绪论 1
0-1 物理学研究的对象 1
一、什么是物理学 1
二、物理学的划分 2
0-2 物理量的测量和单位制 3
0-3 物理世界的层次和数量级 3
第一篇 力学与相对论 7
第1章 质点运动学 7
1-1 质点运动的描述 7
一、质点坐标系和参考系 7
二、质点运动的矢量描述 8
三、常用的几种坐标 11
四、运动学的基本问题 14
五、运动的合成和分解 15
1-2 相对运动 17
一、相互作平动的两个参考系 17
二、相互作转动的两个参考系 18
习题 19
第2章 质点动力学 23
2-1 牛顿运动定律 24
一、牛顿定律的表述、相互关系及适用范围 24
二、研究物理量的基本方法 24
2-2 牛顿定律的应用 27
一、惯性质量、动量与惯性力 27
二、伽利略变换和伽利略相对性原理 30
三、力对时间的积累——力的冲量和动量定理 30
四、力对空间的积累——力的功和动能定理 32
五、保守力与势能关系、机械能守恒定律及势能曲线 35
2-3 对称性和守恒律的应用 38
一、碰撞问题 38
二、各种碰撞举例 40
三、哈密顿原理、对称性和稳定性 42
2-4 综合训练 45
习题 47
第3章 刚体力学 53
3-1 刚体模型 53
一、刚体的受力特征 53
二、刚体的运动特征 54
三、刚体的质心 54
四、刚体绕定轴转动 55
五、转动惯量及计算 56
3-2 角运动与线运动的对称性 58
一、刚体的功和能 58
二、角动量守恒 60
三、刚体的平面平行运动 61
四、回转仪 62
习题 65
第4章 振动和波 67
4-1 简谐振动 67
一、简谐振动的定义 68
二、简谐振动的描述方法 68
三、简谐振动的合成 69
4-2 自由振动、阻尼振动和强迫振动 71
一、振动方程的求解 71
二、研究实例 73
4-3 机械波的基本概念、简谐波 75
一、沿直线传播的简谐波 76
二、平面和球面简谐波 76
4-4 简谐波的波动方程 77
一、运动学方法 77
二、动力学方法 77
三、冲击波 78
4-5 叠加原理和驻波 80
一、叠加原理 80
二、驻波 81
习题 84
第5章 相对论 89
5-1 狭义相对论的基本假设 90
一、相对性原理 90
二、光速不变原理 91
5-2 时空观与时空几何 92
一、牛顿的时空观 92
二、狭义相对论的时空观 93
三、世界图和世界线 95
5-3 相对论效应 96
一、闵可夫斯基时空中的校准双曲线 97
二、同时性的相对性 98
三、时间延缓与长度收缩 98
四、速度变换 100
五、双生子佯谬 100
5-4 洛伦兹不变性与相对论力学 102
一、光速的作用 102
二、相对论力学 103
三、相对论的应用 105
四、洛伦兹变换下的不变性 105
5-5 广义相对论 106
一、黎曼几何 106
二、等效原理和广义相对性原理 107
三、弯曲时空中的瞬时惯性系 108
习题 108
第二篇 电磁学与量子论 113
第6章 静电场 113
6-1 矢量场 113
一、流量、通量与总场线根数 114
二、环量 114
6-2 高斯定理 115
一、电荷 115
二、库仑定律 116
三、叠加原理 117
四、电场强度及其叠加 117
五、电位移、E通量和高斯定理 119
6-3 电势 123
一、电场力的功和电势 123
二、电场强度与电势的关系 125
三、泊松方程和拉普拉斯方程 125
四、电场线和等势线 125
6-4 导体与电介质 127
一、静电场中的导体 127
二、电场中的电介质 129
三、电容和电容器 133
四、电场的能量 134
习题 136
第7章 电流与磁场 143
7-1 电流 143
一、电流与电流强度 143
二、电流密度 144
三、电流连续性方程 144
四、欧姆定律 145
五、电流的功、焦耳定律 146
7-2 电流的磁场 147
一、电流元和电流的磁矩 148
二、毕奥—萨伐尔定律 148
三、磁感应强度B 149
7-3 磁场及磁场力的计算 151
一、无限长载流直导线的磁场 151
二、环形电流中心轴线上的磁场 151
三、均匀磁场中载流导线所受的力 152
四、磁场对运动电荷的作用力 152
7-4 磁场强度、安培环路定律 154
一、安培环路定律 155
二、安培环路定律的应用 155
7-5 磁介质、介质中的磁场 156
一、磁介质 156
二、磁化强度矢量 158
三、磁感应强度、磁场强度、磁化强度之间的关系 158
四、铁磁质 159
习题 163
第8章 麦克斯韦方程组与电磁场 167
8-1 电磁感应 167
一、电磁感应定律 167
二、动生电动势和感生电动势 169
三、自感与互感 172
四、磁场的能量 173
8-2 麦克斯韦方程组 176
一、两个假设：涡旋电场和位移电流 176
二、麦克斯韦方程组 178
8-3 电磁波与电磁辐射 180
一、自由电磁波 180
二、电偶极子的辐射 180
三、电磁场的能量 181
四、电磁场的动量 182
习题 184
第9章 光的波动性 189
9-1 光波的叠加 189
一、惠更斯—菲涅耳原理 189
二、光程差法 190
三、半波带法 191
四、矢量法 192
五、积分法 194
9-2 光的偏振 197
一、偏振光与自然光 197
二、椭圆偏振光与旋光性 199
9-3 应用举例 201
一、光弹效应 201
二、电光效应 201
三、磁致旋光 203
习题 204
第10章 波函数与薛定谔方程 209
10-1 场与粒子的二象性 210
一、单光子干涉 210
二、光电效应 211
三、电子衍射 212
四、薛定谔猫 215
10-2 能量的定态和二能级原子模型 218
一、原子光谱及夫兰克—赫兹实验 218
二、原子定态与二能级模型 220
10-3 量子论的基本假设 223
一、波函数 223
二、薛定谔方程 227
三、力学量算符 228
四、全同粒子的不可区分原理 230
10-4 定态薛定谔方程 232
一、一维无限深势阱 232
二、一维方势阱 233
习题 234
第11章 原子与激光 237
11-1 氢原子的能级和能量本征函数 237
一、能量的本征方程、本征值和本征态 237
二、对应原理、态叠加原理及稳定性 241
11-2 简并性破除与量子激光 243
一、简并对称性的破除 243
二、量子激光 245
11-3 原子囚禁 247
习题 249
第12章 量子效应与物质结构 251
12-1 固体的能带 251
一、能隙与布里渊区 251
二、金属、半导体和绝缘体的能带结构 252
12-2 量子隧道效应 253
一、单电子隧道效应 254
二、双电子隧道效应 254
三、二极管隧道效应 255
12-3 量子干涉效应 257
一、COW相移 257
二、A-B效应 257
12-4 量子非定域性 259
12-5 物质结构、幻数及手征性 261
一、物质结构与幻数 261
二、物质结构的手征性 266
习题 268
第三篇 热物理学与非线性现象 273
第13章 宏观热物理学 273
13-1 温度与热力学第一定律 273
一、平衡态与热力学过程 273
二、热力学第零定律 274
三、热力学第一定律 275
13-2 热力学第二定律和熵增加原理 280
一、卡诺循环 280
二、热力学第二定律 281
三、熵增加原理 285
四、热力学第三定律 288
习题 289
第14章 微观热物理学 293
14-1 玻耳兹曼方程与等概率原理 293
一、相空间、宏观态和微观态 293
二、玻耳兹曼方程 295
14-2 麦克斯韦—玻耳兹曼分布函数 298
一、麦—玻分布 298
二、统计平均值 300
三、宏观量与微观量的统计平均值 302
14-3 各种统计分布 305
一、概率分布和统计平均法 305
二、各种统计分布 306
14-4 信息熵 308
一、信息与信息量 308
二、信息熵 309
三、信息熵与热熵 309
四、信息熵与统计熵 310
14-5 偏离平衡态 311
一、输运过程 311
二、开放系统与自组织现象 312
三、相变及其分类 313
14-6 临界现象 315
一、气液相变的临界现象 315
二、气液相变以外的连续相变现象 317
习题 319
第15章 非线性现象——混沌与分形 322
15-1 洛伦茨的不可预见性 322
一、不可预见性 322
二、周期三意味着混沌 323
三、洛伦茨吸引子 324
15-2 菲根鲍姆常数 324
一、周期倍增与分叉现象 324
二、菲根鲍姆常数 326
15-3 单摆与倒摆（相空间微扰法） 328
一、单摆——从规则走向混沌 328
二、倒摆——从单稳态到双稳态的相变 329
15-4 布鲁塞尔振子 333
一、模型的建立 333
二、不动点及扰动的引入 334
三、稳定性讨论 334
15-5 李雅普诺夫指数 335
15-6 混沌同步控制 336
一、混沌同步控制 336
二、应用举例 338
15-7 分形物理 339
一、海岸线长度的测量 339
二、扩展对称性 340
三、伊辛模型和渗流模型 341
15-8 科学的世界观 342
一、来自宇宙学的启示 342
二、微观世界的法则 344
三、单摆的三相共存 344
习题 344
附录一 C语言的操作、计算、作图与模拟 348
附录二 矢量基础 359
附录三 java模型学件的说明 364
附录四 常用物理常数及单位 401
参考文献 403