绪论 1
一、物理学的研究对象 1
二、物理学和其他学科的关系 3
三、物理学和科学技术的关系 4
四、怎样学习物理学 6
拓展阅读 宇宙的加速膨胀——解读2011年诺贝尔物理学奖 8
第一篇 力学 13
第一章 质点运动学 13
第一节 质点运动的描述 13
一、确定质点位置的方法 13
二、质点的位移、速度和加速度 14
三、运动学中的两类问题 18
第二节 曲线运动 19
一、圆周运动 19
二、抛体运动 24
第三节 相对运动 25
一、伽利略坐标变换 25
二、伽利略速度变换 26
三、伽利略加速度变换 26
拓展阅读 全球定位系统（GPS）的原理及其应用 27
思考题 30
习题 31
第二章 质点动力学 33
第一节 牛顿运动三定律及其应用 33
一、牛顿运动定律 33
二、力学中常见的几种力 35
三、牛顿运动定律的应用 38
第二节 动量定理和动量守恒定律 40
一、冲量与动量定理 41
二、质点系的动量定理 42
三、质点系的动量守恒定律 43
第三节 动能定理和能量守恒定律 45
一、功与动能定理 45
二、势能与机械能守恒定律 50
三、能量守恒定律 52
拓展阅读 航天中的力学 53
思考题 56
习题 57
第三章 刚体力学 59
第一节 刚体定轴转动的转动定律 59
一、刚体运动的描述 59
二、刚体定轴转动的转动定律 62
三、转动定律的应用 66
第二节 刚体定轴转动的动能定理 67
一、力矩的功 转动动能 67
二、刚体定轴转动的动能定理 69
第三节 刚体定轴转动的角动量守恒定律 70
一、刚体定轴转动的角动量定理 70
二、刚体定轴转动的角动量守恒定律 71
拓展阅读 陀螺 74
思考题 76
习题 77
第四章 流体力学 79
第一节 流体静力学 79
一、静止流体中的压强分布 79
二、液体的表面性质 82
第二节 理想流体的流动 86
一、理想流体的稳定流动 86
二、连续性方程 88
三、伯努利方程 88
四、伯努利方程的应用 90
第三节 黏滞流体的运动 92
一、流体的黏滞性 92
二、黏滞流体的伯努利方程 94
三、泊肃叶定律 95
第四节 物体在黏滞液体中的流动 97
一、斯托克斯公式 97
二、雷诺数 流体相似率 100
拓展阅读 超流现象 102
思考题 106
习题 107
第二篇 热学 111
第五章 气体动理论 111
第一节 气体动理论的基本概念 111
一、分子动理论的基本观点 111
二、理想气体状态方程 113
三、分子热运动的统计规律性 114
第二节 理想气体的压强和温度 114
一、理想气体的分子模型与统计假设 114
二、理想气体的压强 115
三、温度的统计解释 117
第三节 能量按自由度均分定理 118
一、分子的自由度 118
二、能量按自由度均分定理 119
三、理想气体的内能 120
第四节 气体分子的速率分布规律 121
一、麦克斯韦速率分布规律 121
二、气体分子速率的三种统计值 123
三、麦克斯韦速率分布规律的实验验证 125
四、玻耳兹曼分布律 126
第五节 气体分子的平均碰撞次数及平均自由程 129
一、平均碰撞次数 129
二、平均自由程 129
拓展阅读 温室效应 130
思考题 132
习题 133
第六章 热力学 134
第一节 热力学的基本概念 134
一、热力学系统 平衡态 134
二、准静态过程 可逆过程 135
三、准静态过程的内能、功与热量 136
第二节 热力学第一定律 138
一、热力学第一定律 138
二、理想气体的摩尔热容量 138
三、理想气体在等值过程中的热功转换 141
第三节 热力学第二定律 145
一、卡诺循环 145
二、热力学第二定律 152
第四节 熵 熵增加原理 157
一、卡诺定理 157
二、熵 157
三、熵增加原理 161
四、熵的统计意义 162
拓展阅读 低温技术及应用 164
思考题 166
习题 166
第三篇 电磁学 171
第七章 静电场 171
第一节 电荷与库仑定律 171
一、电荷 171
二、库仑定律 173
第二节 电场强度 175
一、电场强度的定义 175
二、电场强度叠加原理 176
第三节 静电场的高斯定理 179
一、电场线 179
二、电通量 180
三、高斯定理 181
第四节 静电场的环路定理 电势 186
一、静电场力的功 186
二、静电场的环路定理 186
三、电势能 187
四、电势 电势叠加原理 188
五、等势面 电势梯度 192
第五节 静电场对导体和电介质的作用 194
一、静电场对导体的作用 194
二、静电场对电介质的作用 198
三、电介质中的高斯定理 200
第六节 电容器 电场的能量 201
一、电容器的电容 201
二、电容器的串并联 204
三、电容器的能量 电场的能量 204
拓展阅读 静电的危害与利用 206
思考题 209
习题 210
第八章 恒定电流 213
第一节 电流与电阻 213
一、电流 213
二、欧姆定律的微分形式 216
三、电阻 216
第二节 电动势 218
一、电动势的物理概念 218
二、常用电动势源 220
第三节 电路的基本定律 222
一、含源电路的欧姆定律 222
二、基尔霍夫定律 223
三、基尔霍夫定律的应用 224
拓展阅读 太阳能发电 225
思考题 227
习题 228
第九章 稳恒磁场 230
第一节 磁场 230
一、磁感应强度 230
二、毕奥—萨伐尔定律 232
三、运动电荷的磁场 236
第二节 磁场的高斯定理与安培环路定理 236
一、磁场的高斯定理 236
二、安培环路定理 238
第三节 磁场对电流和运动电荷的作用 241
一、安培力 241
二、磁场对载流线圈的作用 磁矩 242
三、磁场对运动电荷的作用 磁聚焦 243
四、量子霍尔效应 246
第四节 磁介质 248
一、磁介质的分类 248
二、顺磁性和抗磁性的微观解释 249
三、磁场强度 磁介质中的安培环路定理 250
四、磁滞现象 磁滞回线 252
拓展阅读 巨磁电阻效应及其应用——了解我们身边的诺贝尔物理学奖 254
思考题 257
习题 257
第十章 电磁感应与电磁场 260
第一节 法拉第电磁感应定律 260
一、电磁感应现象 260
二、法拉第电磁感应定律 261
三、楞次定律 262
第二节 感应电动势 262
一、动生电动势 263
二、感生电动势与感生电场 264
第三节 自感和互感 磁场的能量 265
一、自感 265
二、互感 266
三、磁场的能量 267
第四节 电磁场和电磁波 268
一、位移电流假说 268
二、麦克斯韦电磁方程组 270
三、电磁波 273
拓展阅读 生命探测器 276
思考题 278
习题 279
第四篇 机械振动与波动 283
第十一章 机械振动 283
第一节 简谐振动 283
一、简谐振动的描述 283
二、表示简谐振动的旋转矢量法 287
三、其他形式的简谐振动 289
四、简谐振动的能量 290
第二节 简谐振动的合成与分解 291
一、两个同方向的简谐振动的合成 291
二、两个相互垂直的简谐振动的合成 294
三、振动的分 解频谱分析 296
第三节 阻尼振动 受迫振动 共振 297
一、阻尼振动 297
二、受迫振动 298
三、共振 299
拓展阅读 混沌 302
思考题 305
习题 306
第十二章 波动 308
第一节 波动的基本概念 308
一、机械波产生的条件 308
二、横波和纵波 308
三、波面和波线 309
四、描述波动的特征量 310
第二节 简谐波 311
一、平面简谐波的波函数 311
二、波的能量 314
三、声波 316
第三节 波的传播与叠加 318
一、波的传播 318
二、波的叠加 319
第四节 多普勒效应 超波速运动 324
一、多普勒效应 324
二、艏波 声障现象 326
拓展阅读 超声波及其应用 327
思考题 330
习题 330
第五篇 光学 335
第十三章 波动光学 335
第一节 波动光学的基本概念 335
一、光的电磁特征 光强 335
二、光源 光的相干性 337
三、光程 光的相干叠加 338
第二节 分波阵面法干涉 340
一、杨氏干涉 340
二、洛埃镜实验 半波损失 343
第三节 分振幅法干涉 344
一、等倾干涉 345
二、等厚干涉 劈尖干涉与牛顿环 348
三、迈克耳孙干涉仪 353
第四节 光的衍射 354
一、光的衍射现象 惠更斯—菲涅耳原理 354
二、夫琅禾费单缝衍射 356
三、圆孔衍射 光学仪器的分辨率 360
四、光栅衍射 362
第五节 光的偏振 368
一、偏振光 马吕斯定律 368
二、反射光和折射光的偏振 布儒斯特定律 371
三、双折射现象 尼科耳棱镜 372
四、偏振光的应用 374
拓展阅读 现代激光技术应用 377
思考题 380
习题 380
第六篇 近代物理基础 385
第十四章 狭义相对论 385
第一节 伽利略相对性原理 385
一、伽利略变换 386
二、绝对时空观 387
第二节 相对论运动学 387
一、狭义相对论的两个基本假设 387
二、狭义相对论的时空观 389
三、洛伦兹变换 392
四、洛伦兹变换与狭义相对论时空观的关系 394
第三节 相对论动力学 398
一、相对论中的动量和质量 398
二、相对论中的动能 质能关系 400
三、相对论中能量和动量的关系 402
拓展阅读 广义相对论基础 403
思考题 405
习题 406
第十五章 量子力学基础 407
第一节 光的量子性 407
一、光电效应 爱因斯坦光量子理论 407
二、康普顿散射 411
第二节 粒子的波动性 412
一、物质波 412
二、概率波 414
三、不确定关系 415
第三节 薛定谔方程及其应用 417
一、波函数 薛定谔方程 417
二、薛定谔方程的应用 419
第四节 氢原子的量子力学描述 电子自旋 422
一、氢原子的量子力学结论 422
二、氢光谱 425
三、电子的自旋 四个量子数 426
拓展阅读 神奇的二维纳米材料——石墨烯 428
思考题 430
习题 431
附录 433
附录Ⅰ 矢量的标积和矢积 433
附录Ⅱ 常用基本物理常量 434
附录Ⅲ 地球和太阳的一些常用数据 435
参考文献 436