绪论 1
0.1 物理学概述 1
0.2 物理学的研究方法 2
0.3 物理学与现代科技的关系 2
0.4 怎样学好物理学 3
第1章 质点运动学 4
1.1 质点运动的描述 4
1.1.1 质点 参考系 4
1.1.2 时间和空间的计量 6
1.1.3 位置矢量 位移 6
1.1.4 运动方程 7
1.1.5 速度 加速度 8
1.1.6 运动学问题的两种类型 11
1.2 平面曲线运动 13
1.2.1 抛体运动 13
1.2.2 圆周运动 16
1.3 相对运动 伽利略变换 19
1.3.1 时间与空间的绝对性 19
1.3.2 运动的相对性 19
第2章 质点动力学 27
2.1 牛顿运动定律 27
2.1.1 牛顿第一定律 27
2.1.2 牛顿第二定律 28
2.1.3 牛顿第三定律 29
2.2 几种常见的力 29
2.2.1 万有引力 30
2.2.2 弹力 30
2.2.3 摩擦力 31
2.2.4 受力分析的一般步骤 31
2.3 牛顿运动定律的应用 32
2.4 动量定理 动量守恒定律 35
2.4.1 动量与冲量 35
2.4.2 动量定理 36
2.4.3 动量定理的应用 37
2.4.4 动量守恒定律及其应用 38
2.5 功 动能定理 40
2.5.1 功 40
2.5.2 功率 42
2.5.3 动能定理 42
2.6 势能 能量守恒定律 43
2.6.1 保守力和非保守力 43
2.6.2 势能 44
2.6.3 功能原理 45
2.6.4 机械能守恒定律 45
2.6.5 能量守恒定律 46
2.7 经典力学的局限性 46
2.7.1 惯性系和非惯性系 惯性力 47
2.7.2 低速运动与高速运动 48
2.7.3 确定性和随机性 48
2.7.4 能量的连续性与能量量子化 48
第3章 刚体定轴转动 57
3.1 刚体定轴转动的运动学描述 57
3.1.1 刚体的平动与转动 57
3.1.2 描述刚体定轴转动的物理量 58
3.1.3 匀变速转动公式 58
3.2 刚体定轴转动的转动定律 59
3.2.1 力矩 59
3.2.2 转动惯量 转动定律 60
3.2.3 转动惯量的计算 61
3.3 刚体定轴转动的动能定理 65
3.3.1 力矩的功与功率 65
3.3.2 刚体定轴转动中的动能定理 66
3.4 刚体定轴转动的角动量守恒定律 67
3.4.1 刚体定轴转动的角动量定理 67
3.4.2 刚体定轴转动的角动量守恒定律 69
第4章 流体力学 76
4.1 理想流体的稳定流动 连续性方程 76
4.1.1 理想流体的稳定流动 76
4.1.2 连续性方程 78
4.2 伯努利方程及其应用 78
4.2.1 伯努利方程的推导 78
4.2.2 伯努利方程的应用 80
4.3 黏滞流体的分层流动 83
4.3.1 流体的黏滞性 83
4.3.2 实际流体的伯努利方程 85
4.3.3 泊肃叶定律 85
4.3.4 压差阻力 86
4.3.5 斯托克斯定律 86
4.4 湍流 雷诺数 87
第5章 气体动理论 94
5.1 气体的微观图像 94
5.1.1 气体动理论的基本概念 94
5.1.2 分子热运动的统计规律 96
5.1.3 理想气体的微观模型 97
5.2 理想气体的压强 97
5.2.1 压强形成的微观机制 97
5.2.2 理想气体压强公式 98
5.3 理想气体的温度 99
5.3.1 理想气体分子的平均平动动能和温度的关系 99
5.3.2 气体温度的微观本质 100
5.3.3 阿伏伽德罗定律和道尔顿分压定律 101
5.4 能量按自由度均分定理 102
5.4.1 自由度 102
5.4.2 能量按自由度均分定理 103
5.4.3 理想气体的内能 104
5.5 气体分子速率的统计分布律 105
5.5.1 空气分子的速率分布 105
5.5.2 麦克斯韦速率分布律 105
5.5.3 气体分子的三种速率 106
5.6 范德瓦尔斯方程 108
5.6.1 考虑气体分子体积的修正 108
5.6.2 考虑分子间作用力的修正 108
5.7 分子的碰撞和平均自由程 109
第6章 热力学基础 116
6.1 热力学过程与第一定律 116
6.1.1 热力学系统、准静态过程 116
6.1.2 内能功 117
6.1.3 热力学第一定律 119
6.2 理想气体的热功转换 120
6.2.1 等体过程 120
6.2.2 等压过程 121
6.2.3 等温过程 122
6.2.4 绝热过程 123
6.3 循环过程的热功转换 124
6.3.1 循环过程 124
6.3.2 卡诺循环 卡诺热机 127
6.3.3 卡诺致冷机 129
6.4 热力学第二定律 130
6.4.1 热力学第二定律的两种表述 130
6.4.2 可逆过程和不可逆过程 131
6.4.3 卡诺定理 132
6.4.4 克劳修斯不等式 132
6.4.5 热力学第二定律的统计意义 133
6.5 熵 134
6.5.1 熵的存在性 134
6.5.2 熵的计算 135
6.5.3 熵增加原理 136
第7章 真空中的静电场 144
7.1 电荷守恒定律库仑定律 144
7.1.1 电荷的量子化与守恒定律 144
7.1.2 库仑定律 145
7.2 电场强度 146
7.2.1 电场 146
7.2.2 电场强度 146
7.2.3 电场强度的计算 147
7.3 电场强度通量 150
7.3.1 电场线 150
7.3.2 电场强度通量 151
7.4 高斯定理 151
7.4.1 高斯定理 151
7.4.2 高斯定理的应用 153
7.5 电场力的功 电势 155
7.5.1 静电场力的功 静电场的环路定理 156
7.5.2 电势能 157
7.5.3 电势 电势差 157
7.5.4 电势的计算 159
7.6 等势面 场强和电势的微分关系 160
7.6.1 等势面 160
7.6.2 场强与电势的微分关系 161
第8章 静电场中的导体和电介质 170
8.1 静电场中的导体 170
8.1.1 导体的静电平衡条件 170
8.1.2 静电平衡时导体的电荷分布 171
8.1.3 静电屏蔽 172
8.2 静电场中的电介质 175
8.2.1 电介质的极化 175
8.2.2 电极化强度 177
8.2.3 电介质中的电场 178
8.3 电位移 有电介质时的高斯定理 179
8.4 电容 电容器 181
8.4.1 电容器的电容 181
8.4.2 电容器电容量的计算 181
8.4.3 电容器的并联和串联 184
8.5 电场的能量 185
第9章 稳恒磁场 194
9.1 恒定电流 194
9.1.1 电流密度 恒定电流连续性原理 194
9.1.2 电阻率 欧姆定律 195
9.1.3 电动势 闭合电路欧姆定律 196
9.1.4 基尔霍夫定律 197
9.2 磁感应强度 磁场中的高斯定理 199
9.2.1 磁感应强度 199
9.2.2 磁感线 磁通量 200
9.2.3 磁场中的高斯定理 201
9.3 毕奥—萨伐尔定律及应用 201
9.3.1 毕奥—萨伐尔定律 201
9.3.2 运动电荷的磁场 202
9.3.3 毕奥—萨伐尔定律的应用 202
9.4 安培环路定理及应用 203
9.4.1 安培环路定理 203
9.4.2 安培环路定理的应用 204
9.5 磁场对运动电荷的作用 205
9.5.1 带电粒子在电磁场中的运动 205
9.5.2 质谱仪 207
9.5.3 霍尔效应 207
9.6 磁场对载流导线的作用 208
9.6.1 安培力 208
9.6.2 均匀磁场对载流线圈的作用 209
9.6.3 “安培”的定义 210
9.7 物质的磁性 211
9.7.1 磁介质 211
9.7.2 非铁磁质的磁化 211
9.7.3 磁场强度磁介质中的安培环路定理 212
9.7.4 铁磁质 213
第10章 电磁感应 225
10.1 电磁感应定律 225
10.1.1 电磁感应现象 225
10.1.2 楞次定律 226
10.1.3 法拉第电磁感应定律 227
10.2 动生电动势和感生电动势 228
10.2.1 动生电动势 228
10.2.2 感生电动势 感生电场 229
10.3 电感 磁场的能量 231
10.3.1 自感 231
10.3.2 互感 232
10.3.3 磁场的能量 233
10.4 电磁场与电磁波 235
10.4.1 位移电流 235
10.4.2 麦克斯韦方程组 236
10.4.3 电磁波 237
第11章 振动与波动 246
11.1 简谐振动 246
11.1.1 简谐振动的定量描述 246
11.1.2 简谐振动的旋转矢量表示 248
11.1.3 简谐振动的能量 250
11.2 阻尼振动和受迫振动 251
11.2.1 阻尼振动 251
11.2.2 受迫振动 共振 252
11.3 简谐振动的合成 253
11.3.1 同方向同频率的简谐振动的合成 253
11.3.2 同方向、不同频率的简谐振动的合成 255
11.3.3 相互垂直的同频率简谐振动的合成 256
11.3.4 相互垂直的不同频率的简谐振动的合成 257
11.4 波的产生与传播 257
11.4.1 机械波的产生 258
11.4.2 横波与纵波 258
11.4.3 波的几何描述 258
11.4.4 描述波动的物理量 259
11.5 平面简谐波的波动方程 260
11.5.1 波动方程的推导 260
11.5.2 波动方程的物理意义 260
11.5.3 沿x轴负方向传播的波动方程 261
11.6 波的能量 263
11.6.1 波的能量特征 263
11.6.2 波的能量密度和能流密度 264
11.7 惠更斯原理 波的干涉 265
11.7.1 惠更斯原理 265
11.7.2 波的叠加原理 266
11.7.3 波的干涉现象 266
11.7.4 合振动加强和减弱的条件 267
第12章 波动光学 278
12.1 光的干涉 278
12.1.1 光的干涉现象和条件 278
12.1.2 光和光源 279
12.1.3 相干光的获得 279
12.2 分波阵面干涉 280
12.2.1 杨氏双缝干涉实验 280
12.2.2 菲涅耳双镜实验 282
12.2.3 洛埃镜实验 282
12.2.4 半波损失 283
12.3 分振幅干涉 283
12.3.1 光程 283
12.3.2 薄膜干涉 284
12.3.3 劈尖干涉 286
12.3.4 牛顿环 287
12.4光的衍射 289
12.4.1 光的衍射现象及其图样 289
12.4.2 衍射现象的分类 289
12.4.3 惠更斯—菲涅耳原理 290
12.5 夫琅禾费单缝衍射 290
12.5.1 实验装置与衍射图样 290
12.5.2 衍射图样的条纹间距 291
12.5.3 单缝衍射的光强度分布 292
12.6 光栅衍射 292
12.6.1 光栅的构造与衍射图样 292
12.6.2 光栅方程 293
12.6.3 光栅衍射的光强度分布 294
12.6.4 光栅衍射光谱 294
12.7 圆孔衍射 光学仪器的分辨率 295
12.7.1 夫琅禾费圆孔衍射 295
12.7.2 光学仪器的分辨率 296
12.8 光的偏振 旋光现象 297
12.8.1 自然光与偏振光 298
12.8.2 起偏振 布儒斯特定律 298
12.8.3 检偏振 马吕斯定律 300
12.8.4 旋光现象 301
第13章 狭义相对论 310
13.1 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换 310
13.1.1 经典相对性原理和伽利略变换的局限 310
13.1.2 狭义相对论的基本原理 311
13.1.3 洛仑兹变换式 312
13.2 狭义相对论的时空观 313
13.2.1 运动物体长度收缩 313
13.2.2 运动时钟延缓 314
13.2.3 同时性的相对性 315
13.3 相对论动力学基础 316
13.3.1 相对论中的质量、动量和力学基本方程 316
13.3.2 相对论中的动能 质能关系 317
13.3.3 相对论中能量和动量的关系 319
第14章 量子力学基础 326
14.1 热辐射 光的粒子性 326
14.1.1 热辐射的一般概念 326
14.1.2 基尔霍夫定律 328
14.1.3 绝对黑体的辐射规律 328
14.1.4 普朗克量子假设 329
14.1.5 光电效应 光的粒子性 330
14.2 德布罗意波 332
14.2.1 德布罗意假设 332
14.2.2 德布罗意波的实验验证 333
14.2.3 不确定关系 333
14.3 波函数与薛定谔方程 335
14.3.1 波函数及其统计解释 335
14.3.2 薛定谔方程 336
14.3.3 一维无限深势阱 336
14.4 氢原子的量子力学描述 电子自旋 339
14.4.1 氢原子的量子力学结论 339
14.4.2 氢原子的电子自旋 339
14.4.3 氢原子的四个量子数 340
第15章 现代科技的物理基础 345
15.1 GPS与北斗卫星定位导航系统 345
15.1.1 全球定位系统（GPS ） 345
15.1.2 北斗卫星定位导航系统 347
15.2 混沌 350
15.2.1 混沌现象对牛顿力学的挑战 350
15.2.2 非线性——产生混沌的根源 352
15.3 激光 356
15.3.1 激光的历史 356
15.3.2 激光原理 357
15.3.3 激光的特性和分类 359
15.3.4 激光的应用 360
15.4 量子计算机 361
15.4.1 量子计算机概述 362
15.4.2 量子计算机的原理与特性 362
15.4.3 量子计算机的研发历程与展望 365
附录1标量和矢量 368
附录2国际单位制 372
附录3常用物理量的值 374
部分习题答案 376