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 13
第2章 牛顿运动定律 17
2.1 牛顿运动定律 17
2.1.1 基本概念 17
2.1.2 牛顿运动定律 18
2.2 几种常见的力和基本的自然力 21
2.2.1 几种常见的力 21
2.2.2 基本的自然力 23
2.3 牛顿运动定律的应用 26
习题 28
第3章 动量守恒 31
3.1 冲量与动量定理 31
3.1.1 冲量 31
3.1.2 质点的动量定理 31
3.1.3 质点系的动量定理 34
3.2 动量守恒定律 35
习题 39
第4章 功和能 42
4.1 功 保守力的功 42
4.1.1 功 42
4.1.2 示功图 44
4.1.3 功率 45
4.1.4 保守力的功 46
4.2 动能定理 48
4.2.1 质点的动能定理 48
4.2.2 质点的动能定理应用举例 49
4.3 质点系的势能 50
4.3.1 保守力场 50
4.3.2 势能 50
4.4 机械能守恒定律 能量守恒定律 52
4.4.1 机械能守恒定律 52
4.4.2 功能原理 52
4.4.3 能量守恒定律 53
4.4.4 应用举例 56
4.5 对称性与守恒定律 57
4.6 理想流体的流动 59
4.6.1 稳定流动 60
4.6.2 流线与流管 60
4.6.3 理想流体的连续性方程 61
4.6.4 伯努利方程 61
4.6.5 伯努利方程的应用 63
思考题 65
习题 65
第5章 刚体力学 70
5.1 质点的角动量 质点的角动量守恒 70
5.1.1 质点的角动量 70
5.1.2 质点的角动量定理 70
5.1.3 质点角动量守恒定律 71
5.2 刚体的基本运动 73
5.2.1 刚体 73
5.2.2 刚体的平动 73
5.2.3 刚体的定轴转动 73
5.3 刚体的定轴转动 74
5.3.1 基本角量 74
5.3.2 力矩 75
5.3.3 转动定理 76
5.3.4 刚体的转动惯量的计算 77
5.3.5 转动定理的应用 79
5.4 刚体定轴转动的功和能 80
5.4.1 力矩的功 80
5.4.2 刚体定轴转动的动能 81
5.4.3 动能定理 81
5.5 刚体定轴转动的角动量 82
5.5.1 刚体定轴转动的角动量 82
5.5.2 刚体定轴转动的角动量定理 82
5.5.3 刚体定轴转动的角动量守恒定律 82
思考题 85
习题 85
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 97
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 98
6.3 电通量 高斯定理 103
6.3.1 电场线 103
6.3.2 电场强度通量 104
6.3.3 高斯定理 105
6.3.4 高斯定理的应用 106
6.4 静电场的环路定理 108
6.4.1 静电场力的功 108
6.4.2 静电场的环路定理 109
6.5 电势 109
6.5.1 电势能 109
6.5.2 电势的定义 110
6.5.3 电势差 110
6.5.4 电势叠加原理 111
6.5.5 求解静电场中电势的几种方法 111
6.5.6 等势面 115
6.5.7 电势与电场强度的微分关系 116
思考题 117
习题 117
第7章 静电场中的导体和电介质 123
7.1 静电场中的导体 123
7.1.1 静电感应现象 123
7.1.2 导体静电平衡条件 124
7.1.3 导体存在时静电场的分析与计算 126
7.2 电容 电容器 130
7.2.1 孤立导体的电容 130
7.2.2 电容器 130
7.2.3 电容器储存的静电场的能量 133
7.2.4 静电场的能量 能量密度 133
7.3 静电场中的电介质 电介质的极化 135
7.3.1 电介质及其分类 135
7.3.2 电介质的极化 136
7.3.3 电介质对电场的影响 137
7.3.4 几种电介质的相对介电常量 138
7.3.5 电介质的击穿 138
7.4 电介质中的高斯定理 电位移矢量 138
习题 141
第8章 稳恒磁场 144
8.1 电流 144
8.1.1 电流和电流密度 144
8.1.2 恒定电流的重要性质 145
8.2 磁场 磁感应强度 145
8.2.1 磁力与电荷的运动 146
8.2.2 磁感应强度 146
8.3 毕奥-萨伐尔定律及应用 148
8.3.1 电流元 148
8.3.2 毕奥-萨伐尔（实验）定律 148
8.3.3 磁感应强度叠加原理 148
8.4 磁场的高斯定理和安培环路定理 152
8.4.1 磁通量 152
8.4.2 磁场的高斯定理 154
8.4.3 安培环路定理 154
8.5 磁场对电流的作用 157
8.5.1 安培定律 158
8.5.2 安培公式的应用 158
8.5.3 磁场对载流平面线圈的作用 160
8.5.4 磁场力的功 160
8.5.5 霍耳效应 162
8.6 带电粒子在磁场中的运动 163
8.6.1 洛仑兹力 163
8.6.2 带电粒子在均匀磁场中的运动 163
8.6.3 应用举例 163
8.7 磁介质中的磁场 164
8.7.1 磁介质及磁介质的磁化 164
8.7.2 磁介质的磁导率 165
8.7.3 磁场强度 磁介质中的安培环路定理 165
8.7.4 安培环路定理的应用 166
8.7.5 铁磁质 167
思考题 169
习题 169
第9章 变化的电磁场 174
9.1 电磁感应的基本规律 174
9.1.1 电磁感应现象 174
9.1.2 法拉第电磁感应定律 175
9.1.3 楞次定律 175
9.2 动生电动势 177
9.2.1 概念和机制 177
9.2.2 能量转换 179
9.2.3 动生电动势的计算 179
9.3 感生电动势 182
9.3.1 电磁感应定律的普遍形式 182
9.3.2 感生电动势的计算 183
9.3.3 感生电场的应用 184
9.4 自感和互感 185
9.4.1 自感 185
9.4.2 自感系数和自感电动势的计算 185
9.4.3 互感现象、互感系数和互感电动势 187
9.4.4 互感系数和互感电动势计算 188
9.5 磁场的能量 190
9.5.1 自感中的能量转换 190
9.5.2 磁场的能量密度 190
9.5.3 磁能的计算 191
9.6 麦克斯韦电磁场理论简介 192
9.6.1 位移电流 192
9.6.2 麦克斯韦方程组 195
思考题 196
习题 197
第三篇 热学 203
第10章 统计物理学基础 203
10.1 分子运动的基本概念 204
10.1.1 分子的密度和线度 204
10.1.2 分子力 205
10.1.3 分子热运动的无序性及统计规律 205
10.2 平衡态 理想气体状态方程 206
10.2.1 平衡态和状态参数 207
10.2.2 准静态过程 207
10.2.3 理想气体状态方程 208
10.3 理想气体的压强公式 温度公式 210
10.3.1 理想气体的微观模型 210
10.3.2 理想气体的压强公式 211
10.3.3 理想气体的温度公式 212
10.4 能量按自由度均分定理 理想气体的内能 213
10.4.1 自由度 213
10.4.2 能量按自由度均分定理 214
10.4.3 理想气体的内能 215
10.5 麦克斯韦速率分布定律 216
10.5.1 测定气体分子速率的实验 216
10.5.2 麦克斯韦气体分子速率分布律 217
10.5.3 三种统计速率 218
10.6 玻耳兹曼能量分布定律及验证 220
10.6.1 玻耳兹曼能量分布定律 220
10.6.2 重力场中粒子按高度分布 221
10.6.3 重力场中的压强公式 221
10.7 气体分子平均自由程 222
思考题 224
习题 224
第11章 热力学基础 227
11.1 热力学第一定律 227
11.1.1 内能 功 热量 227
11.1.2 热力学第一定律 228
11.2 热力学第一定律的应用 229
11.2.1 等体过程 气体的摩尔定容热容 229
11.2.2 等压过程 气体的摩尔定压热容 230
11.2.3 等温过程 231
11.2.4 比热容比 232
11.3 绝热过程 232
11.3.1 理想气体绝热过程方程 233
11.3.2 绝热线与等温线 234
11.3.3 理想气体重要公式表 234
11.4 循环过程 卡诺循环 235
11.4.1 正循环和热机效率 235
11.4.2 逆循环和制冷系数 236
11.4.3 卡诺循环 236
11.4.4 卡诺制冷机 237
11.5 热力学第二定律 238
11.5.1 可逆过程和不可逆过程 238
11.5.2 热力学第二定律的两种表述 239
11.5.3 卡诺定理 241
11.6 热学新进展——熵 241
11.6.1 熵的概念 241
11.6.2 热力学第二定律的数学表达式 242
11.6.3 熵与混乱度 243
11.6.4 熵增加原理 243
思考题 244
习题 244
第四篇 振动、波动与波动光学 251
第12章 机械振动 251
12.1 简谐振动的描述 251
12.1.1 简谐振动的动力学方程 251
12.1.2 简谐振动的运动学方程 251
12.1.3 简谐振动的几个特征量 252
12.1.4 振幅和初相的确定 253
12.2 简谐振动的旋转矢量描述 255
12.3 简谐振动的能量 258
12.4 阻尼振动和受迫振动 共振 260
12.4.1 阻尼振动的数学描述 260
12.4.2 受迫振动 共振 261
12.5 简谐振动的合成 263
12.5.1 同方向、同频率简谐振动的合成 263
12.5.2 同方向、不同频率的简谐振动的合成 拍 265
12.5.3 垂直方向、同频率的谐振的合成 266
思考题 268
习题 268
第13章 机械波基础 271
13.1 机械波的形成与传播 简谐波的特征 271
13.2 平面简谐波的波动方程 273
13.2.1 平面简谐波的波动方程 273
13.2.2 简谐波的特征量 274
13.3 波的能量和能流 276
13.3.1 波的能量 276
13.3.2 波的能流 277
13.4 惠更斯原理 278
13.5 波的叠加原理 波的干涉 280
13.5.1 波的叠加原理 281
13.5.2 波的干涉 281
13.6 驻波 半波损失 283
13.7 声波 多普勒效应 287
13.7.1 声波 287
13.7.2 多普勒效应 288
思考题 292
习题 292
第14章 波动光学 296
14.1 光的电磁理论 296
14.1.1 电磁振荡 296
14.1.2 电磁波的概念 297
14.1.3 电磁波的性质 297
14.2 相干光波的叠加 299
14.2.1 相干光源 299
14.2.2 光波的叠加 300
14.3 杨氏双缝实验 劳埃德镜 301
14.3.1 杨氏双缝实验（分波阵面法） 301
14.3.2 劳埃德镜 304
14.4 薄膜干涉 305
14.4.1 等倾干涉 305
14.4.2 等厚干涉 307
14.5 迈克尔逊干涉 310
14.6 惠更斯-菲涅耳原理 单缝夫琅禾费衍射 312
14.6.1 光的衍射 312
14.6.2 惠更斯-菲涅耳原理 312
14.6.3 菲涅耳衍射 313
14.6.4 单缝夫琅禾费衍射 313
14.6.5 圆孔衍射 315
14.6.6 光学仪器分辨率 316
14.7 衍射光栅和光栅光谱 317
14.7.1 衍射光栅 318
14.7.2 光栅方程 318
14.7.3 光栅谱线的缺级现象 319
14.7.4 光谱分析方法 320
14.7.5 X射线的衍射 320
14.8 光的偏振性 322
14.8.1 自然光 偏振光 322
14.8.2 起偏和检偏 323
14.8.3 马吕斯定律（偏振光的透射） 324
14.8.4 布儒特斯定律（偏振光的反射和折射） 325
14.8.5 双折射现象 327
14.8.6 椭圆偏振光和圆偏振光 328
思考题 330
习题 330
第五篇 近代物理 339
第15章 狭义相对论力学基础 339
15.1 力学相对性原理 339
15.1.1 力学相对性原理中的相对性和不变性 339
15.1.2 伽利略相对性原理 340
15.1.3 伽利略相对性原理的数学描述——伽利略变换 340
15.1.4 伽利略相对性原理的时空观 341
15.1.5 伽利略相对性原理力学规律的数学表达 341
15.2 狭义相对论基本原理 341
15.2.1 爱因斯坦相对论的理论基础 342
15.2.2 洛仑兹变换 343
15.3 爱因斯坦狭义相对论时空观——长度缩短、时间膨胀 346
15.3.1 同时的相对性 347
15.3.2 物体在运动方向上长度缩短——长度的相对性 348
15.3.3 物体在运动方向上时间膨胀（时钟变慢，时间延缓） 349
15.3.4 爱因斯坦狭义相对论时空观的实验证明 349
15.4 爱因斯坦狭义相对论质点动力学 350
15.4.1 相对论质量 351
15.4.2 相对论质量与能量的关系 352
15.4.3 相对论动量和能量关系式 353
15.4.4 应用举例 354
15.5 爱因斯坦广义相对论——宇宙空间是弯曲的？ 355
15.5.1 爱因斯坦广义相对论的基本理论 355
15.5.2 广义相对论的检验 357
习题 359
第16章 量子力学基础 361
16.1 黑体辐射 普朗克的能量子假说 361
16.1.1 黑体辐射 361
16.1.2 黑体辐射的基本规律 363
16.1.3 经典物理学的困难 364
16.1.4 普朗克量子假设 365
16.2 光电效应 爱因斯坦的光子假说 366
16.2.1 光电效应及经典物理面临的困境 366
16.2.2 光子 爱因斯坦方程 367
16.2.3 光的波粒二象性 368
16.2.4 光电效应在现代科技中的应用 369
16.3 康普顿效应 370
16.3.1 康普顿效应 370
16.3.2 光子理论解释 371
16.4 原子结构的玻尔理论 373
16.4.1 氢原子光谱的规律性 374
16.4.2 玻尔的量子论 375
16.4.3 玻尔量子理论的作用及其困难 377
16.5 粒子的波动性 378
16.5.1 德布罗意假设 粒子的波动性 378
16.5.2 实验验证 电子衍射 379
16.5.3 不确定关系 380
16.6 波函数 薛定谔方程 382
16.6.1 波函数 382
16.6.2 薛定谔方程 384
16.7 一维势阱和势垒 385
16.7.1 一维无限深势阱 385
16.7.2 一维势垒——隧道效应 387
16.7.3 扫描隧道显微镜（STM） 389
16.7.4 纳米技术 389
思考题 391
习题 392
附录一 国际单位制（SI） 396
附录二 常用基本物理常数表 398
附录三 习题参考答案 399
参考文献 416