第1章 质点力学 1
1.1质点和参考系 1
1.1.1质点和刚体 1
1.1.2参考系和坐标系 2
1.1.3空间和时间 3
1.2质点运动的描述 3
1.2.1位矢 3
1.2.2位移 4
1.2.3速度 5
1.2.4加速度 6
1.3牛顿运动定律 8
1.3.1牛顿运动定律的表述 8
1.3.2牛顿运动定律的应用举例 9
1.4功和能 机械能守恒定律 12
1.4.1功和功率 12
1.4.2动能和势能 14
1.4.3机械能守恒定律 17
1.5冲量和动量 动量守恒定律 19
1.5.1力的冲量 19
1.5.2动量 动量定理 20
1.5.3动量守恒定律 21
1.6力矩和角动量 角动量守恒定律 23
1.6.1力矩 角动量 23
1.6.2角动量守恒定律 24
1.7碰撞 28
1.7.1完全弹性碰撞 29
1.7.2完全非弹性碰撞 30
1.7.3非完全弹性碰撞 30
思考题 32
习题 33
知识窗口1纳米科技 35
第2章 刚体和流体力学基础 39
2.1刚体定轴转动的运动学描述 39
2.1.1刚体的运动形式 39
2.1.2刚体定轴转动的运动学 40
2.2刚体定轴转动的动力学描述 43
2.2.1刚体定轴转动时所受的力矩 44
2.2.2定轴转动的转动定律 45
2.2.3转动惯量 46
2.2.4转动定律的应用举例 50
2.3刚体定轴转动的机械能守恒 53
2.3.1力矩的功 53
2.3.2力矩的功率 54
2.3.3转动动能 54
2.3.4定轴转动的动能定理 55
2.3.5刚体的势能 56
2.3.6刚体的机械能守恒定律 56
2.4刚体定轴转动的角动量守恒 59
2.4.1刚体定轴转动的角动量 59
2.4.2刚体定轴转动的角动量定理 59
2.4.3刚体定轴转动的角动量守恒定律 60
2.5流体力学简介 63
2.5.1流体静力学 64
2.5.2流体运动学 67
2.5.3流体动力学 71
2.5.4实际流体的运动规律 75
思考题 79
习题 80
知识窗口2团簇物理 82
第3章 机械振动 86
3.1简谐运动的运动学描述 86
3.1.1简谐运动的运动学方程、速度、加速度 86
3.1.2简谐运动的特征物理量 87
3.1.3简谐运动的曲线表示法和旋转矢量表示法 91
3.2简谐运动的动力学方程和能量 95
3.2.1简谐运动的动力学方程 95
3.2.2简谐运动的能量 97
3.3几种常见的简谐运动 99
3.3.1单摆 99
3.3.2复摆 101
3.3.3扭摆 102
3.4阻尼振动 受迫振动 共振 103
3.4.1阻尼振动 103
3.4.2受迫振动 106
3.4.3共振 107
3.5简谐运动的合成 108
3.5.1两个同方向同频率简谐运动的合成 108
3.5.2两个同方向不同频率简谐运动的合成 110
3.5.3两个相互垂直同频率简谐运动的合成 113
3.5.4两个相互垂直频率为整数比简谐运动的合成 114
思考题 116
习题 116
第4章 机械波 120
4.1机械波的产生和分类 120
4.1.1机械波产生的条件 120
4.1.2横波和纵波 121
4.1.3平面波和球面波 122
4.1.4水波 122
4.2平面简谐波的运动学描述 123
4.2.1平面简谐波的波函数 123
4.2.2平面简谐波的基本特征物理量 125
4.2.3平面简谐波波函数的其他形式 126
4.3平面简谐波的动力学描述 128
4.3.1平面简谐波的波动方程 128
4.3.2波速 129
4.4波的能量和波的强度 131
4.4.1波的能量 能量密度 131
4.4.2能流 波的强度 133
4.5波的衍射和干涉 驻波 134
4.5.1惠更斯原理 波的衍射 134
4.5.2波的叠加原理 波的干涉 136
4.5.3驻波 半波损失 139
4.6声波 142
4.6.1声波 声强级 142
4.6.2超声波 144
4.6.3次声波 145
思考题 145
习题 146
第5章 几何光学 150
5.1几何光学的基本定律 150
5.1.1光的直线传播定律 150
5.1.2光的反射定律 151
5.1.3光的折射定律 151
5.2光在平面上的反射和折射 152
5.2.1光在平面上的反射成像 152
5.2.2光在平面上的折射成像 153
5.2.3全反射 156
5.3光在球面上的反射和折射 157
5.3.1光程 光程差 158
5.3.2光在球面上的反射成像 160
5.3.3光在球面上的折射成像 162
5.4薄透镜 165
5.4.1薄透镜的成像公式 166
5.4.2薄透镜的横向放大率 169
5.4.3薄透镜的作图求像法 169
5.5光学仪器 170
5.5.1人的眼睛 170
5.5.2放大镜 172
5.5.3显微镜 174
5.5.4望远镜 175
5.5.5照相机 176
思考题 177
习题 177
知识窗口3非线性光学 178
第6章 光的干涉 182
6.1光的干涉现象 182
6.1.1光源 182
6.1.2光的相干性 183
6.1.3干涉的分类 184
6.2杨氏双缝干涉 184
6.2.1杨氏双缝干涉的实验装置 184
6.2.2明暗条纹的位置和条纹间距 185
6.2.3杨氏双缝干涉图样的特点 187
6.2.4劳埃德镜 187
6.3薄膜干涉 188
6.3.1等倾干涉 188
6.3.2等厚干涉 192
6.4迈克耳孙干涉仪 196
6.5光的空间相干性和时间相干性 198
6.5.1光的空间相干性 199
6.5.2光的时间相干性 200
思考题 202
习题 203
第7章 光的衍射 206
7.1光的衍射现象 206
7.1.1光的衍射现象 206
7.1.2惠更斯-菲涅耳原理 206
7.1.3衍射的分类 208
7.2夫琅禾费单缝衍射 209
7.2.1单缝衍射的实验装置 209
7.2.2单缝衍射的光强分布 209
7.2.3单缝衍射图样的特点 212
7.3夫琅禾费圆孔衍射 214
7.3.1夫琅禾费圆孔衍射 214
7.3.2光学仪器的分辨本领 215
7.4光栅衍射 217
7.4.1衍射光栅 217
7.4.2光栅方程 218
7.4.3谱线的缺级 219
7.4.4衍射光谱 220
7.5晶体的X射线衍射 222
7.5.1晶格X射线 222
7.5.2布拉格方程 223
7.5.3劳厄相和德拜相 223
思考题 224
习题 225
第8章 光的偏振 226
8.1光的偏振现象 226
8.1.1光的偏振性 226
8.1.2自然光与线偏振光 226
8.1.3部分偏振光 227
8.2马吕斯定律 228
8.2.1起偏和检偏 228
8.2.2马吕斯定律 229
8.3布儒斯特定律 230
8.3.1反射起偏 230
8.3.2布儒斯特定律 231
8.3.3透射起偏 232
8.4光的双折射现象 232
8.4.1双折射现象 232
8.4.2光轴与主平面 233
8.4.3o光和e光的相对光强 233
8.4.4波片 234
8.5人工双折射和旋光现象 235
8.5.1电光效应 235
8.5.2光弹性效应 235
8.5.3旋光现象 236
8.6光与物质的相互作用 237
8.6.1光的吸收 237
8.6.2光的散射 238
8.6.3光的色散 239
思考题 239
习题 240
第9章 物质的本性 242
9.1热辐射 黑体 242
9.1.1热辐射 242
9.1.2黑体 243
9.2黑体辐射的经典理论 244
9.2.1基尔霍夫定律 244
9.2.2斯特藩-玻耳兹曼定律 245
9.2.3维恩位移定律 245
9.2.4维恩公式和瑞利-金斯公式 245
9.2.5普朗克公式 246
9.3光电效应 247
9.3.1光电效应 247
9.3.2爱因斯坦的光量子理论 248
9.3.3光的本性 249
9.4康普顿散射 250
9.4.1康普顿散射的实验结果 250
9.4.2康普顿散射的理论解释 251
9.5物质的本性 253
9.5.1德布罗意波的假设 253
9.5.2德布罗意波的实验证明 253
9.5.3物质的本性 255
思考题 256
习题 256
知识窗口4光信息存储 257
第10章 狭义相对论力学基础 261
10.1经典力学的时空观 261
10.1.1伽利略相对性原理 261
10.1.2经典力学的时空观 261
10.1.3伽利略变换 262
10.2狭义相对论的基本原理 264
10.2.1迈克耳孙-莫雷实验 264
10.2.2狭义相对论的基本原理 265
10.2.3洛伦兹变换 266
10.3狭义相对论的时空观 269
10.3.1“同时”的相对性 269
10.3.2时间延缓 271
10.3.3长度收缩 271
10.4狭义相对论的动力学基础 273
10.4.1狭义相对论的质量 274
10.4.2狭义相对论的动量 274
10.4.3狭义相对论的能量 275
10.4.4狭义相对论的基本动力学方程 276
思考题 277
习题 278
习题参考答案 279