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绪论1

0.1 物理学的意义和研究对象1

0.2 物理实验和理论结构1

0.3 物理学和科学技术2

0.4 物理学与人才培养3

第1章 力和运动4

1.1 质点运动的描述4

1.1.1 质点4

1.1.2 参考系和坐标系4

1.1.3 位置矢量和位移5

1.1.4 速度和加速度7

1.1.5 自然坐标系下的速度和加速度10

1.2 求解运动学问题举例12

1.3 圆周运动17

1.4 绝对时空条件下的相对运动20

1.4.1 时间与空间20

1.4.2 相对运动21

1.5 牛顿运动定律及其应用23

1.5.1 牛顿运动定律的基本内容23

1.5.2 力学中常见的几种力25

1.5.3 单位制和量纲27

1.5.4 牛顿运动定律的应用28

思考题30

习题30

第2章 动量 功和能34

2.1 动量 冲量 动量定理34

2.1.1 动量34

2.1.2 冲量34

2.1.3 动量定理35

2.2 质点系的动量定理及动量守恒定律37

2.2.1 质点系的动量定理37

2.2.2 质心和质心运动定理38

2.2.3 动量守恒定律38

2.3 动能定理40

2.3.1 功40

2.3.2 功率42

2.3.3 质点的动能定理43

2.4 保守力与非保守力 势能46

2.4.1 万有引力、重力、弹性力的做功特点46

2.4.2 保守力与非保守力47

2.4.3 势能48

2.5 功能原理 机械能守恒定律49

2.5.1 质点系的动能定理49

2.5.2 功能原理50

2.5.3 机械能守恒定律50

2.6 碰撞53

2.6.1 完全弹性碰撞53

2.6.2 完全非弹性碰撞55

2.6.3 非弹性碰撞55

思考题57

习题58

第3章 刚体的转动61

3.1 刚体的定轴转动61

3.1.1 平动和转动61

3.1.2 刚体定轴转动的运动学描述61

3.2 刚体定轴转动的动力学描述63

3.2.1 力对转轴的力矩63

3.2.2 转动定律65

3.2.3 转动惯量66

3.3 角动量 角动量守恒定律70

3.3.1 角动量70

3.3.2 刚体定轴转动的角动量定理71

3.3.3 角动量守恒定律72

3.4 刚体定轴转动的动能定理76

3.4.1 转动动能76

3.4.2 力矩的功和功率76

3.4.3 刚体绕定轴转动的动能定理77

思考题79

习题79

第4章 机械振动和波动84

4.1 简谐运动84

4.1.1 简谐运动的基本特征84

4.1.2 描述简谐运动的物理量86

4.2 简谐运动的旋转矢量表示法90

4.3 简谐运动的能量94

4.4 一维简谐运动的合成 拍现象95

4.4.1 两个同方向同频率简谐运动的合成95

4.4.2 两个同方向不同频率简谐运动的合成98

4.4.3 相互垂直的同频率简谐运动的合成99

4.5 机械波的产生和传播101

4.5.1 机械波的产生和传播101

4.5.2 波动过程的描述103

4.6 平面简谐波104

4.6.1 平面简谐波的波函数105

4.6.2 平面简谐波的能量108

4.7 惠更斯原理 波的衍射110

4.7.1 惠更斯原理110

4.7.2 波的衍射110

4.8 波的叠加111

4.8.1 波的叠加原理111

4.8.2 波的干涉111

4.8.3 驻波115

4.9 多普勒效应118

4.9.1 波源不动，观测者相对介质以速度v0运动118

4.9.2 观测者不动，波源相对介质以速度vs运动119

4.9.3 波源和观测者同时相对介质运动120

4.9.4 冲击波121

思考题121

习题122

第5章 气体分子动理论127

5.1 分子动理论的基本概念127

5.1.1 统计规律127

5.1.2 物质的微观模型 分子力128

5.2 理想气体及其状态描述129

5.2.1 理想气体的微观模型129

5.2.2 理想气体状态的描述129

5.3 理想气体的压强和温度131

5.3.1 理想气体的压强公式131

5.3.2 温度与气体分子平均平动动能的关系132

5.3.3 方均根速率133

5.4 能量按自由度均分定理 理想气体的内能134

5.4.1 分子运动的自由度数134

5.4.2 能量按自由度均分定理135

5.4.3 理想气体的内能136

5.5 麦克斯韦速率分布律137

5.5.1 麦克斯韦速率分布函数137

5.5.2 三种统计速率139

5.6 气体分子的平均碰撞频率和平均自由程141

5.6.1 分子的平均碰撞频率141

5.6.2 分子的平均自由程142

5.7 气体的输运现象143

5.7.1 粘滞现象144

5.7.2 热传导现象145

5.7.3 扩散现象146

思考题147

习题148

第6章 热力学基础151

6.1 热力学第一定律151

6.1.1 热力学过程151

6.1.2 内能 功 热量152

6.1.3 热力学第一定律154

6.2 热力学第一定律的应用155

6.2.1 等体过程 定容摩尔热容155

6.2.2 等压过程 定压摩尔热容156

6.2.3 等温过程158

6.2.4 绝热过程159

6.2.5 绝热线与等温线161

6.3 循环过程 卡诺循环163

6.3.1 循环过程163

6.3.2 热机和制冷机164

6.3.3 卡诺循环166

6.4 热力学第二定律168

6.4.1 热力学第二定律的两种表述168

6.4.2 两种表述的等效性169

6.5 可逆过程与不可逆过程 卡诺定理170

6.5.1 可逆过程与不可逆过程170

6.5.2 热力学第二定律的实质170

6.5.3 热力学第二定律的统计意义171

6.5.4 卡诺定理173

6.6 熵和熵增加原理174

6.6.1 玻尔兹曼熵174

6.6.2 克劳修斯熵174

6.6.3 熵增加原理178

思考题179

习题180

第7章 真空中的静电场184

7.1 电荷 库仑定律184

7.1.1 电荷184

7.1.2 库仑定律185

7.1.3 静电力的叠加原理186

7.2 电场 电场强度186

7.2.1 电场186

7.2.2 电场强度187

7.2.3 电场强度的计算188

7.3 高斯定理194

7.3.1 电场线194

7.3.2 电通量195

7.3.3 高斯定理196

7.3.4 高斯定理的应用199

7.4 电势202

7.4.1 静电场的环路定理202

7.4.2 电势203

7.4.3 电势的计算204

7.5 等势面 电场强度与电势梯度208

7.5.1 等势面208

7.5.2 电场强度与电势梯度的关系209

思考题211

习题212

第8章 静电场中的导体和电介质216

8.1 静电场中的导体216

8.1.1 导体的静电平衡条件216

8.1.2 静电平衡时导体上的电荷分布217

8.1.3 静电屏蔽220

8.2 电容和电容器221

8.2.1 孤立导体的电容221

8.2.2 电容器及其电容222

8.2.3 电容器的连接224

8.3 静电场中的电介质226

8.3.1 电介质的极化226

8.3.2 极化强度和极化电荷228

8.4 电位移矢量 有电介质时的高斯定理230

8.5 静电场的能量235

思考题238

习题240

第9章 恒定电流的磁场243

9.1 恒定电流243

9.1.1 恒定电流 电流密度矢量243

9.1.2 欧姆定律 电阻245

9.2 电源电动势 全电路欧姆定律249

9.2.1 非静电力249

9.2.2 电源电动势250

9.2.3 电源的路端电压250

9.2.4 全电路欧姆定律252

9.3 磁场 磁感应强度253

9.3.1 磁的基本现象253

9.3.2 磁感应强度255

9.4 毕奥－萨伐尔定律及其应用256

9.4.1 毕奥－萨伐尔定律256

9.4.2 毕奥－萨伐尔定律的应用257

9.5 磁场的高斯定理261

9.5.1 磁感应线261

9.5.2 磁通量262

9.5.3 磁场的高斯定理263

9.6 安培环路定理及其应用263

9.6.1 安培环路定理263

9.6.2 安培环路定理应用举例265

9.7 带电粒子在磁场中的运动267

9.7.1 洛伦兹力267

9.7.2 带电粒子在均匀磁场中的运动269

9.7.3 霍耳效应270

9.8 磁场对载流导线的作用272

9.8.1 安培力272

9.8.2 磁场对载流线圈的作用274

9.9 磁场中的磁介质275

9.9.1 磁介质的磁化276

9.9.2 有磁介质时的安培环路定理278

9.9.3 铁磁质281

思考题285

习题286

第10章 电磁感应291

10.1 电磁感应定律291

10.1.1 电磁感应现象291

10.1.2 楞次定律292

10.1.3 法拉第电磁感应定律293

10.2 动生电动势294

10.3 感生电动势 涡电流297

10.3.1 感生电动势297

10.3.2 涡电流300

10.4 自感和互感301

10.4.1 自感现象与自感系数301

10.4.2 互感现象与互感系数303

10.5 磁场的能量305

10.6 位移电流 麦克斯韦方程组307

10.6.1 位移电流307

10.6.2 麦克斯韦方程组310

10.7 平面电磁波及其性质311

10.7.1 平面电磁波的性质311

10.7.2 光的电磁理论312

10.7.3 电磁波的能流密度313

思考题314

习题315

第11章 波动光学321

11.1 光的相干性321

11.1.1 相干光和相干光源321

11.1.2 光源的发光机理321

11.1.3 相干光的获取322

11.2 杨氏双缝干涉实验 劳埃德镜323

11.2.1 杨氏双缝干涉实验323

11.2.2 劳埃德镜 半波损失325

11.3 相位差和光程326

11.3.1 两束光在相遇点的相位差326

11.3.2 光程和费马原理327

11.3.3 透镜物像之间的等光程性328

11.4 薄膜干涉329

11.4.1 厚度均匀薄膜的干涉329

11.4.2 厚度不均匀薄膜的干涉332

11.4.3 迈克耳孙干涉仪336

11.5 光的衍射338

11.5.1 光的衍射现象338

11.5.2 惠更斯－菲涅耳原理339

11.5.3 菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射339

11.6 夫琅禾费单缝衍射340

11.7 圆孔衍射 光学仪器的分辨本领343

11.7.1 夫琅禾费圆孔衍射343

11.7.2 光学仪器的分辨率344

11.8 光栅和光栅衍射346

11.8.1 光栅346

11.8.2 光栅衍射347

11.8.3 缺级现象348

11.8.4 衍射光谱349

11.9 光的偏振350

11.9.1 自然光与偏振光350

11.9.2 起偏与检偏351

11.9.3 马吕斯定律352

11.9.4 反射光和折射光的偏振353

思考题356

习题357

第12章 狭义相对论361

12.1 基于绝对时空的力学理论361

12.1.1 伽利略变换式 经典力学的相对性原理361

12.1.2 经典力学的绝对时空观363

12.1.3 绝对参考系的困惑363

12.2 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换364

12.2.1 狭义相对论的基本原理364

12.2.2 洛伦兹变换365

12.2.3 洛伦兹速度变换式366

12.3 狭义相对论的时空观367

12.3.1 同时的相对性368

12.3.2 长度的收缩368

12.3.3 时间的延缓369

12.4 光的多普勒效应370

12.5 相对论动力学372

12.5.1 相对论动量与质量372

12.5.2 狭义相对论动力学的基本方程373

12.5.3 质量与能量的关系373

12.5.4 质能公式在原子核裂变和聚变中的应用374

12.5.5 动量与能量的关系375

思考题377

习题377

第13章 量子物理基础380

13.1 黑体辐射和能量子假设380

13.1.1 热辐射的实验定律380

13.1.2 黑体辐射的经典公式381

13.1.3 普朗克的黑体辐射公式383

13.2 光的粒子性384

13.2.1 普朗克量子假说384

13.2.2 光电效应385

13.2.3 爱因斯坦光量子理论387

13.2.4 光的波粒二象性389

13.2.5 光电效应的应用389

13.3 康普顿效应391

13.3.1 光的散射391

13.3.2 康普顿效应392

13.3.3 康普顿效应与光电效应的关系393

13.4 玻尔的氢原子理论394

13.4.1 氢原子光谱的实验规律395

13.4.2 卢瑟福的原子有核模型396

13.4.3 玻尔的氢原子理论396

13.5 实物粒子的波粒二象性399

13.5.1 德布罗意假设399

13.5.2 电子衍射实验401

13.6 不确定关系402

13.7 波函数 薛定谔方程406

13.7.1 波函数406

13.7.2 波函数的统计诠释407

13.7.3 薛定谔方程409

13.8 一维定态问题410

13.8.1 一维无限深势阱410

13.8.2 一维势垒 隧道效应413

13.8.3 一维谐振子414

思考题415

习题415

参考文献419