第一篇 力学 1
1 运动学 1
1.1 运动的描述 1
1.1.1 参考系 1
1.1.2 时间 3
1.1.3 长度，面积，体积 4
1.1.4 平移与转动 7
1.2 一维运动 8
1.2.1 速度 8
1.2.2 加速度 11
1.2.3 一维简单运动 12
1.3 多维运动 16
1.3.1 速度矢量 16
1.3.2 加速度矢量 18
1.3.3 下落与抛射运动 20
1.4 转动运动（转动） 22
1.4.1 角速度 22
1.4.2 角加速度 24
1.4.3 轨道速度 25
2 动力学 27
2.1 动力学基本定律 27
2.1.1 质量和动量 27
2.1.2 牛顿定律 29
2.2 静力学 34
2.2.1 力矢量 34
2.2.2 力矩 37
2.2.3 静力学平衡条件 39
2.2.4 重心 40
2.2.5 工程力学 42
2.2.6 机械 44
2.3 力 49
2.3.1 重力 49
2.3.2 弹力和扭力 50
2.3.3 摩擦力 51
2.4 功和能 55
2.4.1 功 55
2.4.2 能量 56
2.4.3 动能和加速过程中做的功 57
2.4.4 势能 58
2.4.5 摩擦功 60
2.5 功率 61
2.6 碰撞过程 62
2.6.1 质点间的弹性正碰撞（中心碰撞） 64
2.6.2 非弹性碰撞 65
2.6.3 斜碰撞（非中心碰撞） 66
2.7 火箭 67
2.7.1 推进力 67
2.7.2 火箭运动方程式 69
3 刚体的转动运动 71
3.1 惯性矩，角动量，力矩 71
3.1.1 力矩 71
3.1.2 转动惯量 72
3.1.3 角动量 77
3.2 功，能量，功率 81
3.2.1 动能 82
3.2.2 扭簧的势能 83
3.3 转动参考系中的惯性力 83
3.3.1 向心力和离心力 83
3.3.2 科里奥利力 85
3.4 陀螺仪理论 87
3.4.1 惯量张量 87
3.4.2 章动和进动 90
3.4.3 陀螺仪的应用 92
4 微机械 94
4.1 薄膜技术 94
4.2 曝光和蚀刻 95
4.3 应用 97
4.3.1 传感器 97
4.3.2 动作元件 98
4.3.3 技术应用 99
5 万有引力和相对论 100
5.1 引力场 100
5.1.1 万有引力定律 100
5.1.2 行星运动 101
5.1.3 行星系 103
5.2 狭义相对论 106
5.2.1 相对性原理 107
5.2.2 洛伦兹变换 109
5.2.3 相对论效应 113
5.2.4 相对论动力学 114
5.3 广义相对论与宇宙论 118
5.3.1 恒星和银河系 119
6 连续介质力学 122
6.1 弹性理论 122
6.1.1 应力 122
6.1.2 弹性形变 124
6.1.3 塑性形变 133
6.2 流体静力学 137
6.2.1 液体和气体 138
6.2.2 压强 138
6.2.3 浮力 146
6.2.4 内聚力，附着力，表面张力 150
6.3 流体动力学 152
6.3.1 流场 153
6.3.2 理想流体的基本方程 153
6.3.3 真实流动 162
6.3.4 湍流 167
6.3.5 相似定理 170
6.3.6 密度变化的流动 173
力学公式中使用的符号 174
7 力学表格 175
7.1 密度 175
7.2 弹性性质 183
7.3 动力学性质 187
第二篇 振动与波 198
8 振动 198
8.1 自由的无阻尼振动 200
8.1.1 弹簧振子 201
8.1.2 单摆（数学摆） 203
8.1.3 复摆（物理摆） 206
8.1.4 扭转振动 207
8.1.5 液体摆 208
8.1.6 振荡电路 209
8.2 阻尼振动 210
8.2.1 摩擦的类型 211
8.3 受迫振动 215
8.4 振动的叠加 217
8.4.1 频率相等的振动的叠加 217
8.4.2 频率不等的振动的叠加 217
8.4.3 不同方向并且频率不等的振动叠加 218
8.4.4 傅里叶分析，振动的分解 219
8.5 耦合振动 220
9 非线性动力学，混沌和分形 223
9.1 动力学系统与混沌 224
9.1.1 动力学系统 224
9.1.2 保守系统 229
9.1.3 耗散系统 231
9.2 分岔 234
9.2.1 逻辑映射 234
9.2.2 普适性 237
9.3 分形 237
10 波 239
10.1 波的基本特征 239
10.2 偏振 245
10.3 干涉 245
10.3.1 相干性 246
10.3.2 干涉 246
10.3.3 驻波 248
10.3.4 频率不等的波 251
10.4 多普勒效应 252
10.4.1 马赫波和马赫激波 254
10.5 折射 255
10.6 反射 255
10.6.1 相位关系 256
10.7 色散 256
10.8 衍射 257
10.8.1 狭缝上的衍射 257
10.8.2 光栅上的衍射 259
10.9 调制 260
10.9.1 振幅调制 260
10.9.2 频率调制 261
10.10 表面波和重力波 261
11 声学 263
11.1 声波 263
11.1.1 声速 263
11.1.2 声的参数 265
11.1.3 相对量 269
11.2 声源和声的接收 271
11.2.1 机械声源 271
11.2.2 电声变换器 273
11.2.3 声的吸收 277
11.2.4 声的衰减 279
11.2.5 流的噪声 280
11.3 超声 280
11.4 生理声学和听觉 281
11.4.1 声音的感觉 282
11.4.2 声级的估算 283
11.5 音乐声学 284
12 光学 287
12.1 几何光学 288
12.1.1 光学成像——基本概念 290
12.1.2 反射 292
12.1.3 折射 297
12.2 透镜 302
12.2.1 厚透镜 303
12.3 透镜系统 307
12.3.1 带有光阑的透镜 308
12.3.2 像的缺陷 309
12.4 光学仪器 310
12.4.1 针孔照相机 310
12.4.2 照相机 311
12.4.3 眼睛 311
12.4.4 眼的视力缺陷和矫正 313
12.4.5 放大镜 313
12.4.6 显微镜 314
12.4.7 望远镜 315
12.5 波动光学 316
12.5.1 散射 316
12.5.2 衍射及分辨率的极限 317
12.5.3 波动图像中的折射 317
12.5.4 干涉 318
12.5.5 色散 318
12.5.6 光的偏振 322
12.6 光度学 323
12.6.1 光度学量 323
12.6.2 光工程学量 329
振动与波公式中使用的符号 332
13 声学与光学性质表 334
13.1 声学表 334
13.2 光学表 339
第三篇 电学 341
14 电荷与电流 341
14.1 电荷 341
14.1.1 库仑定律 343
14.2 电荷密度 344
14.2.1 电荷体密度 344
14.2.2 电荷面密度 345
14.2.3 电荷线密度 345
14.2.4 平均电荷密度 346
14.3 电流 346
14.3.1 安培定律 348
14.4 电流密度 348
14.4.1 电流场 350
14.5 电阻与电导 351
14.5.1 电阻 351
14.5.2 电导 352
14.5.3 电阻率与电导率 352
14.5.4 电荷载体的迁移率 353
14.5.5 电阻与温度的关系 354
14.5.6 可变电阻器 356
14.5.7 电阻的连接 356
15 电场和磁场 358
15.1 电场 358
15.1.1 均匀电场 359
15.2 静电感应 359
15.2.1 电场线 360
15.2.2 点电荷的电场 361
15.3 力 362
15.4 电压 363
15.4.1 电容器极板间的电压 364
15.5 电势 364
15.5.1 等势面 365
15.5.2 某些电荷分布的电场和电势 365
15.5.3 电通量 368
15.5.4 真空中的电位移 369
15.6 电极化 371
15.6.1 电介质 372
15.7 电容 373
15.7.1 平行板电容器 373
15.7.2 电容器的并联 374
15.7.3 电容器的串联 374
15.7.4 某些简单形状导体的电容 375
15.8 电场的能量及能量密度 376
15.9 交界面上的电场 377
15.10 磁场 378
15.11 磁性 379
15.12 磁通量密度（磁感应强度） 379
15.12.1 磁场线 380
15.13 洛伦兹力 380
15.14 磁通量 381
15.15 磁场强度 383
15.16 磁势差和磁路 384
15.16.1 安培定理 386
15.16.2 毕奥-萨伐尔定律 387
15.16.3 直线导体的磁场 388
15.16.4 各种电流分布的磁场 388
15.17 磁场中的物体 389
15.17.1 抗磁性 391
15.17.2 顺磁性 391
15.17.3 铁磁性 391
15.17.4 反铁磁性 392
15.17.5 铁氧体磁性 393
15.18 交界面上的磁场 393
15.19 感应 394
15.19.1 运动感应 394
15.19.2 变压器感应 396
15.20 自感 397
15.20.1 电感的串联 397
15.20.2 电感的并联 398
15.20.3 某些简单形状导体的电感 398
15.20.4 磁导 400
15.21 互感 400
15.21.1 变压器 401
15.22 磁场的能量和能量密度 403
15.23 麦克斯韦方程 405
15.23.1 位移电流 406
15.23.2 电磁波 407
15.23.3 坡印亭矢量 407
16 在电机工程中的应用 409
16.1 直流电路 410
16.1.1 直流电路的基尔霍夫定律 411
16.1.2 直流电路中的电阻器 411
16.1.3 实际电压源 413
16.1.4 直流电路中的功率和能量 415
16.1.5 功率转移匹配 416
16.1.6 电流和电压的测量 417
16.1.7 补偿法测定电阻 418
16.1.8 电容器的充电和放电 419
16.1.9 RL电路中电流的接通与断开 420
16.2 交流电路 422
16.2.1 交变量 422
16.2.2 正弦型量在复数矢量图中的表示 425
16.2.3 复数矢量的运算法则 427
16.2.4 交流电工程的基本概念 430
16.2.5 交流电路中的基本元件 437
16.2.6 电阻和电容的串联 441
16.2.7 电阻和电容的并联 442
16.2.8 电阻和电感的并联 443
16.2.9 电阻和电感的串联 444
16.2.10 串联共振电路 445
16.2.11 并联共振电路 447
16.2.12 串联和并联的等效性 449
16.2.13 无线电波 450
16.3 电机 452
16.3.1 基本工作原理 452
16.3.2 直流电机 453
16.3.3 三相电机 455
17 液体、气体和真空中的电流 459
17.1 电解 459
17.1.1 物质的量 459
17.1.2 离子 459
17.1.3 电极 460
17.1.4 电解质 460
17.1.5 伏打电池 464
17.1.6 电动力作用 466
17.2 气体中的电流 467
17.2.1 受激放电 467
17.3 电子发射 471
17.3.1 热发射 472
17.3.2 光致发射 472
17.3.3 场致发射 473
17.3.4 二次电子发射 473
17.4 电子管 474
17.4.1 二极管 475
17.4.2 三极管 475
17.4.3 四极管 477
17.4.4 阴极射线 478
17.4.5 沟道射线 478
18 等离子体物理 479
18.1 等离子体的性质 479
18.1.1 等离子体参数 479
18.1.2 等离子体辐射 486
18.1.3 磁场中的等离子体 486
18.1.4 等离子体波 489
18.2 等离子体的产生 492
18.2.1 等离子体的加热生成 492
18.2.2 用压缩法生成等离子体 492
18.3 应用等离子体进行能量生产 494
18.3.1 磁流体发电机 494
18.3.2 核聚变反应 495
18.3.3 惯性约束的核聚变 498
电学与等离子体物理公式中使用的符号 499
19 电学有关表格 501
19.1 金属与合金 501
19.1.1 电阻率 501
19.1.2 电化学势系列 505
19.2 电介质 507
19.3 电工技术常用表 514
19.4 磁性质 516
19.5 铁磁体性质 518
19.5.1 磁的各向异性 520
19.6 铁淦氧 522
19.7 反铁磁体 523
19.8 离子迁移率 524
第四篇 热力学 525
20 平衡和状态变量 525
20.1 系统，相和平衡 525
20.1.1 系统 525
20.1.2 相 527
20.1.3 平衡 527
20.2 热力学状态变量 529
20.2.1 基本概念 529
20.2.2 温度 532
20.2.3 压强 537
20.2.4 粒子数、物质量和阿伏伽德罗常量 540
20.2.5 熵 543
20.3 热力学势 544
20.3.1 最大熵原理-最小能量原理 544
20.3.2 作为势的内能 545
20.3.3 作为热力学势的熵 546
20.3.4 自由能 547
20.3.5 焓 548
20.3.6 自由焓 551
20.3.7 麦克斯韦关系 552
20.3.8 热力学稳定性 553
20.4 理想气体 554
20.4.1 玻意耳定律 554
20.4.2 盖吕萨克定律 555
20.4.3 状态方程式 556
20.5 理想气体动理学理论 557
20.5.1 压强和温度 557
20.5.2 麦克斯韦-玻尔兹曼分布 559
20.5.3 自由度 560
20.5.4 均分定律 561
20.5.5 输运过程 562
20.6 状态方程 564
20.6.1 理想气体的状态方程 564
20.6.2 实际气体的状态方程 569
20.6.3 液体和固体的状态方程 575
21 热，能量转换和状态变化 579
21.1 能量形式 579
21.1.1 能量单位 579
21.1.2 功 580
21.1.3 化学势 581
21.1.4 热 582
21.2 能量转换 583
21.2.1 等值能量向热能的转换 584
21.2.2 热能向其他形式能量的转换 587
21.2.3 可转换能与不可转换能 588
21.3 热容 589
21.3.1 总热容 589
21.3.2 摩尔热容 590
21.4 比热容 592
21.5 状态变化 596
21.5.1 可逆和不可逆过程 596
21.5.2 等温过程 597
21.5.3 等压过程 599
21.5.4 等容过程（等体积过程） 600
21.5.5 绝热（等熵）过程 601
21.5.6 多方过程 602
21.5.7 平衡态 604
21.6 热力学定律 604
21.6.1 热力学第零定律 605
21.6.2 热力学第一定律 605
21.6.3 热力学第二定律 608
21.6.4 热力学第三定律 609
21.7 卡诺循环 609
21.7.1 热温熵 613
21.8 热力学机械 614
21.8.1 右手和左手过程 614
21.8.2 热泵和致冷机 615
21.8.3 斯特林循环 616
21.8.4 蒸汽机 617
21.8.5 开放系统 619
21.8.6 奥托和狄塞尔（Diesel）引擎 619
21.8.7 燃汽轮机 621
21.9 气体液化 622
21.9.1 低温的产生 622
21.9.2 焦耳-汤姆孙效应 623
22 相变，反应和热平衡 626
22.1 相和聚集态 626
22.1.1 相 626
22.1.2 聚集态 626
22.1.3 聚集态的转变 627
22.1.4 蒸气 628
22.2 相变的分类 630
22.2.1 一级相变 630
22.2.2 二级相变 631
22.2.3 λ相变 632
22.2.4 相共存区 632
22.2.5 临界指数 633
22.3 相变与范德瓦耳斯气体 634
22.3.1 相平衡 634
22.3.2 麦克斯韦等面积法则 634
22.3.3 延迟沸腾和延迟凝结 637
22.3.4 对应态定理 637
22.4 相变的例子 638
22.4.1 磁的相变 638
22.4.2 有序-无序相变 639
22.4.3 晶体结构的变化 639
22.4.4 液晶 641
22.4.5 超导性 641
22.4.6 超流动性 642
22.5 多成分气体 642
22.5.1 分压强和道尔顿定律 643
22.5.2 欧拉方程和吉布斯-杜汉姆（Gibbs-Duhem）关系 644
22.6 多相系统 645
22.6.1 相平衡 645
22.6.2 吉布斯相法则 646
22.6.3 克劳修斯-克拉珀龙方程 647
22.7 溶液的蒸气压 648
22.7.1 拉乌尔定律 648
22.7.2 沸点的升高与凝固点的下降 648
22.7.3 亨利-道尔顿定律 650
22.7.4 蒸汽-空气混合物（湿空气） 650
22.8 化学反应 655
22.8.1 化学计量学 655
22.8.2 化学反应的相律 657
22.8.3 质量作用定律 657
22.8.4 pH和可溶性产物 659
22.9 温度的平衡 661
22.9.1 两系统的混合温度 661
22.9.2 过程的可逆和不可逆导向 662
22.10 热传递 663
22.10.1 热流量 663
22.10.2 热传递 664
22.10.3 热传导 666
22.10.4 热阻 671
22.10.5 热传输 673
22.10.6 热辐射 678
22.10.7 辐射的沉积 678
22.11 热与质量的传输 680
22.11.1 傅里叶定律 680
22.11.2 连续性方程 681
22.11.3 热传导方程 682
22.11.4 斐克定律和扩散方程 683
22.11.5 热传导方程和扩散方程的解 684
热力学公式中使用的符号 685
23 热力学表 687
23.1 各种特征温度 687
23.2 真实气体的特征参数 697
23.3 材料的热性质 699
23.4 热的传输 706
23.5 实用修正数据 707
23.6 液体低温浴槽 712
23.7 脱水剂 713
23.8 蒸气压 713
23.9 比焓 716
23.10 气体的扩散 719
23.11 液体中的扩散 721
23.12 固体的扩散 722
第五篇 量子物理 734
24 光子——电磁辐射和光量子 734
24.1 热辐射，普朗克辐射定律 734
24.2 光电效应 736
24.3 康普顿效应 738
25 物质波——粒子的波动力学 740
25.1 物质粒子的波特性 740
25.2 海森伯不确定度关系 741
25.3 薛定谔方程 742
25.3.1 谐振子 745
25.3.2 泡利原理 746
26 原子和分子物理 747
26.1 氢原子 747
26.1.1 玻尔假设 748
26.2 量子数 749
26.3 光谱学和光谱 750
26.4 多电子系统 756
26.5 在外场中的原子和电子 759
26.6 元素周期表 762
26.7 光子、原子、分子的相互作用 764
26.7.1 自发和受激发射 764
26.7.2 分子光谱 766
26.8 X射线 768
26.8.1 X射线的应用 769
27 基本粒子物理——标准模型 771
27.1 相互作用的统一 771
27.1.1 标准模型 771
27.1.2 场量子或规范玻色子 774
27.1.3 费米子和玻色子 776
27.2 轻子，夸克，矢量玻色子 777
27.2.1 轻子 777
27.2.2 夸克 778
27.2.3 强子 780
27.2.4 加速器和探测器 786
27.3 对称性和守恒定律 788
27.3.1 宇称守恒和弱相互作用 788
27.3.2 荷守恒和对产生 789
27.3.3 荷共轭和反粒子 790
27.3.4 时间反演不变性和逆反应 791
27.3.5 守恒定律和物理原因 791
27.3.6 超出标准模型 792
28 核物理 794
28.1 原子核的组成 794
28.1.1 核半径和结合能 796
28.1.2 核反应和Q值 799
28.1.3 核模型和基态 800
28.1.4 壳模型 801
28.1.5 集体模型 802
28.2 守恒律和核反应 802
28.2.1 反应道 803
28.2.2 动量守恒和反应运动学 804
28.2.3 角动量守恒 805
28.2.4 散射过程和截面 806
28.2.5 复合核反应 808
28.2.6 直接反应 810
28.2.7 在库仑势垒处的重离子反应 810
28.2.8 核裂变 812
28.3 放射性衰变 815
28.3.1 衰变律 815
28.3.2 α衰变 818
28.3.3 集团衰变模型 820
28.3.4 β衰变 820
28.3.5 γ衰变 822
28.4 核反应堆 823
28.4.1 反应堆的类型 824
28.5 核聚变 826
28.6 辐射与物质的相互作用 828
28.6.1 电离化粒子 828
28.6.2 γ辐射 830
28.7 剂量学 832
28.7.1 剂量测量的方法 836
28.7.2 环境放射性 838
29 固体物理 841
29.1 固体结构 841
29.1.1 晶体结构 842
29.1.2 布拉维格子 844
29.1.3 结构分析方法 848
29.1.4 晶体的键合 851
29.2 晶体缺陷 855
29.2.1 点缺陷 855
29.2.2 一维缺陷 856
29.2.3 非晶体固体 858
29.3 材料的力学性质 859
29.3.1 高分子固体 860
29.3.2 复合材料 863
29.33 合金 864
29.3.4 液晶 866
29.4 声子与晶格振动 868
29.4.1 弹性波 868
29.4.2 声子的测量方法 869
29.4.3 声子与比热容 872
29.4.4 晶体的爱因斯坦模型 873
29.4.5 德拜模型 874
29.4.6 热传导 876
29.5 固体中的电子 877
29.5.1 自由电子气 878
29.5.2 能带模型 884
29.6 半导体 889
29.6.1 非本征传导 892
29.6.2 二极管 896
29.6.3 三极管 905
29.6.4 单极（场效应）晶体管 913
29.6.5 晶闸管 916
29.6.6 集成电路（IC） 919
29.6.7 运算放大器 922
29.7 超导性 929
29.7.1 超导的基本性质 929
29.7.2 高温超导体 934
29.8 磁性质 936
29.8.1 铁磁性 938
29.8.2 反铁磁性和铁氧体磁性 941
29.9 介电性质 942
29.9.1 介电体 942
29.9.2 铁电体 947
29.10 晶体的光学性质 949
29.10.1 光致导电性 951
29.10.2 发光 952
29.10.3 光电子特性 953
量子物理公式中使用的符号 956
30 量子物理篇附表 959
30.1 电离势 959
30.2 元素的原子和离子的半径 970
30.3 电子发射 973
30.4 X射线 978
30.5 核反应 979
30.6 辐射与物质的相互作用 980
30.7 霍尔效应 981
30.8 超导体 982
30.9 半导体 984
第六篇 附录 986
31 测量和测量误差 986
31.1 测量的描述 986
31.1.1 量和国际单位制（SI） 986
31.2 误差理论和统计学 989
31.2.1 误差的种类 989
31.2.2 系列测量的平均值 991
31.2.3 离散 993
31.2.4 频率分布 994
31.2.5 可靠性 996
31.3 矢量运算 998
31.3.1 矢量 998
31.3.2 矢量的相加和相减 999
31.3.3 矢量相乘 1000
32 国际单位制（SI）表格 1003
SI单位制物理常数 1011
索引 1013
元素周期表 1041