第一篇 力学 3
第1章 质点运动学 3
1.1 质点、参考系和坐标系 3
1.1.1 理想模型——质点 3
1.1.2 参考系和坐标系 3
1.2 时间和空间的测量 3
1.2.1 时间的测量 4
1.2.2 空间的测量 5
1.3 位矢、速度和加速度 5
1.3.1 位矢和运动方程 6
1.3.2 位移 6
1.3.3 速度 6
1.3.4 加速度 7
1.3.5 切向加速度和法向加速度 8
1.4 运动学中的问题类型和常见运动 9
1.4.1 直线运动 10
1.4.2 理想的抛体运动应满足的四个假设条件 11
1.4.3 圆周运动 12
1.5 相对运动 14
思考题 15
习题 16
物理学与现代科学技术 17
探索太空 17
第2章 质点动力学 22
2.1 牛顿运动定律 22
2.1.1 牛顿第一定律 22
2.1.2 牛顿第二定律 22
2.1.3 牛顿第三定律 23
2.1.4 牛顿运动定律的适用范围 23
2.2 四种基本的力和力学中的常见力 24
2.2.1 四种基本的相互作用力 24
2.2.2 力学中的常见力 24
2.3 牛顿运动定律的应用 25
2.3.1 动力学问题的类型及解题的基本方法 25
2.3.2 在使用牛顿定律解题时的解题步骤 25
2.4 用有效质量替代法求解复合阿特伍德机 27
2.4.1 简单阿特伍德机的有效质量 27
2.4.2 求解复合机 28
2.4.3 多次复合机 29
2.4.4 学生练习 29
2.5 非惯性系、非惯性系中的运动定律 30
2.5.1 惯性系和非惯性系 30
2.5.2 非惯性系中的运动定律 30
2.5.3 惯性力 31
2.5.4 宇航员遇到的超重和失重 31
2.6 惯性离心力 32
2.6.1 惯性离心力 32
2.6.2 惯性离心力的典型事例及其应用 32
2.6.3 科里奥利力简介 32
思考题 33
习题 33
科学家介绍 35
牛顿 35
第3章 运动守恒定律 37
3.1 功、动能定理 37
3.1.1 变力沿曲线所做的功 37
3.1.2 功率 39
3.1.3 动能和动能定理 39
3.2 保守力和势能 40
3.2.1 保守力、非保守力和耗散力 40
3.2.2 势能 41
3.3 功能原理、机械能守恒和能量守恒定律 42
3.3.1 功能原理 42
3.3.2 机械能守恒和转换定律 43
3.3.3 能量守恒和转换定律 43
3.3.4 第一、第二、第三宇宙速度 44
3.4 动量定理 46
3.4.1 质点的动量和动量定理 46
3.4.2 冲力和冲量 46
3.4.3 对动量定理的几点说明 47
3.5 动量守恒 48
3.5.1 质点系的动量定理 48
3.5.2 动量守恒定律 49
3.5.3 同一性问题 50
3.6 火箭飞行原理 50
3.6.1 单级火箭的飞行 50
3.6.2 多级火箭 51
3.6.3 火箭的推力及火箭的运动方程 51
3.7 质点的角动量定理和角动量守恒 52
3.7.1 力矩 52
3.7.2 角动量 53
3.7.3 质点的角动量定理和角动量守恒 53
3.7.4 角动量守恒定律的应用 54
思考题 55
习题 56
第4章 刚体力学 58
4.1 刚体运动的描述 58
4.1.1 刚体的平动和转动 58
4.1.2 刚体定轴转动的描述 59
4.2 刚体定轴转动的转动定律 60
4.2.1 刚体定轴转动定律的表述及其与F＝ma的对比 60
4.2.2 刚体定轴转动定律的推导 60
4.2.3 定轴转动的动力学问题的解题方法练习 61
4.3 转动惯量 62
4.3.1 转动惯量的概念 62
4.3.2 转动惯量的计算 63
4.4 刚体的功和能 66
4.4.1 力矩的功 66
4.4.2 刚体的动能 66
4.4.3 定轴转动中的动能定理 67
4.4.4 刚体的势能 67
4.5 刚体的角动量定理和角动量守恒 68
4.5.1 刚体的角动量 68
4.5.2 刚体的角动量定理 69
4.5.3 角动量守恒及其应用 69
4.6 对称性与守恒定律 71
4.6.1 对称性 71
4.6.2 物理定律的对称性 71
4.6.3 物理定律对称性与守恒定律 72
4.7 流体力学简介 73
4.7.1 理想流体和定常流动 73
4.7.2 流线和流管 74
4.7.3 连续性方程 74
4.7.4 伯努利方程 74
4.7.5 伯努利方程的应用 75
思考题 76
习题 77
物理学与现代科学技术 78
中国与其他强国重要科技成就时间比较 78
第5章 狭义相对论基础 80
5.1 伽利略变换和力学的相对性原理 80
5.1.1 伽利略变换 80
5.1.2 经典力学的时空观 81
5.1.3 力学的相对性原理 81
5.2 狭义相对论的基本原理 82
5.2.1 经典力学的困难 82
5.2.2 狭义相对论的基本原理 82
5.3 洛仑兹变换 83
4.3.1 洛仑兹 83
5.3.2 洛仑兹变换 84
4.3.3 相对论的速度变换式 84
5.4 相对论的时空观 86
5.4.1 同时性的相对性 86
5.4.2 时间间隔的相对性 86
5.4.3 空间长度的相对性 88
5.5 狭义相对论动力学方程 89
5.5.1 相对论质量与速率的关系 89
5.5.2 相对论动量 90
5.5.3 相对论动力学方程 90
5.6 相对论动能和质能关系式 91
5.6.1 相对论动能 91
5.6.2 相对论质能关系式 91
5.6.3 相对论能量和动量关系式 92
4.7 广义相对论简介 93
5.7.1 等效原理和广义相对性原理 93
5.7.2 广义相对论效应及其实验验证 94
思考题 95
习题 95
科学家介绍 96
爱因斯坦 96
第6章 机械振动 98
6.1 简谐振动 98
6.1.1 弹簧振子模型 98
6.1.2 简谐振动的动力学方程 98
6.1.3 简谐振动的速度和加速度 99
6.1.4 描绘简谐振动的三个特征参量——振幅、周期和相位 100
6.1.5 相位差 100
6.2 简谐振动的旋转矢量表示法 103
6.3 简谐振动的能量 105
6.4 简谐振动的合成 106
6.4.1 同方向同频率的两简谐振动的合成 106
6.4.2 两个互相垂直的同频率的简谐振动的合成 107
6.5 阻尼振动、受迫振动及共振 109
6.5.1 阻尼振动 109
6.5.2 受迫振动和共振 110
思考题 111
习 题 111
物理学与现代科学技术 112
混沌（chaos） 112
第7章 机械波 115
7.1 机械波的基本概念 115
7.1.1 机械波的产生条件和传播特征 115
7.1.2 机械波的类型 116
7.1.3 波长、波速和波的频率 116
7.2 平面简谐波的表达式 117
7.2.1 平面波的研究方法 117
7.2.2 平面简谐波的表达式 117
7.2.3 平面简谐波表达式的物理意义 118
7.2.4 计算题的类型 119
7.3 波的能量和能流密度 120
7.3.1 在波动存在的媒质内任一体积元△V中的能量 120
7.3.2 波的能量传播特征 121
7.3.3 能量密度 121
7.3.4 能流、能流密度或波强 122
7.3.5 声强和声强级 122
7.4 波的叠加原理和波的干涉 123
7.4.1 波的叠加原理 123
7.4.2 波的干涉 123
7.5 反射波的相位和驻波 125
7.5.1 反射波的相位 125
7.5.2 驻波 126
7.6 多普勒效应 127
7.6.1 多普勒效应 127
7.6.2 多普勒效应的应用 128
思考题 129
习题 130
物理学与现代科学技术 131
超声波的特性及其应用 131
第二篇 热学 137
第8章 气体动理论 137
8.1 气体动理论的基本观点 137
8.1.1 分子运动的基本观点 137
8.1.2 气体系统的平衡态 138
8.1.3 分子运动的统计规律性 139
8.2 气体运动状态的描述 139
8.2.1 物态参量 139
8.2.2 物态方程 139
8.2.3 道尔顿分压定律 141
8.3 理想气体的压强公式和温度的意义 141
8.3.1 克劳修斯的理想气体模型 141
8.3.2 理想气体的压强公式 142
8.3.3 温度的统计意义 143
8.4 能量均分定理和理想气体的内能 144
8.4.1 分子运动的自由度 144
8.4.2 能量均分定理 145
8.4.3 理想气体的内能 145
8.5 麦克斯韦和玻耳兹曼统计分布律 146
8.5.1 麦克斯韦速率分布定律 146
8.5.2 分子速率的统计平均值 146
8.5.3 玻耳兹曼分布定律 148
8.5.4 大气密度和压强随高度的变化 149
8.6 气体分子的碰撞 149
8.6.1 平均碰撞频率 150
8.6.2 平均自由程 150
8.7 非平衡态下气体内的迁移现象 151
8.7.1 粘滞现象 151
8.7.2 热传导现象 152
8.7.3 扩散现象 152
8.8 液体的表面现象 153
8.8.1 液体的表面张力 153
8.8.2 弯曲液面下的附加压强 154
8.8.3 润湿现象和毛细现象 155
8.8.4 表面活性物质和表面吸附 157
思考题 158
习题 159
第9章 热力学基础 160
9.1 热力学第一定律 160
9.1.1 热力学的一些基本概念 160
9.1.2 热力学第一定律 162
9.2 理想气体的热力学过程 162
9.2.1 理想气体的等体过程 163
9.2.2 理想气体的等压过程 163
9.2.3 理想气体的等温过程 166
9.2.4 理想气体的绝热过程 166
9.2.5 理想气体的多方过程 167
9.3 循环过程 168
9.3.1 热机循环与制冷机循环 168
9.3.2 卡诺循环 170
9.4 热力学第二定理 172
9.4.1 热力学第二定理的表述 172
9.4.2 可逆过程和不可逆过程 173
9.4.3 卡诺定理 173
9.4.4 热力学第二定理的统计意义 174
9.5 熵 175
9.5.1 熵和熵增加原理 175
9.5.2 熵变计算 177
思考题 178
习题 178
物理学与现代科学技术 180
熵与信息 180
耗散结构 181
第三篇 电磁学 187
第10章 静电场 187
10.1 电荷的基本性质和库仑定律 187
10.1.1 电荷守恒 187
10.1.2 电荷的量子化 188
10.1.3 库仑定律 188
10.1.4 静电力的叠加原理 189
10.2 电场电场强度 191
10.2.1 电场 191
10.2.2 电场强度 191
10.2.3 点电荷的场强 191
10.2.4 电场强度叠加原理 192
10.3 高斯定理 194
10.3.1 电力线 194
10.3.2 电通量 195
10.3.3 高斯定理 195
10.3.4 利用高斯定理求场强 197
10.4 静电场环路定理和电势 199
10.4.1 静电场力做的功 199
10.4.2 静电场的环路定理 200
10.4.3 电势 200
10.4.4 电势叠加原理 202
10.5 静电场中的导体和电容器 203
10.5.1 导体的静电平衡 203
10.5.2 导体上的电荷分布 204
10.5.3 导体表面的场强 204
10.5.4 静电屏蔽 205
10.5.5 电容器的电容 206
10.6 静电场中的电介质 208
10.6.1 有电介质的电容器 208
10.6.2 电介质的极化 209
10.6.3 电介质中的静电场 210
10.6.4 有电介质时的高斯定理和电位移矢量 212
10.7 静电场的能量 214
10.7.1 带电电容器的静电能 214
10.7.2 电场的能量 214
思考题 216
习题 217
物理学与现代科学技术 219
生物的电现象及其应用 219
第11章 稳恒磁场 222
11.1 磁场和磁感应强度 222
11.1.1 基本磁现象 222
11.1.2 磁场 223
11.1.3 磁感应强度 223
11.2 毕奥萨伐尔定律 224
11.2.1 毕奥萨伐尔定律 224
11.2.2 运动电荷的磁场 225
11.2.3 毕奥萨伐尔定律的应用 226
11.3 磁场的高斯定理 228
11.3.1 磁感应线 228
11.3.2 磁通量 228
11.3.3 磁场的高斯定理 229
11.4 安培环路定理 229
11.4.1 安培环路定理的表述及验证 229
11.4.2 安培环路定理的应用 231
11.5 洛仑兹力和安培力 233
11.5.1 洛仑兹力 233
11.5.2 安培力 234
11.5.3 磁约束原理 235
11.6 介质中的磁场 236
11.6.1 磁介质对磁场的影响 236
11.6.2 有磁介质时的高斯定理 237
11.6.3 有磁介质时的安培环路定理 237
思考题 238
习题 239
物理学与现代科学技术 242
超导的基本特性及其应用 242
第12章 电磁感应和电磁场 245
12.1 电磁感应的基本定律 245
12.1.1 电磁感应现象 245
12.1.2 电动势 246
12.1.3 楞茨定律 247
12.1.4 法拉第电磁感应定律 248
12.2 动生电动势和感生电动势 248
12.2.1 动生电动势 249
12.2.2 感生电动势和感生电场 250
12.3 自感和互感 252
12.3.1 自感现象 252
12.3.2 自感电动势和自感系数 252
12.3.3 互感 253
12.4 磁场的能量 254
12.4.1 自感磁能 254
12.4.2 磁场的能量 255
12.5 位移电流和麦克斯韦方程组 256
12.5.1 位移电流 256
12.5.2 麦克斯韦方程组 257
12.6 电磁波 258
12.6.1 电磁波存在的预言及证实 258
12.6.2 电磁波的基本性质 259
12.6.3 电磁波谱 259
思考题 260
习题 261
科学家介绍 262
法拉第 262
第四篇 波动光学 267
第13章 光的干涉 267
13.1 光干涉的基本原理 267
13.1.1 光的干涉现象 267
13.1.2 产生光干涉的基本条件 267
13.1.3 光干涉的计算方法 268
13.2 光干涉的实现方法及应用 270
13.2.1 分波阵面的双光束干涉 270
13.2.2 分振幅的双光束干涉 273
13.2.3 光干涉在现代科技领域的应用 279
思考题 282
习题 283
第14章 光的衍射 286
14.1 光衍射的基本原理 286
14.1.1 光的衍射现象 286
14.1.2 产生光衍射的基本条件 286
14.1.3 光衍射的分类及计算方法 287
14.2 光衍射的实现方法及应用 288
14.2.1 单缝夫琅禾费衍射 288
14.2.2 圆孔夫琅禾费衍射 291
14.2.3 光栅衍射 292
14.2.4 光衍射在现代科技领域中的应用 295
思考题 300
习题 301
第15章 光的偏振 303
15.1 光偏振的基本原理 303
15.1.1 光的偏振现象 303
15.1.2 光偏振的产生及计算 303
15.1.3 光偏振状态的分类及表示 304
15.2 光偏振的实现方法及应用 305
15.2.1 偏振片的起偏和检偏 305
15.2.2 介质分界面上的反射和折射 307
15.2.3 双折射 309
15.2.4 光偏振在现代科技领域中的应用 312
思考题 315
习题 316
第五篇 近代物理及其应用 319
第16章 量子光学概论 319
16.1 黑体辐射 319
16.1.1 热辐射现象 319
16.1.2 黑体辐射定律 320
16.1.3 普朗克量子假设 321
16.2 光电效应 322
16.2.1 光电效应的实验规律 322
16.2.2 爱因斯坦的光子假设和光电效应方程 324
16.2.3 光电效应的应用 324
16.3 康普顿效应 325
16.3.1 康普顿效应 325
16.3.2 光子理论的解释 325
16.3.3 光的波粒二象性 327
思考题 327
习题 327
第17章 量子力学简介 329
17.1 早期量子论 329
17.1.1 原子模型 329
17.1.2 氢原子光谱 330
17.1.3 玻尔氢原子理论 330
17.2 量子力学基本概念 332
17.2.1 物质波 333
17.2.2 波函数及其统计解释 335
17.2.3 不确定关系 336
17.2.4 薛定谔方程 337
思考题 341
习题 341
第18章 当代物理的新进展及应用简介 342
18.1 现代光学及其应用 342
18.1.1 激光 342
18.1.2 激光全息术 345
18.1.3 激光生物学与现代农业 347
18.1.4 光通信 349
18.2 亚原子物理简介 350
18.2.1 原子核的基本结构 351
18.2.2 放射性衰变和应用 352
18.2.3 核反应及其应用 352
18.2.4 粒子物理与宇宙演化 358
思考题 362
科学家介绍 362
波尔 362
附录Ⅰ 矢量 365
附录Ⅱ 常用物理常量表 370
附录Ⅲ 有关银河系、太阳、地球、月球的数据 371
附录Ⅳ 数学公式 372
附录Ⅴ 希腊字母表 374
习题答案 375
主要参考文献 383