绪论 1
第一章 运动和力 5
1-1质点运动的描述 6
一、质点 6
二、参考系和坐标系 7
三、空间和时间 8
四、位矢 9
五、运动学方程 10
六、位移 10
七、速度 11
八、加速度 13
九、运动学的两类问题 15
1-2抛体运动 20
1-3圆周运动和一般曲线运动 22
一、切向加速度和法向加速度 22
二、圆周运动的角量描述 24
三、角量和线量的关系 25
四、一般平面曲线运动中的加速度 25
1-4相对运动 28
1-5牛顿运动定律 力学中的常见力 31
一、牛顿运动定律 31
二、力学中的常见力 34
三、基本相互作用 37
四、牛顿运动定律应用举例 37
1-6伽利略相对性原理 非惯性系 惯性力 45
一、伽利略相对性原理 45
二、经典力学的时空观 46
三、非惯性系 47
四、惯性力 47
习题 49
第二章 运动的守恒量和守恒定律 57
2-1质点系的内力和外力 质心 质心运动定理 58
一、质点系的内力和外力 58
二、质心 58
三、质心运动定理 60
2-2动量定理 动量守恒定律 62
一、质点的动量定理 62
二、质点系的动量定理 66
三、动量守恒定律 67
四、火箭飞行 71
2-3质点的角动量定理和角动量守恒定律 73
一、角动量 73
二、质点的角动量定理 75
三、质点的角动量守恒定律 76
2-4功 动能 动能定理 77
一、功的概念 77
二、能量 78
三、动能定理 79
2-5保守力 成对力的功 势能 83
一、保守力 83
二、成对力的功 85
三、势能 86
四、势能曲线 87
2-6质点系的功能原理 机械能守恒定律 90
一、质点系的动能定理 90
二、质点系的功能原理 90
三、机械能守恒定律 93
四、能量守恒定律 93
五、黑洞 99
2-7碰撞 100
2-8对称性和守恒定律 105
一、对称性和守恒定律 105
二、守恒量和守恒定律 106
习题 106
第三章 刚体和流体的运动 114
3-1刚体模型及其运动 115
一、刚体 115
二、平动和转动 115
三、自由度 116
3-2力矩 转动惯量 定轴转动定律 117
一、力矩 117
二、角速度矢量 118
三、定轴转动定律 119
四、转动惯量 120
五、定轴转动定律的应用 122
3-3定轴转动中的功能关系 124
一、力矩的功 124
二、刚体的转动动能 125
三、定轴转动的动能定理 126
四、刚体的重力势能 126
3-4定轴转动刚体的角动量定理和角动量守恒定律 129
一、刚体的角动量 129
二、定轴转动刚体的角动量定理 130
三、定轴转动刚体的角动量守恒定律 130
3-5进动 137
3-6理想流体模型 定常流动 伯努利方程 139
一、理想流体模型 139
二、定常流动 139
三、伯努利方程 140
习题 142
第四章 相对论基础 148
4-1狭义相对论基本原理 洛伦兹变换 149
一、狭义相对论基本原理 149
二、洛伦兹变换 150
4-2相对论速度变换 152
4-3狭义相对论的时空观 154
一、“同时”的相对性 155
二、时间延缓 156
三、长度收缩 157
4-4狭义相对论动力学基础 159
一、相对论力学的基本方程 159
二、质量和能量的关系 162
三、动量和能量的关系 163
4-5广义相对论简介 166
习题 168
第五章 气体动理论 171
5-1平衡态 理想气体物态方程 172
一、平衡态 准静态过程 172
二、状态参量 173
三、理想气体的物态方程 174
5-2理想气体的微观模型 175
一、气体分子热运动特征 175
二、理想气体的微观模型 176
5-3理想气体的压强和温度公式 177
一、理想气体压强公式的推导 177
二、温度的本质和统计意义 178
三、气体分子的方均根速率 179
5-4能量均分定理 理想气体的内能 181
一、分子的自由度 181
二、能量按自由度均分定理 182
三、理想气体的内能 183
5-5麦克斯韦速率分布律 184
一、气体分子的速率分布函数 184
二、麦克斯韦速率分布律 185
三、分子速率的统计平均值 187
四、分子速率的实验测定 187
5-6麦克斯韦-玻耳兹曼能量分布律 重力场中粒子按高度的分布 191
一、麦克斯韦-玻耳兹曼能量分布律 191
二、重力场中粒子按高度的分布 192
5-7分子碰撞和平均自由程 194
一、分子碰撞的研究 194
二、平均自由程公式 194
5-8气体的输运现象 196
一、黏滞现象 197
二、热传导现象 198
三、扩散现象 198
5-9真实气体 范德瓦耳斯方程 200
一、真实气体的等温线 200
二、范德瓦耳斯方程 202
三、范德瓦耳斯方程的等温线和真实气体的等温线 204
习题 205
第六章 热力学基础 208
6-1热力学第零定律和第一定律 209
一、热力学第零定律 209
二、热力学过程 209
三、功 热量 内能 210
四、热力学第一定律 211
6-2热力学第一定律对于理想气体准静态过程的应用 213
一、等体过程 气体的摩尔定容热容 213
二、等压过程 气体的摩尔定压热容 214
三、等温过程 217
四、绝热过程 218
五、多方过程 220
6-3循环过程 卡诺循环 223
一、循环过程 223
二、卡诺循环 227
6-4热力学第二定律 230
一、热力学第二定律 230
二、两种表述的等价性 231
6-5可逆过程与不可逆过程 卡诺定理 232
一、可逆过程与不可逆过程 232
二、卡诺定理 234
三、卡诺定理的证明 234
6-6熵 玻耳兹曼关系 235
一、熵 235
二、自由膨胀的不可逆性 238
三、玻耳兹曼关系 239
6-7熵增加原理 热力学第二定律的统计意义 241
一、熵增加原理 241
二、热力学第二定律的统计意义 242
三、熵增与能量退化 243
四、熵增和热寂 244
6-8耗散结构 信息熵 245
一、耗散结构 245
二、信息熵 246
习题 246
第七章 静止电荷的电场 251
7-1电荷 库仑定律 252
一、电荷 252
二、电荷守恒定律 252
三、电荷的量子化 253
四、库仑定律 253
五、静电力的叠加原理 254
7-2静电场 电场强度 257
一、电场 257
二、电场强度 257
三、电场强度的叠加原理 258
四、电场强度的计算 259
五、电场对电荷的作用力 266
六、电场线 电场强度通量 268
7-3静电场的高斯定理 270
一、静电场的高斯定理 270
二、应用高斯定理计算电场强度示例 273
7-4静电场的环路定理 电势 277
一、静电场力做功 278
二、静电场的环路定理 279
三、电势 279
四、电势叠加原理 281
五、电势的计算 281
六、等势面 285
7-5电场强度与电势的微分关系 287
7-6静电场中的导体 291
一、导体的静电平衡 291
二、静电平衡时导体上的电荷分布 292
三、静电屏蔽 298
7-7电容器的电容 301
一、孤立导体的电容 301
二、电容器的电容 302
三、电容器的串联和并联 306
7-8静电场中的电介质 310
一、电介质的电结构 310
二、电介质的极化 311
三、电极化强度 313
四、电极化强度与极化电荷的关系 313
五、介质中的静电场 314
7-9有电介质时的高斯定理和环路定理 电位移 318
一、有电介质时的高斯定理 电位移 318
二、D、E、P三矢量之间的关系 319
三、有电介质时的环路定理 320
7-10静电场的能量 323
习题 328
第八章 恒定电流的磁场 338
8-1恒定电流 339
一、电流 电流密度 339
二、电源的电动势 340
三、欧姆定律 342
8-2磁感应强度 345
一、基本磁现象 345
二、磁感应强度 346
三、磁感应线和磁通量 347
8-3毕奥-萨伐尔定律 348
一、毕奥-萨伐尔定律 348
二、应用毕奥-萨伐尔定律计算磁感应强度示例 349
三、运动电荷的磁场 354
8-4恒定磁场的高斯定理与安培环路定理 357
一、恒定磁场的高斯定理 357
二、安培环路定理 358
三、应用安培环路定理计算磁感应强度示例 360
8-5带电粒子在电场和磁场中的运动 364
一、洛伦兹力 364
二、带电粒子在电场和磁场中的运动和应用 368
三、霍尔效应 370
四、量子霍尔效应 372
8-6磁场对载流导线的作用 374
一、安培定律 374
二、磁场对载流线圈的作用 376
三、电流单位“安培”的定义 377
四、磁场力的功 378
8-7磁场中的磁介质 381
一、磁介质 381
二、分子电流和分子磁矩 381
三、抗磁质的磁化 382
四、顺磁质的磁化 383
8-8有磁介质时的安培环路定理和高斯定理 磁场强度 383
一、磁化强度 383
二、有磁介质时的安培环路定理 385
三、有磁介质时的高斯定理 390
8-9铁磁质 390
一、磁化曲线和磁滞回线 391
二、磁畴 392
三、磁性材料的分类 393
习题 394
第九章 电磁感应 电磁场理论 404
9-1电磁感应定律 405
一、电磁感应现象 405
二、楞次定律 407
三、法拉第电磁感应定律 408
9-2动生电动势 411
一、在磁场中运动的导线内的感应电动势 411
二、在磁场中转动的线圈内的感应电动势 415
9-3感生电动势 感生电场 416
一、感生电场 416
二、电子感应加速器 419
三、涡电流 421
9-4自感应和互感应 423
一、自感应 423
二、互感应 427
9-5磁场的能量 431
9-6位移电流 电磁场理论 435
一、位移电流 435
二、麦克斯韦方程组 439
三、电磁场的物质性 441
9-7电磁场的统一性和电磁场量的相对性 442
习题 445
附录 Matlab计算程序 452
习题答案 455