绪论 1
第1章 物体运动的描述 5
1.1 参照系和坐标系 5
1.1.1 运动的绝对性和相对性 5
1.1.2 质点 6
1.1.3 刚体 6
1.2 物体运动的描述 7
1.2.1 描述质点运动的基本物理量 7
1.2.2 平面曲线运动的描述 14
1.2.3 刚体的运动 22
1.3 相对运动 24
思考题 28
习题 30
阅读材料 物理学与高新技术 34
第2章 动力学基本定律 38
2.1 动量 牛顿运动定律 38
2.1.1 牛顿第一定律 38
2.1.2 动量 牛顿第二定律 39
2.1.3 牛顿第三定律 40
2.1.4 几种常见的力 41
2.1.5 牛顿运动定律的应用 43
2.1.6 惯性参照系和非惯性系 48
2.1.7 单位制与量纲 49
2.2 刚体的定轴转动定律 50
2.2.1 转动惯量 50
2.2.2 力矩 转动定律 52
思考题 57
习题 58
阅读材料 超重与失重 62
3.1 动能定理 机械能守恒定律 64
3.1.1 功 功率 64
第3章 守恒定律 64
3.1.2 保守力与保守力的功 66
3.1.3 势能 68
3.1.4 刚体转动时合外力矩的功 69
3.1.5 动能 动能定理 70
3.1.6 机械能守恒定律 能量守恒定律 73
3.2 动量守恒定律 76
3.2.1 冲量 动量定理 76
3.2.2 动量守恒定律及空间平移对称性 79
3.2.3 火箭运动 81
3.3.1 质点的角动量定理 83
3.3 角动量守恒定律 83
3.3.2 刚体的角动量定理 85
3.3.3 角动量守恒定律 87
3.4 守恒定律的综合应用 89
3.4.1 守恒定律的意义 89
3.4.2 质点间的碰撞 90
3.4.3 刚体的碰撞 93
思考题 95
习题 96
阅读材料 我国运载火箭研制概况 101
4.1.1 牛顿力学的时空观 103
第4章 狭义相对论 103
4.1 洛仑兹变换 103
4.1.2 麦克斯韦电磁场理论的挑战 105
4.1.3 爱因斯坦的选择 106
4.1.4 洛仑兹变换 106
4.1.5 时空间隔的不变性 108
4.2 狭义相对论的时空观 109
4.2.1 同时性的相对性 109
4.2.2 时间膨胀 111
4.2.4 相对论中的速度变换 112
4.2.3 长度缩短 112
4.2.5 经典力学时空观与相对论时空观的比较 114
4.3 狭义相对论的动力学基础 115
4.3.1 相对论力学的基本方程 115
4.3.2 相对论中的质量—能量关系 116
4.3.3 狭义相对论中的动量—能量关系 117
4.3.4 同步回旋加速器 118
思考题 120
习题 121
阅读材料 广义相对论简介 123
5.1.1 电荷的基本性质 125
第5章 电场 125
5.1 电荷 库仑定律 125
5.1.2 库仑定律 126
5.1.3 关于库仑定律的验证 128
5.1.4 电磁学的单位制和量纲 128
5.2 电场 电场强度 129
5.2.1 电场 129
5.2.2 电场强度 129
5.3.1 电场线 135
5.3.2 电通量 135
5.3 高斯定理 135
5.3.3 高斯定理 136
5.3.4 高斯定理的应用 139
5.4 静电场的环流定理 电势 142
5.4.1 静电场的保守性和环流定理 142
5.4.2 电势差和电势 143
5.4.3 电势叠加原理 145
5.4.4 等势面 147
5.4.5 电势梯度与场强的关系 148
5.5.1 电场对电荷的力作用 149
5.5 电场对电荷的作用 149
5.5.2 电荷在外电场中的静电势能 151
思考题 153
习题 154
阅读材料 喷墨印刷原理 159
第6章 磁场 160
6.1 电流的磁场 160
6.1.1 磁感应强度 160
6.1.2 电流的磁场 毕奥—萨伐尔定律 161
6.1.3 低速运动电荷的磁场 165
6.2.1 磁通量 166
6.2 磁场定理 166
6.2.2 磁场的高斯定理 167
6.2.3 安培环路定理 167
6.2.4 安培环路定理的应用 169
6.3 磁场对运动电荷和电流的作用 171
6.3.1 磁场对运动电荷的作用 磁聚焦 磁约束 171
6.3.2 霍尔效应 173
6.3.3 磁场对电流的作用 安培力公式 174
6.3.4 电流回路在磁场中所受的作用 175
6.4.1 运动点电荷间相互作用与观察者的关系 177
6.4 电场和磁场的相对性 177
6.4.2 运动电荷激发的场 178
6.4.3 运动电荷在场中所受的作用 179
思考题 181
习题 182
阅读材料 地球附近的电磁场 186
第7章 物质与电磁场 189
7.1 导体周围的电场 189
7.1.1 导体的电结构特征 189
7.1.2 导体的静电感应平衡 189
7.1.3 静电平衡导体上的电荷分布 190
7.1.5 导体周围的电场 191
7.1.4 场致发射显微镜 191
7.2 电介质与电场 193
7.2.1 电介质的电结构特征 194
7.2.2 电介质的极化 194
7.2.3 电位移D 电介质中关于D的高斯定理 196
7.2.4 有电介质时的场与力 197
7.3 电容 电容器 198
7.3.1 孤立导体的电容 198
7.3.2 电容器及其电容 198
7.3.4 电容器的并联 串联 200
7.3.3 电介质在电容器中的作用 200
7.3.5 电容式传感器 201
7.4 电场能量 202
7.4.1 电容器储存的静电场能量 202
7.4.2 电场的能量 203
7.5 磁介质与磁场 205
7.5.1 磁介质的顺磁性和抗磁性的来源 206
7.5.2 磁介质的磁化 207
7.5.3 磁场强度H 磁介质中的关于H的安培环路定理 208
7.5.4 原子核的磁性 核磁共振 210
7.6.1 铁磁性的起因 211
7.6 铁磁质 211
7.6.2 磁滞回线(B～H曲线) 212
7.6.3 铁磁质的分类和应用 213
7.6.4 磁记录与磁存储 213
思考题 216
习题 216
阅读材料 222
1.压力、压磁效应 222
2.超导 223
8.1.1 电动势 226
8.1 法拉第电磁感应定律 226
第8章 变化的电磁场 226
8.1.2 电磁感应现象 227
8.1.3 法拉第电磁感应定律 228
8.1.4 磁流体发电 229
8.2 动生电动势 231
8.2.1 动生电动势的非静电力 231
8.2.2 动生电动势的计算 232
8.3 时变磁场 感生电动势 234
8.3.1 时变磁场与感生电场 234
8.3.2 感生电动势 236
8.3.3 涡电流 趋肤效应 237
8.3.4 自感应现象 239
8.3.5 耦合电路的互感应现象 240
8.4 磁场的能量 241
8.4.1 自感磁能和互感磁能 241
8.4.2 磁场的能量 电磁场的能量 242
8.5 麦克斯韦电磁场方程组 243
8.5.1 位移电流 时变电场激发磁场 243
8.5.2 麦克斯韦电磁场方程组 245
8.5.3 偶极子振荡 246
8.5.4 电磁波的性质 248
8.5.5 电磁波谱 249
思考题 253
习题 254
阅读材料 无线电波的传播 259
第9章 振动学基础 261
9.1 简谐振动 261
9.1.1 简谐振动的方程 262
9.1.2 表征简谐振动的特征量 264
9.1.3 旋转矢量——简谐振动的矢量图表示法 267
9.1.4 简谐振动的能量 269
9.2.1 单摆 271
9.2 典型的简谐振动实例 271
9.2.2 复摆 272
9.2.3 扭摆 273
9.3 振动的合成 频谱分析 273
9.3.1 同方向同频率简谐振动的合成 273
9.3.2 同方向不同频率简谐振动的合成拍现象 275
9.3.3 频谱分析 276
9.3.4 相互垂直的简谐振动的合成李萨茹图形 277
9.4 阻尼振动 受迫振动 共振 278
9.4.1 阻尼振动 278
9.4.2 受迫振动 共振 280
思考题 283
习题 283
阅读材料 混沌与物理学 287
第10章 波动 290
10.1 机械波 290
10.1.1 机械波产生的条件 290
10.1.2 波的周期性和波速 291
10.2 平面简谐波的波函数 293
10.2.1 平面简谐波的波函数 293
10.2.2 地震波与地震勘探 296
10.3 波的能量和能流密度 297
10.3.1 波是能量传递的一种形式 297
10.3.2 能流和能流密度 299
10.3.3 波的吸收 300
10.4 多普勒效应 301
10.4.1 声波的多普勒效应 301
10.4.2 电磁波的多普勒效应与红移 302
10.5 波的干涉 302
10.5.1 惠更斯原理 302
10.5.2 波的叠加和波的干涉 303
10.5.3 驻波 305
10.5.4 电磁波谐振腔 307
思考题 309
习题 310
阅读材料 声学的发展及其应用 314
第11章 物理光学 317
11.1 获得相干光的方法 317
11.1.1 光的相干条件 317
11.1.2 光程和光程差 317
11.1.3 热光源发光的特点 319
11.2.1 杨氏双缝干涉实验 320
11.2 杨氏双缝干涉 320
11.2.2 洛埃镜实验 322
11.3 薄膜干涉 323
11.3.1 薄膜干涉 323
11.3.2 增透膜与增反膜 324
11.3.3 劈尖干涉 325
11.3.4 牛顿环 328
11.3.5 迈克尔逊干涉仪 329
11.4 光的衍射 331
11.4.1 惠更斯—菲涅耳原理 331
11.4.2 夫琅和费单缝衍射 332
11.4.3 夫琅和费圆孔衍射 334
11.5 光栅衍射 335
11.5.1 光栅衍射 335
11.5.2 X射线在晶体上的衍射 339
11.5.3 全息照相 339
11.6 光的偏振 340
11.6.1 自然光和偏振光 340
11.6.2 起偏和检偏 341
11.6.3 反射和折射时光的偏振 343
11.6.4 光在晶体中的传播 344
11.6.5 人工双折射 345
11.6.6 旋光现象 347
11.7 光的粒子性 347
11.7.1 光电效应 347
11.7.2 光的波动说的缺陷 349
11.7.3 普朗克的能量子假说 350
11.7.4 爱因斯坦的光子理论 350
11.7.5 康普顿效应 351
11.7.6 光的波粒二象性 353
思考题 356
习题 358
阅读材料 激光 364
第12章 量子物理 369
12.1 实物粒子的波粒二象性 369
12.1.1 德布罗意假设 369
12.1.2 德布罗意假设的实验验证 370
12.1.3 德布罗意假设的意义 372
12.1.4 电子显微镜 373
12.2 不确定关系 374
12.2.1 不确定关系 374
12.2.2 用不确定关系讨论几个具体例子 375
12.3.1 波函数 377
12.3 薛定谔方程 377
12.3.2 薛定谔方程 378
12.4 势阱和势垒中的粒子 379
12.4.1 一维无限深势阱 379
12.4.2 隧道效应 382
12.4.3 扫描隧穿显微镜 382
12.5 氢原子 383
12.5.1 氢原子光谱的实验规律 383
12.5.2 经典理论处理氢原子问题遇到的困难 384
12.5.3 玻尔的氢原子理论 384
12.5.4 氢原子的量子力学处理 387
12.5.5 电子自旋 390
12.6 原子壳层结构 391
思考题 393
习题 394
阅读材料 纳米科技探索 396
第13章 气体动理论及热力学 400
13.1 气体状态方程 400
13.1.1 理想气体状态方程 401
13.1.2 理想气体的压强 403
13.1.3 温度的微观意义 405
13.1.4 范德瓦尔斯方程 406
13.2 麦克斯韦—玻耳兹曼分布定律 408
13.2.1 分布函数和统计平均值 408
13.2.2 麦克斯韦速率分布定律 410
13.2.3 麦克斯韦速率分布律的实验证明 412
13.2.4 玻耳兹曼分布定律 412
13.2.5 激光器工作原理 414
13.2.6 统计规律性和涨落现象 416
13.3.1 自由度 417
13.3.2 能量按自由度均分定理 417
13.3 理想气体的内能 417
13.3.3 理想气体的内能 418
13.4 热力学第一定律 419
13.5 热容量 421
13.5.1 理想气体的定体摩尔热容CV 422
13.5.2 理想气体的定压摩尔热容CP 422
13.5.3 热容量的量子理论 423
13.6 理想气体在各种过程中所做的功 425
13.6.1 等体、等压、等温过程中的功 425
13.6.2 绝热过程中的功 425
13.6.4 理想气体各准静态过程的主要公式 427
13.6.3 多方过程中的功 427
13.7 循环过程 428
13.7.1 循环过程 429
13.7.2 卡诺循环 431
13.7.3 逆循环和致冷机 432
13.8 热力学第二定律 434
13.8.1 热力学第二定律 434
13.8.2 热力学第二定律的统计意义 436
13.8.3 熵的概念 436
13.8.4 自组织现象 439
13.9.1 平均碰撞频率和平均自由程 441
13.9 输运过程 441
13.9.2 内摩擦现象(粘滞现象) 443
13.9.3 热传导现象 444
13.9.4 扩散现象 444
13.9.5 模拟试验与物理相似性原理 445
思考题 448
习题 450
阅读材料 大爆炸宇宙模型 454
部分习题答案 457
参考文献 472