第一篇 力学 3
第一章 运动学 3
1.1 参照系和坐标系 3
1.2 质点和刚体 4
1.3 位矢、速度和加速度 4
1.3.1 位置、位矢和位移 4
1.3.2 速度和加速度 6
1.3.3 速度、加速度的直角坐标分量表示式 7
1.3.4 质心 7
1.4 曲线运动、切向加速度和法向加速度 9
1.4.1 曲线运动、已知加速度求速度和位矢 9
1.4.2 切向加速度和法向加速度 12
1.4.3 圆周运动、角位移、角速度和角加速度 14
1.4.4 角量和线量的关系 15
1.4.5 刚体绕固定轴的转动 15
1.5 相对运动 16
1.6 力学单位制、量纲 19
1.6.1 力学单位制 19
1.6.2 量纲 20
附录1.1 微积分简介 21
附录1.2 矢量 28
阅读材料 科学家介绍——伽利略 31
思考题与习题 33
第二章 动力学 37
2.1 牛顿三定律 37
2.1.1 牛顿三定律 37
2.1.2 4种基本相互作用 38
2.1.3 接触力 39
2.1.4 牛顿三定律的应用 41
2.1.5 伽利略相对性原理 49
2.1.6 非惯性系中的惯性力 50
2.2 动量和动量守恒定律 53
2.2.1 动量、冲量和动量定理 53
2.2.2 动量守恒定律 55
2.2.3 质心运动定理 56
2.2.4 变质量体系的运动方程、火箭 58
2.3 角动量和角动量守恒定律 61
2.3.1 质点的角动量和刚体定轴转动的角动量 61
2.3.2 平行轴定理 63
2.3.3 力矩 65
2.3.4 质点和定轴转动刚体的角动量定理、转动定律 67
2.3.5 角动量守恒定律 69
阅读材料2.1 科学家介绍——牛顿 72
阅读材料2.2 引力波 74
思考题与习题 77
第三章 功能、机械能守恒定律 84
3.1 功和功率 84
3.1.1 力的功和功率 84
3.1.2 力矩的功和功率 85
3.2 几种力的功、势能 86
3.2.1 保守力的功 86
3.2.2 摩擦力的功 89
3.2.3 功和参照系的关系 89
3.2.4 势能 91
3.3 动能定理 92
3.3.1 质点的动能和动能定理 92
3.3.2 刚体定轴转动的动能定理 93
3.4 机械能守恒定律 94
3.4.1 功能原理 94
3.4.2 机械能守恒定律 95
3.4.3 功和能的定理与参照系的关系 95
3.4.4 刚体的平面运动 99
3.5 碰撞 103
3.5.1 碰撞与守恒定律 103
3.5.2 弹性碰撞和完全非弹性碰撞 103
3.6 进动 106
思考题与习题 107
第四章 狭义相对论基础 115
4.1 狭义相对论的基本假设 115
4.1.1 爱因斯坦的基本假设 115
4.1.2 洛伦兹变换 116
4.1.3 狭义相对论的时空性质 117
4.2 相对论速度变换 120
4.3 相对论质量、动量和能量 122
4.3.1 相对论质量和动量 122
4.3.2 相对论能量 124
阅读材料4.1 科学家介绍——爱因斯坦 127
阅读材料4.2 宇宙大爆炸理论和实验证据 129
阅读材料4.3 黑洞 133
阅读材料4.4 正、负电子对撞机 135
思考题与习题 138
第五章 流体力学 140
5.1 流体运动的描述 140
5.1.1 流场、流线和流管 140
5.1.2 定常流动和不定常流动 141
5.2 定常流动的连续性方程 141
5.3 伯努利方程 142
5.3.1 理想流体 142
5.3.2 伯努利方程 142
5.3.3 伯努利方程的应用举例 144
5.4 实际流体的运动规律 147
5.4.1 粘滞流体的能量方程 147
5.4.2 湍流和雷诺数 149
5.4.3 泊肃叶定律 150
阅读材料 血液的流动和血压 152
思考题与习题 154
第二篇 热学 159
第六章 气体分子运动论 159
6.1 理想气体状态方程 159
6.1.1 状态参量 159
6.1.2 理想气体状态方程 160
6.2 理想气体的压强公式 161
6.2.1 理想气体的微观模型和等概率假说 161
6.2.2 理想气体的压强公式 163
6.2.3 温度的统计意义 164
6.3 麦克斯韦速率分布律 165
6.3.1 统计规律性与分布函数 165
6.3.2 麦克斯韦速率分布律 167
6.3.3 最概然速率、平均速率和方均根速率 168
6.3.4 验证麦克斯韦速率分布律的实验 170
6.4 玻耳兹曼分布律 171
6.4.1 重力场中大气密度和压强随高度的分布 171
6.4.2 麦克斯韦-玻耳兹曼分布律 172
6.5 能量按自由度均分定理 174
6.5.1 自由度 174
6.5.2 能量按自由度均分定理 174
6.5.3 理想气体的内能及热容量 176
6.6 气体的输运过程 177
6.6.1 气体分子碰撞频率和平均自由程 177
6.6.2 气体的输运过程 179
6.7 物质透过生物膜的输运 182
6.7.1 物质透过生物膜的输运 182
6.7.2 膜电位 183
阅读材料6.1 血液透析 183
阅读材料6.2 生物圈 186
思考题与习题 188
第七章 热力学 191
7.1 热力学第一定律 191
7.1.1 热力学过程 191
7.1.2 功和热量 191
7.1.3 热力学第一定律 192
7.2 热力学第一定律的应用 193
7.2.1 理想气体的等容过程 193
7.2.2 理想气体的等压过程 194
7.2.3 理想气体的等温过程 194
7.2.4 理想气体的绝热过程 195
7.2.5 人体的新陈代谢 197
7.3 循环过程、卡诺循环 198
7.3.1 循环过程和热机的效率 198
7.3.2 卡诺循环 200
7.4 热力学第二定律 203
7.4.1 自然现象的不可逆性 203
7.4.2 热力学第二定律 204
7.4.3 卡诺定理 205
7.4.4 熵和熵增加原理 205
7.4.5 热力学第二定律的统计意义 209
阅读材料7.1 耗散结构和自组织现象 212
阅读材料7.2 熵、信息与遗传 213
思考题与习题 215
第三篇 电磁学 221
第八章 静 电场 221
8.1 库仑定律 221
8.2 电场强度 223
8.2.1 电场和电场强度 223
8.2.2 场强叠加原理 224
8.3 高斯定理 228
8.3.1 电场线 228
8.3.2 电通量 230
8.3.3 高斯定理及其应用 231
8.4 静电场的环路定理、电势 235
8.4.1 静电场的环路定理 235
8.4.2 电势差和电势 236
8.4.3 场强与电势的关系 238
8.4.4 关于电势零点的讨论 241
8.5 导体的静电平衡、电容器 243
8.5.1 导体的静电平衡条件 243
8.5.2 导体表面的电荷分布和电场强度 243
8.5.3 尖端效应和静电屏蔽 246
8.5.4 电容、电容器 247
8.6 稳恒电流、基尔霍夫定律 252
8.6.1 电流的连续性方程、稳恒电流 252
8.6.2 欧姆定律、电动势 254
8.6.3 基尔霍夫定律 257
阅读材料8.1 静电的应用和静电危害的消除 259
阅读材料8.2 电泳与太空制药 263
阅读材料8.3 导电高聚物 265
阅读材料8.4 静电技术在生命科学中的应用 270
思考题与习题 273
第九章 磁场 281
9.1 磁场的高斯定理 281
9.1.1 电流的磁效应 281
9.1.2 磁场、磁感应强度和磁感应线 283
9.1.3 磁通量和磁场的高斯定理 285
9.2 磁场对电流的作用、磁矩 286
9.2.1 安培公式 286
9.2.2 磁场对平面载流线圈的作用、磁矩 287
9.3 毕奥-萨伐尔定律 289
9.3.1 毕奥-萨伐尔定律 289
9.3.2 毕奥-萨伐尔定律的应用 290
9.4 安培环路定理 294
9.4.1 安培环路定理 294
9.4.2 安培环路定理的应用 296
9.5 带电粒子在电场和磁场中的运动 297
9.5.1 洛伦兹力 297
9.5.2 带电粒子在磁场中的运动 298
9.5.3 回旋加速器 301
9.5.4 质谱仪 302
9.5.5 霍耳效应 304
阅读材料 磁流体发电 305
思考题与习题 307
第十章 电磁感应 312
10.1 电磁感应定律 312
10.1.1 电磁感应现象 312
10.1.2 楞次定律 313
10.1.3 法拉第电磁感应定律 314
10.2 动生电动势和感生电动势 316
10.2.1 动生电动势 317
10.2.2 感生电动势和感生电场 319
10.3 自感与互感 323
10.3.1 自感应 323
10.3.2 互感应 325
10.4 自感磁能和互感磁能 327
10.4.1 自感磁能 327
10.4.2 互感磁能 329
阅读材料10.1 磁悬浮列车 331
阅读材料10.2 核磁共振 334
思考题与习题 336
第十一章 物质中的电场和磁场 341
11.1 电介质、介质中的高斯定理 341
11.1.1 电介质的极化 341
11.1.2 极化强度和极化电荷密度 343
11.1.3 电位移，电介质中的高斯定理 344
11.2 磁介质、介质中的安培环路定理 347
11.2.1 磁介质和磁化强度矢量 347
11.2.2 磁化电流 349
11.2.3 磁介质中的安培环路定理 350
11.2.4 铁磁质 353
11.3 静电场和静磁场的能量 354
11.3.1 静电场的能量 354
11.3.2 静磁场的能量 356
阅读材料 超导体 357
思考题与习题 363
第十二章 电磁场和电磁波 366
12.1 麦克斯韦方程组 366
12.1.1 位移电流与感生磁场 366
12.1.2 麦克斯韦方程组 371
12.2 电磁波的产生和传播 372
12.3 电磁波的能量和动量 373
12.3.1 电磁场的能量密度和能流密度 373
12.3.2 电磁波的动量 373
12.4 电磁波的辐射 375
12.4.1 辐射电磁波的条件 375
12.4.2 电偶极辐射和磁偶极辐射 375
12.4.3 轫致辐射 376
12.4.4 同步辐射 377
12.5 电磁波谱 378
阅读材料 生命系统的超微弱光子辐射 379
思考题与习题 381
第四篇 光学 385
第十三章 振动与波 385
13.1 一维简谐振动 385
13.2 阻尼振动、受迫振动与共振 389
13.3 简谐振动的合成 395
13.3.1 同方向、同频率简谐振动的合成 396
13.3.2 同方向、频率相近的简谐振动的合成 397
13.3.3 振动的谐波分析 399
13.3.4 同频率、振动方向垂直的两个简谐振动的合成 402
13.4 机械波的产生和传播 404
13.5 波的干涉、驻波 416
13.6 多普勒效应 421
阅读材料13.1 超声多普勒血流仪 424
阅读材料13.2 超声波的特性及B超原理 425
思考题与习题 429
第十四章 光的衍射与干涉 435
14.1 惠更斯-菲涅耳原理 435
14.2 单缝夫琅和费衍射 443
14.3 圆孔夫琅和费衍射与光学仪器的分辨本领 448
14.4 光栅衍射 451
14.4.1 主极大的位置与光强 455
14.4.2 缺级 455
14.4.3 光栅的色散 456
14.5 X光衍射 457
14.6 薄膜干涉 459
14.6.1 等厚与等倾薄膜干涉 460
14.6.2 劈尖干涉 461
14.6.3 牛顿环 462
14.6.4 迈克尔逊干涉仪 464
14.6.5 增透膜 465
14.7 全息照相 467
思考题与习题 470
第十五章 光的偏振 474
15.1 自然光与偏振光 474
15.2 反射光的偏振、布儒斯特角 477
15.3 晶体的双折射 479
15.3.1 光轴在入射面内与晶体表面成一夹角，斜入射 481
15.3.2 光轴平行于晶体表面，正入射 482
15.3.3 光轴垂直于晶体表面，正入射 483
15.4 椭圆偏振光 485
15.5 偏振光的干涉 489
15.6 旋光性 492
阅读材料 光学显微镜的进展 494
思考题与习题 498
第五篇 近代物理 503
第十六章 量子物理基础 503
16.1 黑体辐射与普朗克的量子假说 503
16.2 德布罗意波 507
16.3 薛定谔方程 512
阅读材料 抓住原子的“机械手”——扫描隧道显微镜 520
思考题与习题 524
第十七章 原子与分子 526
17.1 氢原子 526
17.2 多电子原子 539
17.3 分子结构和分子光谱 545
思考题与习题 552
第十八章 激光 554
18.1 激光的产生 554
18.2 激光的应用 562
阅读材料18.1 激光冷却、原子捕陷与玻色-爱因斯坦凝聚 564
阅读材料18.2 天文望远镜的进展——激光灯标天文望远镜及哈勃天文望远镜 567
阅读材料18.3 光速的测定及长度单位——米的新定义 572
阅读材料48.4 激光唱片放音机中的光学系统及光学存储器 576
第十九章 凝聚态 579
19.1 晶体的结构与能带 579
19.2 固体的电导 586
19.3 准晶体 594
19.4 介观体系 599
附表 606
附表1 基本物理常量1986年的推荐值 606
附表2 保留单位和标准值 606
习题答案 607
主要参考书目 615