模块1 力学 2
第1章 质点运动学 2
1.1质点 参考系 运动方程 2
1.1.1质点 2
1.1.2参考系和坐标系 3
1.1.3运动方程 3
1.1.4时间和时刻 3
1.2位移 速度 加速度 3
1.2.1位矢 4
1.2.2位移 4
1.2.3速度 5
1.2.4加速度 5
1.3圆周运动 8
1.3.1切向加速度和法向加速度 8
1.3.2圆周运动的加速度 9
1.3.3圆周运动的角量描述 9
1.3.4线量和角量的关系 11
1.4相对运动 伽利略坐标变换 12
1.4.1伽利略坐标变换式 12
1.4.2速度变换 13
1.4.3加速度变换 14
1.5习题 14
第2章 牛顿运动定律 18
2.1牛顿运动定律 18
2.1.1牛顿第一定律 18
2.1.2牛顿第二定律 19
2.1.3牛顿第三定律 20
2.2几种常见的力 21
2.2.1万有引力 21
2.2.2重力 22
2.2.3弹性力 23
2.2.4摩擦力 23
2.3牛顿定律应用举例 24
2.4非惯性系 惯性力 29
2.5习题 31
第3章 运动的守恒定律 33
3.1动量定理 33
3.1.1质点的动量定理 33
3.1.2质点系的动量定理 34
3.2动量守恒定律 37
3.3质心运动 火箭飞行问题 40
3.3.1质心 40
3.3.2质心运动定律 42
3.3.3火箭飞行 44
3.4保守力与非保守力 势能 44
3.4.1功 44
3.4.2保守力与非保守力 46
3.4.3势能 48
3.4.4势能曲线 48
3.5功能原理 能量守恒定律 49
3.5.1质点的动能定理 49
3.5.2质点系的动能定理 50
3.5.3质点系的功能原理 51
3.5.4机械能守恒定律 51
3.5.5能量守恒定律 52
3.6碰撞问题 52
3.7习题 55
第4章 刚体的转动 59
4.1刚体 刚体的运动 59
4.1.1刚体的平动和转动 59
4.1.2定轴转动的角量和线量 60
4.2力矩 转动惯量 定轴转动定律 61
4.2.1力矩 61
4.2.2转动定律 62
4.2.3转动惯量和平行轴定理 64
4.3角动量 角动量守恒定律 68
4.3.1质点的角动量和角动量守恒定律 68
4.3.2刚体定轴转动的角动量定理 70
4.3.3刚体定轴转动的角动量守恒定律 71
4.4刚体定轴转动的功能关系 72
4.4.1力矩的功和功率 72
4.4.2刚体的转动动能 73
4.4.3刚体绕定轴转动的动能定理 73
4.5习题 76
模块2 热学 81
第5章 气体动力学 81
5.1热运动的描述 理想气体的状态方程 81
5.1.1气体的状态参量 81
5.1.2平衡态 准静态过程 82
5.1.3理想气体的状态方程 82
5.2分子热运动的统计规律性 83
5.3压强公式 压强的统计意义 85
5.3.1理想气体的微观模型 85
5.3.2理想气体的压强公式及统计意义 85
5.4理想气体分子的平均平动动能与温度的关系 86
5.5能量均分定理 理想气体的内能 87
5.5.1分子的自由度 87
5.5.2能量按自由度均分定理 88
5.5.3理想气体的内能 90
5.6气体分子的速率分布 91
5.6.1速率分布曲线 91
5.6.2麦克斯韦气体分子速率分布律 92
5.6.3三种统计速率 92
5.7分子碰撞 平均自由程 94
5.8习题 95
第6章 热力学基础 98
6.1准静态过程 功 热量 内能 98
6.1.1准静态过程 98
6.1.2功 98
6.1.3热量 99
6.1.4内能 100
6.2热力学第零定律和第一定律 100
6.2.1热力学第零定律 100
6.2.2热力学第一定律 100
6.3理想气体的等体过程和等压过程 101
6.3.1等体过程 101
6.3.2等压过程 102
6.3.3等体摩尔热容 等压摩尔热容 103
6.4理想气体的等温过程和绝热过程 多方过程 106
6.4.1等温过程 106
6.4.2绝热过程 107
6.4.3绝热线和等温线 108
6.5循环过程 卡诺循环 111
6.5.1循环过程 111
6.5.2热机和制冷机 111
6.5.3卡诺循环 113
6.6热力学第二定律 卡诺定理 116
6.6.1热力学第二定律的两种表述 116
6.6.2可逆过程与不可逆过程 117
6.6.3卡诺定理 118
6.7熵 熵增加原理 118
6.7.1熵 118
6.7.2熵变的计算 120
6.7.3熵增加原理 120
6.7.4熵增加原理与热力学第二定律 121
6.8热力学第二定律的统计意义 121
6.8.1玻尔兹曼关系式 121
6.8.2热力学第二定律的统计意义 122
6.9习题 122
模块3 电磁学 127
第7章 真空中的静电场 127
7.1电荷 库仑定律 127
7.1.1电荷 127
7.1.2电荷的量子化 127
7.1.3电荷守恒定律 128
7.1.4库仑定律 128
7.2电场 电场强度矢量 129
7.2.1电场 129
7.2.2电场的强度 130
7.2.3电场强度叠加原理 131
7.2.4电场强度的计算 132
7.3电场强度通量 高斯定理 137
7.3.1电场线 137
7.3.2电场强度通量 137
7.3.3高斯定理 138
7.3.4高斯定理的应用 140
7.4静电场的环路定理 电势 144
7.4.1静电场力的功 144
7.4.2静电场的环路定理 145
7.4.3电势能 146
7.4.4电势 电势差 146
7.4.5电势叠加原理 147
7.5等势面 150
7.6习题 152
第8章 静电场中的导体与电介质 155
8.1静电场中的导体 155
8.1.1静电感应 导体的静电平衡 155
8.1.2静电平衡时导体上的电荷分布 156
8.1.3空腔导体内外的静电场与静电屏蔽 158
8.2静电场中的电介质 160
8.2.1电介质的极化 160
8.2.2电极化强度矢量 电极化强度与极化电荷的关系 161
8.2.3介质中的静电场 161
8.2.4有电介质时的高斯定理 电位移 162
8.3电容与电容器 164
8.3.1孤立导体的电容 164
8.3.2电容器的电容 165
8.3.3电容器电容的计算 165
8.3.4电容器的串联和并联 167
8.4静电场的能量 168
8.5习题 170
第9章 恒定电流的磁场 173
9.1恒定电流 173
9.1.1电流 电流密度 173
9.1.2电源电动势 175
9.2磁感应强度 176
9.2.1基本磁现象 176
9.2.2磁感应强度矢量 177
9.3电流的磁场 毕奥—萨伐尔定律 178
9.3.1毕奥-萨伐尔定律 178
9.3.2毕奥-萨伐尔定律的应用 179
9.4磁通量 磁场的高斯定理 181
9.4.1磁感应线和磁通量 181
9.4.2磁场的高斯定理 182
9.5安培环路定理 183
9.5.1安培环路定理 183
9.5.2安培环路定理的应用 184
9.6带电粒子在电场和磁场中的运动 186
9.6.1洛伦兹力 186
9.6.2带电粒子在电磁场中的运动和应用 187
9.6.3霍尔效应 189
9.7磁场对载流导线的作用 190
9.7.1磁场对载流导线的作用力——安培力 190
9.7.2载流线圈的磁矩 磁场对载流线圈的作用 194
9.7.3磁力的功 196
9.8磁场中的磁介质 197
9.8.1磁介质 197
9.8.2磁介质的磁化 磁化强度 198
9.8.3磁介质中的安培环路定理 磁场强度 199
9.9习题 200
第10章 电磁感应与电磁场 205
10.1电磁感应定律 205
10.1.1电磁感应现象 205
10.1.2法拉第电磁感应定律 206
10.1.3楞次定律 207
10.2动生电动势 208
10.3感生电动势 211
10.4自感与互感 213
10.4.1自感系数 自感电动势 214
10.4.2互感系数 互感电动势 215
10.5磁场的能量 216
10.6位移电流 麦克斯韦电磁场理论 217
10.6.1位移电流 全电流定律 217
10.6.2麦克斯韦方程组的积分形式 电磁场 219
10.7习题 221
模块4 机械振动和机械波 225
第11章 机械振动 225
11.1简谐振动 225
11.1.1简谐振动的特征及其表达式 226
11.1.2振幅 周期和频率 相位 226
11.2简谐振动的旋转矢量表示法 230
11.3几种常见的简谐振动 231
11.3.1单摆 232
11.3.2复摆 232
11.4简谐振动的能量 233
11.5简谐振动的合成 235
11.5.1两个同方向同频率简谐振动的合成 235
11.5.2两个同方向不同频率简谐振动的合成拍 237
11.5.3两个相互垂直的同频率的简谐振动的合成 238
11.6阻尼振动 受迫振动 共振 240
11.6.1阻尼振动 240
11.6.2受迫振动 241
11.6.3共振 242
11.7习题 243
第12章 机械波 247
12.1机械波的一般概念 247
12.1.1机械波产生的条件 247
12.1.2横波和纵波 248
12.1.3波面 波前 波线 248
12.2平面简谐波的波函数 251
12.2.1平面简谐波的波函数 251
12.2.2波函数的物理含义 252
12.3波的能量 能流密度 255
12.3.1波的能量 255
12.3.2能流 能流密度 257
12.4惠更斯原理 波的衍射 反射和折射 258
12.4.1惠更斯原理 258
12.4.2波的衍射 259
12.4.3波的反射和折射 259
12.5波的叠加原理 波的干涉 260
12.6驻波 262
12.6.1驻波方程 263
12.6.2半波损失 264
12.6.3驻波的能量 265
12.7多普勒效应 265
12.8习题 269
模块5 波动光学 274
第13章 光的干涉 274
13.1光源 单色性 光程 相干光 274
13.1.1光源 274
13.1.2光源单色性 275
13.1.3光程与光程差 275
13.1.4光的相干现象 277
13.2双缝干涉 278
13.2.1杨氏双缝干涉实验 278
13.2.2干涉条纹的分布 279
13.3薄膜干涉 281
13.3.1等倾干涉 281
13.3.2等厚干涉 284
13.4迈克尔孙干涉仪 287
13.5习题 288
第14章 光的衍射 292
14.1惠更斯—菲涅尔原理 292
14.1.1光的衍射现象 292
14.1.2惠更斯—菲涅尔原理 293
14.1.3菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射 293
14.2单缝衍射 294
14.2.1单缝夫琅禾费衍射 294
14.2.2单峰衍射的条纹空间分布 294
14.3圆孔衍射 296
14.4光栅衍射 297
14.5习题 301
第15章 光的偏振 304
15.1自然光 偏振光 304
15.2偏振片 马吕斯定律 305
15.2.1偏振片 305
15.2.2马吕斯定律 305
15.3反射光和折射光的偏振规律 306
15.4双折射 307
15.4.1双折射现象 308
15.4.2光轴 主平面 308
15.4.3双折射现象的解释 308
15.5椭圆偏振光和圆偏振光 310
15.6习题 310
模块6 近代物理 314
第16章 相对论基础 314
16.1狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换式 314
16.1.1迈克尔孙—莫雷实验 314
16.1.2狭义相对论的基本原理 315
16.1.3洛伦兹变化式 316
16.2相对论速度变换式 317
16.3狭义相对论的时空观 319
16.3.1关于“同时”的相对性 319
16.3.2时间延缓 320
16.3.3长度收缩 320
16.3.4相对性与绝对性 321
16.4狭义相对论动力学基础 321
16.4.1相对论力学的基本方程 321
16.4.2质量和能量的关系 322
16.4.3动量和能量的关系 323
16.5广义相对论简介 324
16.6习题 325
第17章 量子物理 328
17.1黑体辐射 普朗克的量子假设 328
17.1.1黑体 黑体辐射 328
17.1.2黑体辐射的实验定律 329
17.1.3普朗克量子假设 普朗克黑体辐射公式 330
17.2光电效应 爱因斯坦光子理论 331
17.2.1光电效应的实验规律 331
17.2.2爱因斯坦光子理论 332
17.2.3光的波-粒二象性 333
17.3氢原子光谱 玻尔的氢原子理论 334
17.3.1近代关于氢原子光谱的研究 334
17.3.2玻尔的氢原子理论及其缺陷 335
17.4德布罗意波 337
17.5不确定度关系 338
17.6波函数 薛定谔方程 339
17.6.1波函数 339
17.6.2薛定谔方程 341
17.7一维无限深势阱问题 342
17.7.1一维无限深势阱 342
17.7.2一维势垒 隧道效应 344
17.8量子力学中的氢原子问题 345
17.8.1氢原子的薛定谔方程 345
17.8.2量子化和量子数 346
17.9习题 347
附录 349
参考文献 352