第1章 物理学 物质世界 1
1.1微观粒子及其相互作用 1
1.1.1从原子到原子核 1
1.1.2基本粒子的物理属性 4
1.1.3粒子间的相互作用 4
1.1.4基本粒子的分类 6
1.1.5 CPT定理及对称破缺简介 8
1.2物质存在的基本形式 9
1.2.1实物及物态相 9
1.2.2场 11
1.3物质运动与时空 12
1.3.1运动是物质的基本属性 12
1.3.2时间和空间 12
1.3.3两种时空观 13
1.4物理学及其研究对象与研究方法 14
1.4.1物理学 14
1.4.2物理学的研究对象 14
1.4.3物理学的研究方法 15
1.4.4物理学与科学世界观 15
1.4.5物理学与科学技术 16
1.5单位和量纲 17
1.5.1国际单位制（SI） 17
1.5.2量纲 18
1.5.3常用基本物理常数 19
参考文献 19
第2章 力学基本定律 20
2.1物理量及其表述 20
2.1.1质点 20
2.1.2参考系与坐标系 21
2.1.3矢量及其运算 21
2.2运动的描述 24
2.2.1位置矢量与位移 24
2.2.2速度 25
2.2.3加速度 25
2.2.4位矢、速度和加速度的相互关系 26
2.2.5曲线运动 28
2.2.6相对运动 31
2.3牛顿运动定律 32
2.3.1牛顿运动定律 32
2.3.2功和功率 38
2.3.3动能 动能定理 39
2.3.4保守力 非保守力势能 40
2.3.5功能原理 43
2.3.6机械能守恒定律 44
2.3.7动量 冲量 动量定理动量守恒定律 44
2.4刚体定轴转动 47
2.4.1刚体定轴转动的描述 47
2.4.2刚体定轴转动定律 48
2.4.3刚体定轴转动的功和能 52
2.4.4角动量定理 角动量守恒定律 54
2.4.5进动 56
2.5对称性原理与守恒定律 57
2.5.1对称性与对称性原理 57
2.5.2对称性原理与守恒定律 58
2.5.3对称性与对称性破缺 58
2.6最小作用量原理（哈密顿原理） 58
2.6.1哈密顿函数H 58
2.6.2最小作用量原理（哈密顿原理） 59
思考题 62
习题 64
参考文献 67
第3章 流体的运动 68
3.1理想流体的定常流动 68
3.1.1理想流体 68
3.1.2定常流动 69
3.1.3连续性方程 69
3.2理想流体的伯努利方程 70
3.2.1理想流体的伯努利方程 70
3.2.2伯努利方程的应用 71
3.3黏性流体的运动 74
3.3.1层流的黏滞定律 74
3.3.2泊肃叶公式 75
3.3.3层流与湍流 76
3.3.4物体在黏性流体中的阻力 77
思考题 79
习题 79
参考文献 80
第4章 狭义相对论 81
4.1狭义相对论的基本假设 81
4.1.1伽利略相对性变换 81
4.1.2经典力学相对性原理 82
4.1.3经典力学的绝对时空观 83
4.1.4狭义相对论的基本原理 83
4.2狭义相对论的时空观 84
4.2.1同时性的相对性 84
4.2.2时间延缓 85
4.2.3长度收缩 86
4.2.4孪生子佯谬 88
4.3洛伦兹变换与相对论的速度叠加 88
4.3.1洛伦兹变换 88
4.3.2相对论的速度叠加 90
4.4相对论动量和能量 91
4.4.1相对论动量 91
4.4.2相对论能量 92
4.4.3相对论能量与动量的关系 92
4.5广义相对论简介 93
4.5.1广义相对论 94
4.5.2支持广义相对论的实验 95
4.5.3宇宙大爆炸 97
4.5.4暗物质与暗能量 97
思考题 98
习题 99
参考文献 100
第5章 热力学基础 101
5.1热力学系统 101
5.1.1热力学系统 101
5.1.2平衡态 准静态过程 101
5.1.3理想气体的状态方程 102
5.2热力学第一定律 103
5.2.1改变系统内能的两种途径 104
5.2.2热力学第一定律的数学描述 104
5.2.3准静态过程中热量、功和内能 105
5.3热力学第一定律对理想气体的应用 106
5.3.1 3个等值过程 107
5.3.2绝热过程 111
5.4循环过程 113
5.4.1循环过程 113
5.4.2热机与制冷机 115
5.4.3卡诺循环及其效率 115
5.5热力学第二定律 121
5.5.1热力学过程的方向性 121
5.5.2热力学第二定律 122
5.5.3卡诺定理 122
5.5.4熵 熵变 熵增加原理 122
思考题 125
习题 126
参考文献 130
第6章 气体动理论 131
6.1气体动理论的基本概念 131
6.1.1分子动理论的基本观点 131
6.1.2分子热运动与统计规律 132
6.1.3理想气体的微观模型 132
6.2理想气体状态方程的微观解释 133
6.2.1理想气体压强的统计意义 133
6.2.2温度的微观解释 135
6.2.3真实气体的范德瓦耳斯方程 136
6.3能量按自由度均分定理 138
6.3.1自由度 138
6.3.2能量按自由度均分定理 138
6.3.3理想气体的内能和摩尔热容 140
6.4麦克斯韦速率分布律 141
6.4.1麦克斯韦速率分布函数 141
6.4.2气体分子速率分布的测定 144
6.4.3气体分子的3种统计速率 144
6.5玻耳兹曼能量分布律 147
6.5.1重力场中气体分子数密度分布 147
6.5.2玻耳兹曼能量分布律 148
6.6气体分子的平均碰撞频率和平均自由程 149
6.6.1分子的平均碰撞频率 149
6.6.2分子的平均自由程 149
6.7气体的输运现象——在非平衡态系统的一些性质 150
6.7.1黏滞现象 150
6.7.2热传导现象 151
6.7.3扩散现象 152
6.8熵与热力学第二定律 152
6.8.1等几率原理与热力学第二定律的统计意义 152
6.8.2熵与热力学概率——玻耳兹曼公式 154
思考题 155
习题 156
参考文献 159
第7章 液体的表面现象 160
7.1表面张力 160
7.1.1表面张力的微观模型 161
7.1.2表面张力的性质 162
7.2弯曲液面的附加压强 165
7.3毛细现象 167
7.4气体栓塞 171
思考题 172
习题 172
参考文献 173
第8章 振动和波动 174
8.1简谐振动 174
8.1.1简谐振动的基本特征 174
8.1.2描述简谐振动的物理量 176
8.1.3简谐振动的旋转矢量图示法 178
8.1.4简谐振动的能量 180
8.2振动的合成与分解 182
8.2.1振动的合成 182
8.2.2振动的分解 频谱分析 187
8.3阻尼振动、受迫振动和共振 188
8.3.1阻尼振动 188
8.3.2受迫振动 189
8.3.3共振 189
8.4非线性振动 190
8.4.1非线性振动 190
8.4.2混沌 191
8.5平面简谐波 191
8.5.1机械波的产生和传播 191
8.5.2平面简谐波的波函数 194
8.5.3波动方程 197
8.5.4波的能量 198
8.6波的叠加原理 波的干涉 200
8.6.1波的叠加原理 200
8.6.2波的干涉 200
8.6.3驻波 203
8.7多普勒效应 207
8.8声波、超声波和次声波 209
8.8.1声强和声强级 209
8.8.2次声波与超声波 210
思考题 212
习题 212
参考文献 215
第9章 静电场 216
9.1库仑定律 216
9.1.1电荷的性质 216
9.1.2库仑定律 217
9.2电场强度 场强叠加原理 218
9.2.1电场 218
9.2.2电场强度 219
9.2.3电场强度叠加原理 221
9.3高斯定理及应用 225
9.3.1电场线 225
9.3.2 E通量 226
9.3.3高斯定理 227
9.3.4高斯定理的应用 230
9.4静电场的环路定理 电势 233
9.4.1静电场的环路定理 233
9.4.2电势能 235
9.4.3电势 电势差 236
9.4.4电势叠加原理 237
9.4.5等势面 242
9.4.6电场强度与电势的关系 243
9.5静电场中的导体 244
9.5.1导体的静电平衡 244
9.5.2静电平衡时导体上的电荷分布 246
9.5.3静电屏蔽 248
9.6静电场中的电介质 249
9.6.1电介质及电介质的极化 249
9.6.2极化强度 250
9.6.3有介质时的高斯定理 251
9.6.4压电效应 253
9.7静电场的能量 255
9.7.1电容器 255
9.7.2带电系统的能量 257
9.7.3电容器中的电能 257
9.7.4静电场的能量与能量密度 258
思考题 259
习题 260
参考文献 262
第10章 恒定磁场 264
10.1恒定电流 264
10.1.1电流密度 264
10.1.2连续性方程 电流的恒定条件 265
10.2电源的电动势 266
10.3磁场 磁感应强度 267
10.4毕奥-萨伐尔定律 269
10.4.1电流元 毕奥-萨伐尔定律 269
10.4.2毕奥-萨伐尔定律的应用 270
10.4.3运动电荷的磁场 274
10.5磁场中的高斯定理 274
10.5.1磁感线 磁通量 274
10.5.2磁场中的高斯定理 276
10.6安培环路定理 276
10.6.1安培环路定理 276
10.6.2安培环路定理的应用 278
10.7磁场对运动电荷的作用 280
10.7.1带电粒子在磁场中的运动 280
10.7.2带电粒子在电场和磁场中的运动举例 282
10.8磁场对载流导线的作用 283
10.8.1载流导线在磁场中受的力 283
10.8.2载流线圈在磁场中受的磁力矩 284
10.9磁介质 286
10.9.1磁介质的分类 286
10.9.2弱磁性磁介质的磁化起源 286
10.9.3磁化电流与磁化强度 288
10.9.4磁介质中的安培环路定理磁场强度 289
10.9.5铁磁质 291
思考题 292
习题 294
参考文献 295
第11章 变化的电磁场 296
11.1电磁感应 296
11.1.1电磁感应现象 法拉第电磁感应定律 296
11.1.2楞次定律 299
11.2动生电动势和感生电动势 299
11.2.1动生电动势 299
11.2.2感生电动势 301
11.2.3涡电流和电磁阻尼 303
11.3互感和自感 304
11.3.1互感 304
11.3.2自感 306
11.4磁场的能量 308
11.4.1自感磁能和互感磁能 308
11.4.2磁场的能量和能量密度 309
11.5全电流安培环路定理 310
11.5.1位移电流 310
11.5.2全电流安培环路定理 312
11.6麦克斯韦方程组和电磁波 312
11.6.1麦克斯韦方程组 312
11.6.2电磁振荡 电磁波的性质 313
11.6.3电磁波的能流密度 315
11.6.4电磁波波谱 316
思考题 317
习题 317
参考文献 319
第12章 几何光学 321
12.1几何光学的基本定律 321
12.1.1光的直线传播 321
12.1.2光的独立传播 321
12.1.3光的反射和折射 321
12.1.4光的全反射 322
12.1.5光的可逆原理 322
12.1.6马吕斯定律和费马原理 322
12.2球面反射和球面折射成像 323
12.2.1成像的基本概念 323
12.2.2球面折射成像 324
12.2.3球面反射成像 328
12.3薄透镜成像 328
12.3.1薄透镜成像的物像焦距公式 329
12.3.2焦距公式 329
12.3.3横向放大率公式 330
12.3.4高斯公式和牛顿公式作图法 330
12.4放大镜 光学显微镜 334
12.4.1眼睛 334
12.4.2放大镜 335
12.4.3光学显微镜 336
思考题 337
习题 338
参考文献 339
第13章 波动光学 340
13.1光的干涉 340
13.1.1光的相干性 340
13.1.2杨氏双缝干涉实验 341
13.1.3劳埃德镜与半波损失 343
13.1.4光程与光程差 344
13.1.5等倾干涉 344
13.1.6等厚干涉 346
13.1.7迈克尔逊干涉仪 349
13.2光的衍射 350
13.2.1光的衍射现象 350
13.2.2惠更斯-菲涅尔原理 351
13.2.3夫琅禾费单缝衍射 351
13.2.4圆孔衍射 光学仪器的分辨率 354
13.2.5平面衍射光栅 356
13.2.6 X射线衍射 358
13.3光的偏振 360
13.3.1自然光与偏振光 360
13.3.2偏振片 马吕斯定律 360
13.3.3反射 折射及散射时光的偏振性 362
13.4光的双折射 364
13.4.1双折射现象 364
13.4.2惠更斯原理在双折射现象中的应用 365
13.4.3椭圆偏振光和圆偏光波片 366
13.4.4旋光现象 367
13.5光的吸收和散射 368
13.5.1光的吸收 369
13.5.2光的散射 370
思考题 371
习题 372
参考文献 373
第14章 量子物理基础 374
14.1黑体辐射 374
14.1.1热辐射现象 黑体辐射 374
14.1.2热辐射现象 黑体辐射斯特潘-玻耳兹曼定律维恩位移定律 375
14.1.3经典物理的困难 377
14.1.4普朗克能量子假设 377
14.2光电效应 379
14.2.1光电效应的实验规律 379
14.2.2爱因斯坦的光子理论 381
14.3康普顿效应 383
14.4波粒二象性 386
14.4.1光子的波粒二象性 386
14.4.2德布罗意波 实物粒子的波粒二象性 387
14.4.3电子双缝干涉实验 389
14.5不确定关系 391
14.6薛定谔方程 392
14.6.1波函数 393
14.6.2定态薛定谔方程 395
14.6.3一维无限深方势阱 398
14.6.4一维有限势垒 隧道效应 401
14.6.5一维谐振子 402
14.6.6对应原理 403
14.7氢原子中的电子 404
14.7.1氢原子的玻尔理论 404
14.7.2氢原子的薛定谔方程 408
14.7.3三个量子数 409
14.7.4电子的概率密度 410
14.7.5电子自旋 411
14.8激光 412
14.8.1自发辐射 受激辐射 413
14.8.2激光原理 413
14.8.3激光器 415
14.8.4激光的特性 416
思考题 416
习题 417
参考文献 418
第15章 原子核和放射性 419
15.1原子核的基本性质 419
15.1.1原子核的发现和原子核物理 419
15.1.2原子核的基本性质 420
15.1.3原子核的自旋和磁矩 420
15.1.4原子核的结合能 422
15.1.5核力 423
15.1.6原子核的宇称 424
15.2原子核的放射衰变 425
15.2.1 α、β和γ衰变 425
15.2.2原子核的衰变规律半衰期 429
15.2.3放射性强度 431
15.2.4放射性的应用 434
15.3原子核的聚变和裂变 436
15.3.1原子核的聚变 436
15.3.2原子核的裂变 437
15.4宇宙中的原子核合成 438
思考题 439
习题 440
参考文献 441
附录 习题答案 442