绪论 1
前言页 1
第一章 质点的运动 4
1-1 质点和参考系 4
一、质点 4
二、参考系 5
1-2 描述质点运动的物理量 5
一、时刻和时间 5
三、位移和路程 6
二、位置矢量 6
四、速度和速率 8
五、加速度 10
1-3 描述质点运动的坐标系 12
一、直角坐标系 12
二、平面极坐标系 17
三、自然坐标系 21
一、牛顿第一定律 23
1-4 牛顿运动定律 23
二、牛顿第二定律 24
三、牛顿第三定律 26
1-5 力学中常见的力 27
一、万有引力 27
二、弹性力 30
三、摩擦力 33
1-6 伽利略相对性原理 36
一、伽利略相对性原理 36
二、伽利略变换 37
三、惯性力 39
习题 43
第二章 机械能守恒定律 48
2-1 功和功率 48
一、功 48
二、功率 50
2-2 动能和动能定理 52
2-3 势能 55
一、引力势能和重力势能 55
二、弹力势能 57
三、保守力 58
四、势能曲线 59
2-4 机械能守恒定律 61
一、功能原理 61
二、机械能守恒定律 63
习题 68
第三章 动量守恒定律 71
3-1 动量和动量定理 71
3-2 质点系动量定理和质心运动定理 74
一、质点系动量定理 74
二、质心 76
三、质心运动定理 77
3-3 动量守恒定律 78
二、完全弹性碰撞 81
3-4 碰撞 81
一、碰撞现象 81
三、完全非弹性碰撞 83
3-5 运载火箭的运动 84
习题 86
第四章 角动量守恒定律 89
4-1 力矩 89
一、力矩的一般意义 89
二、力对轴的力矩 90
4-2 质点角动量守恒定律 91
一、角动量 91
二、角动量定理 92
三、质点角动量守恒定律 93
4-3 质点系角动量守恒定律 96
习题 99
一、平动和转动 101
5-1 刚体的运动 101
第五章 刚体和流体 101
二、刚体的定轴转动 102
5-2 刚体动力学 103
一、刚体的转动动能 103
二、刚体的转动惯量 104
三、力矩作的功 107
四、动能定理 109
五、转动定理 109
5-3 定轴转动刚体的角动量守恒定律 113
一、刚体对转轴的角动量 113
二、刚体对转轴的角动量定理 113
三、刚体对转轴的角动量守恒定律 114
5-4 固体的形变和弹性 115
一、固体在外力作用下的一般情形 115
二、固体的弹性形变 116
一、流体的压强 118
5-5 理想流体及其运动规律 118
二、关于理想流体的几个概念 120
三、理想流体的连续性方程 121
四、伯努利方程 123
5-6 黏性流体的运动 127
一、流体的黏性 127
二、黏性流体的运动规律 130
四、湍流和雷诺数 131
三、泊肃叶定律 131
五、斯托克斯黏性公式 132
习题 133
第六章 振动和波动 136
6-1 简谐振动 136
一、简谐振动的基本特征 136
二、描述简谐振动的特征量 138
三、简谐振动的矢量图解法和复数解法 139
四、简谐振动的能量 142
一、同一直线上两个同频率简谐振动的合成 145
6-2 简谐振动的叠加 145
二、同一直线上两个频率相近的简谐振动的合成 147
三、两个互相垂直的简谐振动的合成 149
四、振动的分解 152
6-3 阻尼振动、受迫振动和共振 153
一、阻尼振动 153
二、受迫振动 155
三、共振 156
6-4 关于波动的基本概念 158
一、波的产生和传播 158
二、横波和纵波 158
三、波线和波面 159
四、波速、波长以及波的周期和频率 160
五、波动所遵从的基本原理 161
6-5 简谐波 163
一、一维波动方程 166
6-6 波动方程和波的能量 166
二、波的能量 170
三、波的能流和能流密度 171
6-7 波的干涉 172
一、波的干涉现象和规律 172
二、驻波 174
6-8 多普勒效应 177
一、多普勒效应 177
一、声波 181
二、冲击波 181
6-9 声波、超声波和次声波 181
二、超声波和次声波 185
习题 187
第七章 狭义相对论 192
7-1 狭义相对论的基本原理 192
一、伽利略变换与经典时空观念 192
二、狭义相对论产生的背景和条件 193
三、狭义相对论的基本原理 194
7-2 狭义相对论的时空观 197
一、同时性的相对性 197
二、时间延缓效应 198
三、长度收缩效应 198
四、速度变换法则 200
7-3 狭义相对论动力学 201
一、质速关系 201
二、相对论动力学基本方程 203
三、质能关系 204
四、能量-动量关系 205
习题 206
第八章 气体、固体和液体的基本性质 208
8-1 气体动理论和理想气体模型 208
一、气体的分子状况 208
二、理想气体模型 210
三、理想气体状态的描述 211
8-2 理想气体的压强和温度 213
一、理想气体的压强公式 213
二、热力学第零定律 215
三、温度的微观解释 216
8-3 理想气体的内能 218
一、分子运动自由度 218
二、能量均分定理 219
三、理想气体的内能 220
8-4 麦克斯韦速率分布律 222
一、麦克斯韦速率分布律 222
二、用速率分布函数求分子速率的统计平均值 223
三、麦克斯韦速率分布律的实验验证 225
8-5 范德瓦耳斯方程 226
一、范德瓦耳斯方程的导出 226
二、范德瓦耳斯等温线和临界点 229
一、气体分子的碰撞频率和平均自由程 231
8-6 气体内的输运过程 231
二、黏性 233
三、热传导 236
四、扩散 237
8-7 固体的性质及晶体结构的一般概念 238
一、固体的一般性质 238
二、关于晶体结构的一些概念 240
一、晶体的结合 242
8-8 晶体中粒子的相互作用 242
二、结合力的共同特征 245
8-9 非晶态固体的结构和应用 247
一、非晶态固体的微观结构 247
二、非晶态固体的应用 250
8-10 液体和液晶的微观结构 251
一、液体的微观结构 251
二、液晶的类型和结构 253
一、表面张力 254
8-11 液体的表面性质 254
二、弯曲液面下的附加压强 257
三、与固体接触处液面的性质 258
四、毛细现象 259
习题 261
第九章 电荷和静电场 265
9-1 电荷和库仑定律 265
一、电荷 265
二、库仑定律 267
9-2 电场和电场强度 269
一、电场 269
二、电场强度 269
三、电场强度的计算 270
9-3 高斯定理 275
一、电场线 275
二、电通量 276
三、高斯定理 278
一、静电场属于保守场 282
9-4 电势及其与电场强度的关系 282
二、电势能、电势差和电势 284
三、电势的计算 285
四、等势面 287
五、电势与电场强度的关系 288
9-5 静电场中的金属导体 291
一、金属导体的静电平衡 291
二、导体表面的电荷和电场 293
三、导体空腔 294
四、导体静电平衡性质的应用 295
9-6 电容和电容器 298
一、孤立导体的电容 298
二、电容器 298
三、电容的计算 299
四、电容器的联接 301
一、电介质的极化 302
9-7 静电场中的电介质 302
二、极化强度矢量 303
三、极化强度与极化电荷的关系 303
四、极化电荷对电场的影响 304
五、电介质存在时的高斯定理 306
六、边界条件 307
9-8 静电场的能量 311
习题 314
一、电流强度和电流密度 320
第十章 电流和恒磁场 320
10-1 恒定电流条件和导电规律 320
二、电流的连续性方程和恒定电流条件 322
三、导体的电阻 323
四、导体的电阻率 323
五、欧姆定律 325
六、电功率和焦耳定律 325
七、电动势 326
一、磁现象 327
10-2 磁场和磁感应强度 327
二、磁感应强度 328
三、磁感应线和磁通量 330
10-3 毕奥-萨伐尔定律 331
10-4 磁场的高斯定理和安培环路定理 334
一、磁场的高斯定理 334
二、安培环路定理 335
10-5 磁介质的磁化 338
一、物质磁性的概述 338
二、磁化的磁介质内的磁感应强度 339
三、磁化强度与磁化电流的关系 340
四、有磁介质存在时的安培环路定理 342
五、边界条件 343
10-6 抗磁性 345
10-7 铁磁性 347
二、居里温度 348
三、铁磁体内的磁畴结构 348
一、自发磁化强度 348
四、磁滞现象 349
习题 350
习题答案 354
附录 367
(一)物理学常用常量 367
(二)矢量分析中的常用关系式 369
(三)国际单位制的有关规定 371
索引 372
第十一章 电与磁的相互作用和相互联系 387
11-1 电磁感应及其基本规律 387
一、电磁感应现象 387
二、电磁感应定律 389
三、感应电动势 390
11-2 互感和自感 394
一、互感现象 394
二、自感现象 395
一、涡流 397
11-3 涡流和趋肤效应 397
二、趋肤效应 398
11-4 磁场的能量 399
11-5 磁场对电流的作用 402
一、安培定律 402
二、两平行长直电流之间的相互作用 403
三、磁场对载流线圈的作用 404
11-6 带电粒子在磁场中的运动 406
一、洛伦兹力和粒子的运动方程 406
二、带电粒子在匀强磁场中的运动 407
三、带电粒子比荷的测定 408
四、霍耳效应 410
五、电子感应加速器 413
11-7 运动电荷激发的电磁场 414
一、不同参考系之间电磁场的变换 414
二、运动点电荷激发的电场 415
三、运动点电荷激发的磁场 417
一、超导体的主要电磁特性 419
11-8 超导体的电磁特性 419
二、对超导体主要电磁特性的解释 420
11-9 麦克斯韦电磁理论 424
一、位移电流 424
二、麦克斯韦方程组 426
11-10 电磁波的产生和传播 428
一、从电磁振荡到电磁波 428
二、偶极振子发射的电磁波 429
三、赫兹实验 429
四、电磁波的波谱 430
11-11 电磁波理论 431
11-12 电磁场的能量和动量 434
一、电磁场的能量密度和能流密度 434
二、电磁场的动量和光压 437
习题 440
一、基尔霍夫第一定律 445
12-1 基尔霍夫定律 445
第十二章 电路和磁路 445
二、基尔霍夫第二定律 446
三、注意几个问题 447
12-2 交流电和交流电路的基本概念 448
一、交流电的类型 448
二、描述简谐交流电的特征量 449
三、单元件的阻抗和相位差 450
12-3 交流电路的矢量图解法 453
一、串联电路 453
二、并联电路 454
12-4 交流电路的复数解法 456
一、交流电简谐量与复数的对应关系 456
二、元件和电路的复阻抗 457
三、交流电路的基尔霍夫方程组及其复数形式 458
12-5 交流电的功率 460
一、平均功率和有功功率 460
二、视在功率和无功功率 461
三、提高功率因数的意义和方法 462
12-6 串联共振电路 464
一、串联共振现象 464
二、串联共振电路的品质因数(Q值) 465
三、串联共振电路的频率选择性 466
12-7 磁路和磁路定律 467
一、在磁介质分界面上磁感应线的折射 467
二、磁路的概念 468
三、磁路定律 469
习题 470
第十三章 波动光学 473
13-1 光波及其相干条件 473
一、光波 473
二、光程 475
三、相干条件 476
四、获得相干光波的方法 477
一、杨氏实验 478
13-2 分波前干涉 478
二、对干涉条纹可见度的分析 480
13-3 分振幅干涉 484
一、薄膜干涉 484
二、迈克耳孙干涉仪 488
13-4 惠更斯-菲涅耳原理和衍射现象分类 491
一、惠更斯-菲涅耳原理 491
二、衍身现象的分类 492
13-5 单缝和圆孔的夫琅禾费衍射 493
一、单缝的夫琅禾费衍射 493
二、圆孔的夫琅禾费衍射 496
13-6 衍射光栅 497
13-7 衍射规律的应用 502
一、光学系统分辨本领的分析 502
二、X射线在晶体中的衍射 503
13-8 信息光学 505
一、光学信息处理 505
二、全息照相 508
13-9 光的偏振态 511
一、自然光和线偏振光 511
二、部分偏振光 512
三、椭圆偏振光和圆偏振光 512
13-10 偏振光的获得和检测 513
一、偏振光的获得 513
二、偏振光的检测 516
一、旋光现象 518
13-11 旋光现象和电磁场的光效应 518
二、磁致旋光效应 519
三、电光效应 520
13-12 光的吸收、色散和散射 521
一、光的吸收 521
二、光的色散 523
三、光的散射 525
习题 526
一、热辐射 530
第十四章 波与粒子 530
14-1 黑体辐射 530
二、黑体辐射的基本规律 532
三、普朗克辐射公式和能量子的概念 533
14-2 光电效应 535
一、光电效应的实验规律 535
二、经典理论遇到的困难 537
三、爱因斯坦的光子论及其对光电效应的解释 538
14-3 康普顿效应 540
一、康普顿效应及其观测 540
二、光子论对康普顿效应的解释 541
三、光的波粒二象性 542
14-4 氢原子光谱和玻尔的量子论 544
一、原子的核型结构模型及其与经典理论的矛盾 544
二、氢原子光谱的规律性 545
三、玻尔的量子论 547
一、德布罗意波及其实验观测 549
14-5 微观粒子的波动性 549
二、不确定关系 551
习题 554
第十五章 量子力学基础 557
15-1 波函数及其统计诠释 557
15-2 薛定谔方程 560
一、含时薛定谔方程 560
二、定态薛定谔方程 562
三、概率守恒和概率流密度矢量 563
15-3 力学量的算符表示和平均值 564
一、力学量的算符表示 564
二、本征函数、本征值和平均值 565
15-4 一维势阱和势垒问题 566
一、一维无限深方势阱 566
二、势垒穿透和隧道效应 569
一、一维谐振子的定态薛定谔方程 572
15-5 一维谐振子问题 572
二、一维谐振子的本征函数和能量本征值 573
15-6 氢原子 576
一、有心力场中的薛定谔方程 576
二、角动量的本征函数和相应的量子数 578
三、径向波函数和氢原子的能级 580
四、能量的本征函数和能级的简并度 581
五、类氢离子 583
15-7 氢原子中电子的概率分布 583
一、电子概率的径向分布 583
二、电子概率的角度分布 585
习题 586
第十六章 电子的自旋和原子的壳层结构 588
16-1 原子的轨道磁矩和正常塞曼效应 588
一、原子的轨道磁矩 588
二、外磁场对轨道磁矩的作用和正常塞曼效应 590
一、施特恩-格拉赫实验 592
16-2 电子的自旋 592
二、电子自旋和自旋磁矩 594
三、碱金属原子光谱的精细结构 595
四、自旋-轨道相互作用 596
五、单电子体系的原子磁矩 599
六、反常塞曼效应 600
16-3 LS耦合和jj耦合 601
一、原子的电子组态 601
二、LS耦合 602
三、jj耦合 604
四、选择定则 605
16-4 原子的壳层结构 606
一、元素性质的周期性 606
二、原子中电子的壳层结构 607
三、原子的基态 609
一、X射线的发射和发射谱 610
16-5 X射线 610
二、俄歇电子和同步辐射 613
16-6 激光 614
一、激光原理 614
二、激光的应用 617
习题 618
第十七章 热力学与统计物理学概述 620
17-1 热力学第一定律 620
一、热力学中的基本概念 620
二、热力学第一定律 624
三、热容和焓 625
17-2 理想气体的热力学过程 626
一、等体过程 626
二、等压过程 627
三、等温过程 628
四、绝热过程 628
五、多方过程 630
一、循环 633
17-3 卡诺循环 633
二、卡诺循环 634
17-4 热力学第二定律 636
一、可逆过程和不可逆 636
二、热力学第二定律的两种表述 638
三、热力学第二定律的实质 639
17-5 卡诺定理 640
一、熵的概念 642
17-6 熵增加原理 642
二、熵增加原理和热力学基本关系式 644
三、理想气体的熵 645
17-7 自由能和自由焓 648
一、自由能和最大功原理 648
二、自由焓和化学势 649
17-8 热力学第三定律 650
一、获得超低温的有效方法 650
二、热力学第三定律 651
17-9 统计物理学的基本概念 654
一、粒子运动状态的描述 654
二、系统微观运动状态的描述 656
三、三种系统及其微观态数 657
四、等概率假设 659
17-10 玻耳兹曼统计 659
一、玻耳兹曼系统的最概然分布--玻耳兹曼分布 659
二、麦克斯韦速度分布律 661
三、在重力场中粒子按高度的分布 662
四、固体的热容和爱因斯坦理论 664
17-11 玻色统计和费米统计 665
一、玻色系统和费米系统的最概然分布 665
二、光子气体 666
三、玻色-爱因斯坦凝聚 669
四、金属中的自由电子气体 671
五、晶格振动--声子以及元激发的概念 673
习题 675
第十八章 原子核和粒子 679
18-1 原子核的一般性质 679
一、原子核的组成 679
二、原子核的质量数和电荷数 680
三、原子核的大小和形状 681
18-2 原子核的量子性质 682
一、原子核的自旋和磁矩 682
二、核磁共振 683
三、原子核的电四极矩 684
四、原子核的宇称和统计性 685
18-3 核力 686
一、核力的性质 686
二、核力的介子场理论 687
三、核力的夸克模型 688
18-4 原子核的结构模型概述 689
一、壳层模型 689
二、集体模型 691
18-5 原子核的稳定性和结合能 693
一、核素图和β稳定线 693
二、原子核的结合能 694
三、结合能的释放和利用 696
18-6 原子核衰变的基本规律 699
一、放射性衰变 699
二、放射性衰变的规律 700
三、放射系 703
18-7 三类放射性衰变 704
一、α衰变和衰变能的概念 704
二、β衰变和中微子假说 706
三、γ衰变和穆斯堡尔效应 709
四、放射性同位素的应用 712
18-8 对粒子的探索和研究 714
18-9 粒子及其相互作用 719
一、关于“基本”粒子 719
二、粒子内在属性的描述 720
三、物质存在的基本形式 723
四、粒子的相互作用 724
五、粒子的分类 724
六、强子结构的夸克模型 725
18-10 粒子物理的标准模型 726
一、三代费米子 727
二、基本相互作用 727
三、规范玻色子 728
习题 729
习题答案 732
附录 740
(一)物理学常用常量 740
(二)矢量分析中的常用关系式 742
(三)国际单位制的有关规定 744
主要参考资料 745
索引 746