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 3
1.2.2 位移 4
1.2.3 速度 4
1.2.4 加速度 5
1.3 圆周运动 7
1.3.1 切向加速度和法向加速度 7
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 10
1.4 相对运动 伽利略坐标变换 11
1.4.1 伽利略坐标变换式 11
1.4.2 速度变换 12
1.4.3 加速度变换 12
1.5 习题 13
第2章 牛顿运动定律 16
2.1 牛顿运动定律 16
2.1.1 牛顿第一定律 16
2.1.2 牛顿第二定律 17
2.1.3 牛顿第三定律 18
2.2 几种常见的力 18
2.2.1 万有引力 18
2.2.2 重力 19
2.2.3 弹性力 20
2.2.4 摩擦力 20
2.3 牛顿定律应用举例 21
2.4 非惯性系 惯性力 24
2.5 习题 25
第3章 运动的守恒定律 28
3.1 动量定理 28
3.1.1 质点的动量定理 28
3.1.2 质点系的动量定理 29
3.2 动量守恒定律 31
3.3 质心运动 33
3.3.1 质心 33
3.3.2 质心运动定律 34
3.4 保守力与非保守力 势能 36
3.4.1 功 36
3.4.2 保守力与非保守力 38
3.4.3 势能 39
3.4.4 势能曲线 40
3.5 功能原理 能量守恒定律 41
3.5.1 质点的动能定理 41
3.5.2 质点系的动能定理 42
3.5.3 质点系的功能原理 43
3.5.4 机械能守恒定律 43
3.5.5 能量守恒定律 43
3.6 碰撞问题 44
3.7 习题 45
第4章 物体的弹性 48
4.1 正应力与正应变 48
4.1.1 正应力 48
4.1.2 线应变 49
4.1.3 正应力与线应变的关系 49
4.1.4 弯曲 52
4.2 切应力与切应变 52
4.2.1 切应力 52
4.2.2 切应变 53
4.2.3 切应力与切应变的关系 53
4.2.4 扭转 54
4.3 体应力与体应变 55
4.3.1 体应力 55
4.3.2 体应变 55
4.3.3 体应力与体应变的关系 55
4.4 生物材料的黏弹性 56
4.4.1 生物材料的结构特点 56
4.4.2 生物材料的黏弹性 56
4.5 习题 58
第5章 刚体的转动 59
5.1 刚体 刚体的运动 59
5.1.1 刚体的平动和转动 59
5.1.2 定轴转动的角量和线量 60
5.2 力矩 转动惯量 定轴转动定律 60
5.2.1 力矩 60
5.2.2 转动定律 62
5.3 角动量 角动量守恒定律 65
5.3.1 质点的角动量和角动量守恒定律 65
5.3.2 刚体定轴转动的角动量定理 67
5.3.3 刚体定轴转动的角动量守恒定律 68
5.4 刚体定轴转动的功能关系 69
5.4.1 力矩的功和功率 69
5.4.2 刚体的转动动能 70
5.4.3 刚体绕定轴转动的动能定理 70
5.5 习题 72
第6章 流体的运动 76
6.1 理想流体 稳定流动 76
6.1.1 理想流体 76
6.1.2 稳定流动 76
6.1.3 连续性方程 77
6.2 伯努利方程及其应用 78
6.2.1 伯努利方程 78
6.2.2 伯努利方程的应用 80
6.3 实际流体的流动 82
6.3.1 牛顿黏滞性定律 83
6.3.2 层流、湍流、雷诺数 84
6.4 泊肃叶定律 斯托克斯定律 85
6.4.1 泊肃叶定律 85
6.4.2 斯托克斯定律 86
6.5 习题 87
模块2 热学 90
第7章 气体动力学 90
7.1 热运动的描述 理想气体的状态方程 90
7.1.1 气体的状态参量 90
7.1.2 平衡态 准静态过程 91
7.1.3 理想气体的状态方程 91
7.2 分子热运动的统计规律性 92
7.3 压强公式 压强的统计意义 93
7.3.1 理想气体的微观模型 93
7.3.2 理想气体的压强公式及统计意义 93
7.4 理想气体分子的平均平动动能与温度的关系 95
7.5 能量均分定理 理想气体的内能 96
7.5.1 分子的自由度 96
7.5.2 能量按自由度均分定理 97
7.5.3 理想气体的内能 98
7.6 气体分子的速率分布 99
7.6.1 速率分布曲线 99
7.6.2 麦克斯韦气体分子速率分布律 100
7.6.3 3种统计速率 101
7.7 分子碰撞 平均自由程 103
7.8 习题 104
第8章 热力学基础 107
8.1 准静态过程 功 热量 内能 107
8.1.1 准静态过程 107
8.1.2 功 107
8.1.3 热量 108
8.1.4 内能 109
8.2 热力学第零定律和第一定律 109
8.2.1 热力学第零定律 109
8.2.2 热力学第一定律 109
8.3 理想气体的等体过程和等压过程 110
8.3.1 等体过程 110
8.3.2 等压过程 111
8.3.3 等体摩尔热容 等压摩尔热容 112
8.4 理想气体的等温过程和绝热过程 115
8.4.1 等温过程 115
8.4.2 绝热过程 116
8.4.3 绝热线和等温线 117
8.5 循环过程 卡诺循环 118
8.5.1 循环过程 118
8.5.2 热机和制冷机 119
8.5.3 卡诺循环 121
8.6 热力学第二定律 卡诺定理 124
8.6.1 热力学第二定律的两种表述 124
8.6.2 可逆过程与不可逆过程 125
8.6.3 卡诺定理 125
8.7 熵熵增加原理 126
8.7.1 熵 126
8.7.2 熵变的计算 127
8.7.3 熵增加原理 128
8.7.4 熵增加原理与热力学第二定律 128
8.8 热力学第二定律的统计意义 128
8.8.1 玻尔兹曼关系式 129
8.8.2 热力学第二定律的统计意义 129
8.9 习题 130
第9章 液体的表面现象 134
9.1 表面张力 表面能 134
9.1.1 表面张力 134
9.1.2 表面张力系数 135
9.1.3 表面能 136
9.2 弯曲液面内外的压强差 136
9.2.1 弯曲液面的附加压强 136
9.2.2 液膜表面的附加压强 138
9.3 润湿和毛细现象 138
9.3.1 润湿现象 138
9.3.2 毛细现象 139
9.4 表面吸附和表面活性物质 141
9.4.1 表面吸附现象的解释 141
9.4.2 表面活性物质 141
9.5 肺泡中的压强 气体栓塞 142
9.5.1 肺泡中的压强 142
9.5.2 气体栓塞 143
9.6 习题 144
模块3 电磁学 146
第10章 真空中的静电场 146
10.1 电荷 库仑定律 146
10.1.1 电荷 146
10.1.2 电荷的量子化 146
10.1.3 电荷守恒定律 147
10.1.4 库仑定律 147
10.2 电场 电场强度矢量 148
10.2.1 电场 148
10.2.2 电场的强度 149
10.2.3 电场强度叠加原理 149
10.2.4 电场强度的计算 151
10.3 电场强度通量 高斯定理 153
10.3.1 电场线 153
10.3.2 电场强度通量 154
10.3.3 高斯定理 155
10.3.4 高斯定理的应用 157
10.4 静电场的环路定理 电势 161
10.4.1 静电场力的功 161
10.4.2 静电场的环路定理 162
10.4.3 电势能 162
10.4.4 电势 电势差 163
10.4.5 电势叠加原理 163
10.5 等势面 166
10.6 习题 167
第11章 恒定电流的磁场 170
11.1 磁感应强度 170
11.1.1 基本磁现象 170
11.1.2 磁感应强度矢量 171
11.2 电流的磁场 毕奥—萨伐尔定律 172
11.2.1 毕奥—萨伐尔定律 172
11.2.2 毕奥—萨伐尔定律的应用 173
11.3 磁通量 磁场的高斯定理 175
11.3.1 磁感应线和磁通量 175
11.3.2 磁场的高斯定理 176
11.4 安培环路定理 176
11.4.1 安培环路定理 177
11.4.2 安培环路定理的应用 178
11.5 带电粒子在电场和磁场中的运动 180
11.5.1 洛伦兹力 180
11.5.2 带电粒子在电磁场中的运动和应用 180
11.5.3 霍尔效应 183
11.6 磁场对载流导线的作用 184
11.6.1 磁场对载流导线的作用力——安培力 184
11.6.2 载流线圈的磁矩 磁场对载流线圈的作用 187
11.6.3 磁力的功 189
11.7 习题 190
模块4 机械振动和机械波 196
第12章 机械振动 196
12.1 简谐振动 196
12.1.1 简谐振动的特征及其表达式 196
12.1.2 振幅 周期和频率 相位 197
12.2 旋转矢量表示法 201
12.3 几种常见的简谐振动 203
12.3.1 单摆 203
12.3.2 复摆 203
12.4 简谐振动的能量 204
12.5 简谐振动的合成 206
12.5.1 两个同方向同频率简谐振动的合成 206
12.5.2 两个同方向不同频率简谐振动的合成拍 207
12.5.3 两个相互垂直的同频率的简谐振动的合成 208
12.6 阻尼振动 受迫振动 共振 210
12.6.1 阻尼振动 210
12.6.2 受迫振动 212
12.6.3 共振 213
12.7 习题 213
第13章 机械波 218
13.1 机械波的一般概念 218
13.1.1 机械波产生的条件 218
13.1.2 横波和纵波 218
13.1.3 波面 波前 波线 219
13.2 平面简谐波的波函数 222
13.2.1 平面简谐波的波函数 222
13.2.2 波函数的物理含义 223
13.3 波的能量 能流密度 226
13.3.1 波的能量 226
13.3.2 能流 能流密度 228
13.4 惠更斯原理 波的衍射 反射和折射 229
13.4.1 惠更斯原理 229
13.4.2 波的衍射 230
13.4.3 波的反射和折射 230
13.5 波的叠加原理 波的干涉 231
13.6 驻波 233
13.6.1 驻波方程 233
13.6.2 半波损失 235
13.7 多普勒效应 236
13.8 习题 239
模块5 波动光学 244
第14章 光的干涉 244
14.1 光源 单色性 光程 相干光 244
14.1.1 光源 244
14.1.2 光源单色性 245
14.1.3 光程与光程差 245
14.1.4 光的相干现象 247
14.2 双缝干涉 248
14.2.1 杨氏双缝干涉实验 248
14.2.2 干涉条纹的分布 249
14.3 薄膜干涉 250
14.3.1 等倾干涉 251
14.3.2 等厚干涉 254
14.4 迈克尔孙干涉仪 257
14.5 习题 258
第15章 光的衍射 261
15.1 惠更斯—菲涅尔原理 261
15.1.1 光的衍射现象 261
15.1.2 惠更斯—菲涅尔原理 262
15.1.3 菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射 262
15.2 单缝衍射 263
15.2.1 单缝夫琅禾费衍射 263
15.2.2 单峰衍射的条纹空间分布 263
15.3 圆孔衍射 265
15.4 光栅衍射 266
15.5 习题 270
第16章 光的偏振 273
16.1 自然光 偏振光 273
16.2 偏振片 马吕斯定律 274
16.2.1 偏振片 274
16.2.2 马吕斯定律 274
16.3 反射光和折射光的偏振规律 275
16.4 双折射 276
16.4.1 双折射现象 277
16.4.2 光轴 主平面 277
16.4.3 双折射现象的解释 277
16.5 椭圆偏振光和圆偏振光 279
16.6 习题 279
模块6 近代物理 284
第17章 量子物理 284
17.1 黑体辐射 普朗克的量子假设 284
17.1.1 黑体 黑体辐射 284
17.1.2 黑体辐射的实验定律 285
17.1.3 普朗克量子假设 普朗克黑体辐射公式 286
17.2 光电效应 爱因斯坦光子理论 287
17.2.1 光电效应的实验规律 287
17.2.2 爱因斯坦光子理论 288
17.2.3 光的波—粒二象性 289
17.3 氢原子光谱 玻尔的氢原子理论 290
17.3.1 近代关于氢原子光谱的研究 290
17.3.2 玻尔的氢原子理论及其缺陷 291
17.4 德布罗意波 293
17.5 不确定度关系 294
17.6 波函数 薛定谔方程 295
17.6.1 波函数 295
17.6.2 薛定谔方程 297
17.7 量子力学中的氢原子问题 298
17.7.1 氢原子的薛定谔方程 298
17.7.2 量子化和量子数 299
17.8 激光及其医学应用 300
17.8.1 激光产生原理 300
17.8.2 激光器 302
17.8.3 激光在医学上的应用 303
17.9 习题 304
第18章 原子核与放射性 306
18.1 原子核的基本性质 306
18.1.1 原子核的组成 306
18.1.2 原子核的性质 307
18.1.3 原子核的稳定性 307
18.2 原子核的衰变类型 308
18.2.1 α衰变 308
18.2.2 β衰变 309
18.2.3 γ衰变和内转换 311
18.3 放射性核素的衰变规律 311
18.3.1 衰变规律 311
18.3.2 半衰期和平均寿命 312
18.3.3 放射性活度 314
18.4 辐射剂量与辐射防护 314
18.4.1 辐射剂量 315
18.4.2 辐射防护 316
18.5 放射性核素在医学上的应用 317
18.6 习题 318
第19章 X射线 319
19.1 X射线 319
19.1.1 X射线的产生装置 319
19.1.2 X射线谱 320
19.1.3 X射线的特性 322
19.2 X射线的衰减 323
19.2.1 X射线衰减的微观机制 323
19.2.2 单色X射线在介质中的衰减规律 325
19.2.3 连续谱X射线在介质中的衰减规律 325
19.2.4 X射线在人体组织中的衰减 326
19.3 X射线在医学影像上的应用 327
19.4 习题 331
参考文献 333