
8.1 电流 149
8.1.1 电流和电流密度 149
8.1.2 恒定电流的重要性质 150
8.2 磁场磁感应强度 150
8.2.1 磁力与电荷的运动 151
8.2.2 磁感应强度 151
8.3 毕奥-萨伐尔定律及应用 153
8.3.1 电流元 153
8.3.2 毕奥-萨伐尔（实验）定律 153
8.3.3 磁感应强度叠加原理 153
8.4 磁场的高斯定理和安培环路定理 157
8.4.1 磁通量 157
8.4.2 磁场的高斯定理 159
8.4.3 安培环路定理 159
8.5 磁场对电流的作用 162
8.5.1 安培定律 163
8.5.2 安培公式的应用 163
8.5.3 磁场对载流平面线圈的作用 165
8.5.4 磁场力的功 165
8.5.5 霍耳效应 167
8.6 带电粒子在磁场中的运动 168
8.6.1 洛伦兹力 168
8.6.2 带电粒子在均匀磁场中的运动 168
8.6.3 应用举例 168
8.7 磁介质中的磁场 169
8.7.1 磁介质及磁介质的磁化 169
8.7.2 磁介质的磁导率 170
8.7.3 磁场强度磁介质中的安培环路定理 170
8.7.4 安培环路定理的应用 171
8.7.5 铁磁质 172
思考题 174
习题 174
第9章 变化的电磁场 179
9.1 电磁感应的基本规律 179
9.1.1 电磁感应现象 179
9.1.2 法拉第电磁感应定律 180
9.1.3 楞次定律 180
9.2 动生电动势 182
9.2.1 概念和机制 182
9.2.2 能量转换 184
9.2.3 动生电动势的计算 184
9.3 感生电动势 186
9.3.1 电磁感应定律的普遍形式 187
9.3.2 感生电动势的计算 187
9.3.3 感生电场的应用 189
9.4 自感和互感 190
9.4.1 自感 190
9.4.2 自感系数和自感电动势的计算 190
9.4.3 互感现象、互感系数和互感电动势 192
9.4.4 互感系数和互感电动势计算 193
9.5 磁场的能量 195
9.5.1 自感中的能量转换 195
9.5.2 磁场的能量密度 195
9.5.3 磁能的计算 195
9.6 麦克斯韦电磁场理论简介 197
9.6.1 位移电流 197
9.6.2 麦克斯韦方程组 200
思考题 201
习题 201
第三篇 热学 210
第10章 统计物理学基础 210
10.1 分子运动的基本概念 210
10.1.1 分子的密度和线度 210
10.1.2 分子力 211
10.1.3 分子热运动的无序性及统计规律 211
10.2 平衡态理想气体状态方程 212
10.2.1 平衡态和状态参数 213
10.2.2 准静态过程 214
10.2.3 理想气体状态方程 214
10.3 理想气体的压力公式温度公式 216
10.3.1 理想气体的微观模型 216
10.3.2 理想气体的压强公式 217
10.3.3 理想气体的温度公式 219
10.4 能量按自由度均分定理理想气体的内能 220
10.4.1 自由度 220
10.4.2 能量按自由度均分定理 221
10.4.3 理想气体的内能 221
10.5 麦克斯韦速率分布定律 222
10.5.1 测定气体分子速率的实验 222
10.5.2 麦克斯韦气体分子速率分布律 223
10.5.3 三种统计速率 224
*10.6 玻耳兹曼能量分布定律及验证 226
10.6.1 玻耳兹曼能量分布定律 226
10.6.2 重力场中粒子按高度分布 227
10.6.3 重力场中的压强公式 227
10.7 气体分子平均自由程 228
思考题 230
习题 230
第11章 热力学基础 234
11.1 热力学第一定律 234
11.1.1 内能功和热量 234
11.1.2 热力学第一定律的表述 236
11.2 热力学第一定律的应用 236
11.2.1 等体过程气体的摩尔定容热容 236
11.2.2 等压过程气体的摩尔定压热容 237
11.2.3 等温过程 238
11.2.4 比热容比 239
11.3 绝热过程 240
11.3.1 理想气体绝热过程方程 240
11.3.2 绝热线与等温线 241
11.3.3 理想气体重要公式表 242
11.4 循环过程卡诺循环 243
11.4.1 正循环和热机效率 243
11.4.2 逆循环和制冷系数 243
11.4.3 卡诺循环 244
11.4.4 卡诺制冷机 245
11.5 热力学第二定律 246
11.5.1 可逆过程和不可逆过程 246
11.5.2 热力学第二定律的两种表述 247
11.5.3 卡诺定理 248
*11.6 热学新进展熵 248
11.6.1 熵的概念 249
11.6.2 热力学第二定律的数学表达式 250
11.6.3 熵与混乱度 250
11.6.4 熵增加原理 250
思考题 251
习题 251
第四篇 振动、波动与波动光学 259
第12章 机械振动 259
12.1 简谐振动的描述 259
12.1.1 简谐振动的动力学方程 259
12.1.2 简谐振动的运动学方程 260
12.1.3 简谐振动的几个特征量 260
12.1.4 振幅和初相的确定 261
12.2 简谐振动的旋转矢量描述 264
12.3 简谐振动的能量 266
12.4 阻尼振动和受迫振动共振 268
12.4.1 阻尼振动的数学描述 268
12.4.2 受迫振动共振 270
12.5 简谐振动合成 272
12.5.1 同方向、同频率简谐振动的合成 272
12.5.2 同方向、不同频率的简谐振动的合成拍 273
12.5.3 垂直方向、同频率的谐振的合成 274
思考题 277
习题 277
第13章 机械波基础 280
13.1 机械波的形成与传播简谐波的特征 280
13.2 平面简谐波的波动方程 282
13.2.1 平面简谐波的波动方程 282
13.2.2 简谐波的特征量 283
13.3 波的能量和能流 285
13.3.1 波的能量 285
13.3.2 波的能流 286
13.4 惠更斯原理 287
13.5 波的叠加原理波的干涉 289
13.5.1 波的叠加原理 289
13.5.2 波的干涉 290
13.6 驻波半波损失 292
13.7 声波多普勒效应 295
13.7.1 声波 295
13.7.2 多普勒效应 297
思考题 301
习题 301
第14章 波动光学 305
14.1 光的电磁理论 305
14.1.1 电磁振荡 305
14.1.2 电磁波的概念 306
14.1.3 电磁波的性质 306
14.2 相干光波的叠加 308
14.2.1 相干光源 308
14.2.2 光波的叠加 309
14.3 杨氏双缝实验劳埃德镜 310
14.3.1 杨氏双缝实验 310
14.3.2 劳埃德镜 312
14.4 薄膜干涉 314
14.4.1 等倾干涉 314
14.4.2 等厚干涉 316
14.5 迈克尔逊干涉 319
14.6 惠更斯一菲涅耳原理单缝夫琅禾费衍射 321
14.6.1 光的衍射 321
14.6.2 惠更斯-菲涅耳原理 321
14.6.3 菲涅耳衍射 322
14.6.4 单缝夫琅禾费衍射 322
14.6.5 圆孔衍射 325
14.6.6 光学仪器分辨率 325
14.7 衍射光栅和光栅光谱 327
14.7.1 衍射光栅 328
14.7.2 光栅方程 328
14.7.3 光栅谱线的缺级现象 328
14.7.4 光谱分析方法 330
14.7.5 X射线的衍射 330
14.8 光的偏振性 332
14.8.1 自然光偏振光 332
14.8.2 起偏和检偏 333
14.8.3 马吕斯定律 334
14.8.4 布儒斯特定律 335
14.8.5 双折射现象 336
14.8.6 椭圆偏振光和圆偏振光 338
思考题 339
习题 340
第五篇 近代物理学 347
第15章 狭义相对论力学基础 347
15.1 力学相对性原理 347
15.1.1 力学相对性原理中的相对性和不变性 347
15.1.2 伽利略相对性原理 348
15.1.3 伽利略相对性原理的数学描述—伽利略变换 348
15.1.4 伽利略相对性原理的时空观 349
15.1.5 伽利略相对性原理力学规律的数学表达 349
15.2 狭义相对论基本原理 349
15.2.1 爱因斯坦相对论的理论基础 350
15.2.2 洛伦兹变换 351
15.3 爱因斯坦狭义相对论时空观—长度缩短、时间膨胀 354
15.3.1 同时的相对性 354
15.3.2 物体在运动方向上长度缩短—长度的相对性 356
15.3.3 物体在运动方向上时间膨胀 357
15.3.4 爱因斯坦狭义相对论时空观的实验证明 357
15.4 爱因斯坦狭义相对论质点动力学 358
15.4.1 相对论质量 359
15.4.2 相对论质量与能量的关系 360
15.4.3 相对论动量和能量关系式 361
15.4.4 应用举例 362
*15.5 爱因斯坦广义相对论—宇宙空间是弯曲的？ 362
15.5.1 爱因斯坦广义相对论的基本理论 363
15.5.2 广义相对论的检验 365
习题 366
第16章 量子力学基础 369
16.1 黑体辐射普朗克的能量子假说 369
16.1.1 黑体辐射 369
16.1.2 黑体辐射的基本规律 371
16.1.3 经典物理学的困难 372
16.1.4 普朗克量子假设 373
16.2 光电效应爱因斯坦的光子假说 374
16.2.1 光电效应及经典物理面临的困境 374
16.2.2 光子爱因斯坦方程 376
16.2.3 光的波粒二象性 376
16.2.4 光电效应在现代科技中的应用 377
16.3 康普顿效应光子理论解释 378
16.3.1 康普顿效应 378
16.3.2 光子理论解释 379
16.4 原子结构的玻尔理论 382
16.4.1 氢原子光谱的规律性 382
16.4.2 玻尔的量子论 384
16.4.3 玻尔量子理论的作用及其困难 386
16.5 粒子的波动性 387
16.5.1 德布罗意假设粒子的波动性 387
16.5.2 实验验证电子衍射 387
16.5.3 不确定关系 388
16.6 波函数薛定愕方程 391
16.6.1 波函数 391
16.6.2 薛定愕方程 393
16.7 一维势阱和势垒 395
16.7.1 一维无限深势阱 395
16.7.2 一维势垒—隧道效应 396
16.7.3 扫描隧道显微镜 398
16.7.4 纳米技术 399
思考题 401
习题 401
附录一 国际单位制（S） 405
附录二 常用基本物理常数表 407
附录三 习题参考答案 408
参考文献 426