第1章 几何光学基础 1
1.1基本概念 1
1.1.1点光源和光束 1
1.1.2物和像 2
1.1.3光速、光程和介质的折射率 3
1.2几何光学基本定律 4
1.2.1光的直线传播定律和光的独立传播定律 4
1.2.2光的反射定律和折射定律 5
1.2.3光的全反射 7
1.3光在平面上的反射和折射 7
1.3.1光在平面上的反射 7
1.3.2光在平面上的折射 9
1.4光在球面上的反射和折射 11
1.4.1光在单球面上的折射 11
1.4.2横向放大率和角放大率 14
1.4.3球面折射成像的作图方法 15
1.4.4球面反射成像 15
1.5薄透镜 16
1.5.1薄透镜成像规律 16
1.5.2薄透镜成像的作图法和横向放大率 18
思考与讨论 20
习题1 21
第2章 光的偏振 23
2.1光波的描述 23
2.2光的偏振性 24
2.2.1自然光与偏振光 24
2.2.2偏振片的起偏和检偏 26
2.3马吕斯定律 28
2.4布儒斯特定律 29
2.4.1反射光和折射光的偏振 30
2.4.2玻璃片堆法获得偏振光 31
思考与讨论 32
习题2 32
第3章 光的干涉 34
3.1光的相干性 34
3.1.1光波的位相差、波程差和光程差 34
3.1.2光的叠加原理和相干条件 35
3.1.3相干光的获得 36
3.2分波阵面干涉 36
3.2.1杨氏双缝干涉实验 36
3.2.2半波损失 38
3.3分振幅干涉 40
3.3.1薄膜的等倾干涉 40
3.3.2劈尖的等厚干涉 41
3.3.3牛顿环 42
3.3.4增透膜 43
思考与讨论 44
习题3 45
第4章 光的衍射 47
4.1光的衍射原理 47
4.1.1光的衍射及其分类 47
4.1.2惠更斯-菲涅耳原理 48
4.2夫琅禾费单缝衍射和菲涅耳半波带法 48
4.2.1单缝夫琅禾费衍射的装置以及光强分布 49
4.2.2菲涅耳半波带法 49
4.3光栅衍射和光谱 52
4.3.1光栅 52
4.3.2光栅衍射 53
4.3.3明纹条件和光栅方程 53
4.3.4光栅光谱 54
4.3.5缺级问题 55
4.3.6光栅的衍射光强分布 55
4.4眼睛和光学仪器的分辨率 56
4.4.1眼睛视物的基本原理 56
4.4.2光学仪器的分辨率 59
思考与讨论 60
习题4 61
第5章 量子光学基础 63
5.1热辐射与普朗克能量子假设 63
5.2光电效应与爱因斯坦的光子理论 65
5.3康普顿散射和光的波粒二象性 67
5.3.1康普顿散射 67
5.3.2光的波粒二象性 68
5.4氢原子的玻尔理论 69
思考与讨论 74
习题5 74
第6章 运动的相对性 75
6.1质点相对运动的描述 75
6.1.1质点和参考系 75
6.1.2位置矢量和运动方程 76
6.1.3位移、速度和加速度 78
6.2匀变速直线运动 82
6.3圆周运动 83
6.3.1匀速圆周运动与法向加速度 83
6.3.2变速圆周运动 84
6.4平面曲线运动 87
6.4.1运动叠加原理 87
6.4.2斜抛运动 88
6.5伽利略相对性原理与伽利略变换 90
6.5.1相对运动 90
6.5.2伽利略相对性原理 92
6.5.3伽利略变换 93
6.5.4伽利略相对性原理的局限性 94
思考与讨论 95
习题6 96
第7章 狭义相对论时空观 98
7.1狭义相对论的两个基本假设 98
7.2洛伦兹坐标变换和速度变换 98
7.2.1洛伦兹坐标变换 98
7.2.2洛伦兹速度变换关系 100
7.3同时性的相对性、时间延缓和长度收缩 101
7.3.1同时的相对性 101
7.3.2时间延缓效应 103
7.3.3长度收缩效应 104
思考与讨论 105
习题7 105
第8章 质点动力学基础 107
8.1牛顿运动定律及其应用 107
8.1.1牛顿第一运动定律 107
8.1.2牛顿第二运动定律 109
8.1.3牛顿第三运动定律 110
8.1.4牛顿运动定律的综合应用 111
8.2质点与质点系的动量定理和动量守恒定律 113
8.2.1质点的动量和动量定理 113
8.2.2质点系的动量定理 114
8.2.3动量守恒定律 116
8.3功和动能定理 117
8.3.1功 117
8.3.2动能和动能定理 118
8.4质点系的势能 120
8.4.1保守力的功 120
8.4.2质点系的势能 121
8.5机械能守恒定律和功能原理 123
8.5.1机械能守恒定律 123
8.5.2非保守力的功 124
8.5.3功能原理 124
8.6相对论质量和动量 126
8.7狭义相对论质能关系 127
思考与讨论 129
习题8 129
第9章 刚体转动 132
9.1质心和质心运动定理 132
9.1.1质心与刚体的平动 132
9.1.2质心运动定律 135
9.2刚体定轴转动 136
9.3力矩、转动定律和转动惯量 139
9.3.1力矩 139
9.3.2刚体定轴转动的角动量 139
9.3.3转动惯量 140
9.3.4刚体定轴转动定律 143
9.4角动量定理和角动量守恒定律 144
9.4.1刚体定轴转动的角动量定理 145
9.4.2刚体定轴转动的角动量守恒定律 145
9.5力矩的功和刚体绕定轴转动的动能定理 146
9.5.1力矩的功 146
9.5.2刚体绕定轴转动的动能定理 146
思考与讨论 148
习题9 149
第10章 机械振动和机械波 153
10.1简谐振动 153
10.1.1简谐振动方程 153
10.1.2振幅和相位 155
10.1.3简谐振动的旋转矢量法 157
10.1.4简谐振动的能量 158
10.2一维简谐振动的合成 160
10.2.1两个同方向、同频率简谐振动的合成 160
10.2.2两个同方向、不同频率简谐振动的合成 162
10.3机械波 163
10.3.1机械波的基本特征 163
10.3.2平面简谐波的波函数 166
10.4波的能量 169
10.4.1波的能量传输特性 169
10.4.2能量密度 171
10.4.3能流密度 171
思考与讨论 172
习题10 173
第11章 流体运动基础 176
11.1理想流体的稳定流动 176
11.1.1理想流体 176
11.1.2稳定流动 176
11.1.3连续性方程 177
11.2伯努利方程及其应用 178
11.2.1伯努利方程 178
11.2.2伯努利方程的应用 179
11.3黏性流体的运动规律 180
11.3.1流体的黏性 180
11.3.2泊肃叶定律 181
11.3.3斯托克斯定律 183
11.4液体表面性质 184
11.4.1液体的表面张力 184
11.4.2弯曲液面的附加压强 188
11.4.3毛细现象和气体栓塞现象 190
思考与讨论 193
习题11 194
第12章 气体动理学基础 196
12.1平衡态和状态参量 196
12.2理想气体模型 197
12.3理想气体内能和能量均分原理 202
12.4麦克斯韦气体分子速率分布律 204
12.4.1气体分子速率的实验测定 204
12.4.2分子速率分布 205
12.4.3麦克斯韦分子速率分布律 205
12.4.4统计速率 206
12.5气体分子的平均碰撞频率和平均自由程 207
12.5.1气体分子的平均碰撞频率 207
12.5.2气体分子的平均自由程 208
思考与讨论 209
习题12 210
第13章 热学基础 212
13.1准静态过程 212
13.1.1准静态过程与弛豫时间 212
13.1.2准静态过程的功 213
13.2热力学第一定律 213
13.3理想气体的等体过程和等压过程 214
13.3.1理想气体的等体过程 214
13.3.2理想气体的等压过程 215
13.4理想气体的等温过程和绝热过程 216
13.4.1理想气体的等温过程 216
13.4.2绝热过程 217
13.5循环过程与热机效率 219
13.5.1循环过程 219
13.5.2卡诺循环 220
13.5.3卡诺定理 221
13.6热力学第二定律和熵增加原理 221
13.6.1可逆过程与不可逆过程 222
13.6.2热力学第二定律概述 222
13.6.3熵与熵增加原理 223
13.7玻尔兹曼关系 224
13.8热力学第三定律 225
思考与讨论 225
习题13 226
第14章 真空中的静电场 229
14.1电荷守恒定律和库仑定律 229
14.1.1电荷与电荷守恒定律 229
14.1.2点电荷的概念与库仑定律 231
14.1.3库仑定律和万有引力定律的主要异同 232
14.1.4氢核聚变的困难所在 233
14.2静止电荷的电场强度 233
14.2.1静电场和电场强度 233
14.2.2静电场的叠加原理和点电荷系的电场强度 234
14.2.3连续带电体电场中的场强 235
14.3静电场的高斯定理 236
14.3.1电通量 236
14.3.2真空中静电场的高斯定理 238
14.3.3用高斯定理求电场强度 241
14.4静电场的环路定理 243
14.5电势能与电势 245
14.5.1电势能 245
14.5.2电势差和电势 246
14.6电势叠加原理 247
14.6.1在单个点电荷产生的电场中任意一点的电势 247
14.6.2在多个点电荷产生的电场中任意一点的电势 248
14.6.3在任意带电体产生的电场中任意一点的电势 248
14.7电场强度和电势的关系 250
14.7.1等势面 250
14.7.2电势与电场强度的关系 251
思考与讨论 253
习题14 255
第15章 导体和电介质中的静电场 257
15.1导体的静电平衡 257
15.1.1金属导体的静电平衡 257
15.1.2导体表面的电荷和电场 258
15.1.3导体空腔 259
15.1.4导体静电平衡性质的应用 260
15.2有电介质存在时的电场 262
15.2.1电介质 262
15.2.2极化电荷与自由电荷的关系 263
15.2.3有电介质时的高斯定理 264
15.3电容 266
15.3.1孤立导体的电容 266
15.3.2电容器 267
15.3.3电容的计算 268
15.4带电体系的静电能 269
15.4.1电容器的静电能 269
15.4.2静电场的能量 270
思考与讨论 271
习题15 272
第16章 稳恒磁场 275
16.1恒定电流、电流密度和电动势 275
16.1.1恒定电流和电流密度 275
16.1.2电源和电动势 280
16.2磁感应强度和毕奥-萨伐尔定律 281
16.2.1奥斯特实验 281
16.2.2磁感应强度 283
16.2.3毕奥-萨伐尔定律 284
16.2.4毕奥-萨伐尔定律应用举例 285
16.2.5运动电荷的磁场 290
16.3稳恒磁场的高斯定理和安培环路定理 291
16.3.1磁通量 291
16.3.2磁场的高斯定理 292
16.3.3安培环路定理 293
16.4安培环路定理的应用 295
思考与讨论 299
习题16 301
第17章 磁相互作用和磁介质 304
17.1洛伦兹力 304
17.2安培定律 305
17.3磁场对载流线圈的作用 307
17.3.1在匀强磁场中的载流线圈 307
17.3.2在非均匀磁场中的载流线圈 308
17.4有磁介质存在时的磁场 309
17.4.1磁介质 309
17.4.2磁化强度矢量与磁化电流 312
17.5磁介质中的高斯定理和安培环路定理 313
17.5.1磁介质中的高斯定理 314
17.5.2磁介质中的安培环路定理 314
思考与讨论 317
习题17 317
第18章 变化的电磁场和电磁波 320
18.1电磁感应定律 320
18.1.1电磁感应现象 320
18.1.2法拉第电磁感应定律 321
18.1.3楞次定律 321
18.2动生电动势和感生电动势 323
18.2.1动生电动势 323
18.2.2感生电动势 326
18.2.3电磁感应的应用举例 328
18.3自感和互感 330
18.3.1自感 330
18.3.2互感 331
18.4磁场的能量 334
18.4.1自感线圈中的磁能 334
18.4.2互感线圈中的磁能 335
18.5位移电流和麦克斯韦方程组 336
18.5.1位移电流 336
18.5.2麦克斯韦方程组 339
18.6电磁振荡和电磁波 340
18.6.1电磁振荡 340
18.6.2电磁波 341
思考与讨论 344
习题18 346
第19章 量子力学基础 350
19.1德布罗意波和微观粒子的波粒二象性 350
19.1.1德布罗意关系 350
19.1.2波粒二象性的实验证明 352
19.1.3德布罗意波的概率诠释 353
19.2不确定关系 353
19.3波函数及其统计解释 356
19.3.1波函数 356
19.3.2波函数的统计解释 357
19.4薛定谔方程 358
19.5一维无限深势阱 360
19.6一维势垒和隧道效应 363
19.7电子自旋和泡利不相容原理 364
思考与讨论 367
习题19 367
常用基本物理常数 369
参考文献 370