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目录1

绪论1

第1篇 力学7

1 运动和力7

1.1 质点运动学8

1.1.1 质点、参考系和坐标系8

1.1.2 时间和空间的计量8

1.1.3 位置矢量 位移9

1.1.4 速度 加速度10

1.2 牛顿运动定律12

1.2.1 牛顿第一定律 惯性系12

1.2.2 牛顿第二定律13

1.2.3 牛顿第三定律13

1.3 力学相对性原理 伽利略变换14

1.4 惯性力15

思考题16

习题17

2 动量守恒 角动量守恒20

2.1.1 动量、冲量和质点动量定理21

2.1 动量定理 动量守恒定理21

2.1.2 质点组的动量定理22

2.1.3 动量守恒定理24

2.2 角动量定理 角动量守恒25

2.2.1 力矩25

2.2.2 质点角动量26

2.2.3 角动量定理26

2.2.4 刚体绕固定轴的转动28

2.2.5 角动量守恒定律30

思考题32

习题33

3 能量守恒36

3.1 功37

3.2 动能和动能定理38

3.2.1 质点的动能及其动能定理38

3.2.2 刚体的动能及其动能定理39

3.3 势能40

3.3.1 保守力和耗散力40

3.3.2 势能41

3.3.3 势能曲线42

思考题44

3.4 机械能守恒定律44

习题45

4 流体力学47

4.1 流体静力学48

4.1.1 静止流体内一点的压强48

4.1.2 静止流体内两点的压强差50

4.2 理想流体的定常流动52

4.2.1 理想流体52

4.2.2 定常流动53

4.2.4 伯努利方程54

4.2.3 连续性方程54

4.2.5 伯努利方程应用56

4.3 黏滞流体的运动58

4.3.1 层流的黏滞定律59

4.3.2 泊肃叶公式60

4.3.3 层流和湍流64

4.4 黏滞流体中运动物体受到的阻力66

思考题67

习题68

5 气体分子动理论72

第2篇 热学72

5.1 平衡态 状态方程73

5.1.1 系统 宏观描述与微观描述73

5.1.2 平衡态73

5.1.3 状态方程75

5.2 理想气体的压强公式76

5.2.1 分子热运动的描述76

5.2.2 理想气体的微观模型77

5.2.3 按气体分子动理论计算压强78

5.3 气体分子动理论对温度的解释81

5.4.1 统计规律 分布函数83

5.4 麦克斯韦速率分布83

5.4.2 麦克斯韦速率分布律85

5.4.3 理想气体的特征速率86

5.4.4 麦克斯韦速率分布律的实验验证88

5.5 玻尔兹曼分布律89

5.5.1 玻尔兹曼分布律89

5.5.2 重力场中粒子按高度的分布92

5.6 能量均分定理93

5.6.1 自由度94

5.6.2 能量均分定理95

5.6.3 理想气体的内能95

5.7.1 分子的平均碰撞频率97

5.7 气体分子的平均自由程97

5.7.2 分子的平均自由程99

5.8 气体内的输运过程100

5.8.1 黏性100

5.8.2 热传导101

5.8.3 扩散102

5.9 范德瓦耳斯方程103

思考题105

习题107

6 热力学基础110

6.1 热力学第一定律111

6.1.1 热量111

6.1.2 功113

6.1.3 热力学第一定律114

6.2 理想气体的典型热力学过程115

6.2.1 等体过程116

6.2.2 等压过程116

6.2.3 等温过程118

6.2.4 绝热过程119

6.3.1 循环过程122

6.3 循环过程 卡诺循环122

6.3.2 卡诺循环及其效率124

6.4 热力学第二定律126

6.4.1 可逆过程与不可逆过程126

6.4.2 热力学第二定律127

6.4.3 克劳修斯不等式129

6.4.4 卡诺定理131

6.5 熵132

6.5.1 熵 熵增加原理132

6.5.2 孤立系的平衡判据135

6.6.1 宏观状态与微观状态137

6.6 熵的微观实质与统计学意义137

6.6.2 玻尔兹曼关系式138

思考题140

习题141

7 液体的表面性质145

7.1 液体的表面张力146

7.2 球形液面内外的压强差148

7.3 毛细现象151

思考题154

习题154

8 静电场158

第3篇 电磁学158

8.1 电场强度 场强叠加原理159

8.1.1 电荷 电荷守恒定律159

8.1.2 库仑定律160

8.1.3 电场 场强叠加原理161

8.2 静电场的高斯定理167

8.2.1 电场线167

8.2.2 电通量168

8.2.3 高斯定理169

8.3.1 静电场环路定理173

8.3 静电场环路定理 电势173

8.3.2 电势差 电势175

8.3.3 电势叠加原理177

8.3.4 等势面 电势梯度179

8.4 静电场中的导体181

8.4.1 静电场中的导体 静电屏蔽181

8.4.2 电容和电容器182

8.5 静电场中的电介质185

8.5.1 电介质的极化185

8.5.2 电介质中的场强 介电常量186

8.5.3 电位移矢量 有电介质时的高斯定理188

8.6.1 电容器储能189

8.6 静电场的能量189

8.6.2 电场能量 电场能量密度190

思考题191

习题192

9 恒定电流196

9.1 电流密度矢量 电流的恒定条件197

9.1.1 电流强度197

9.1.2 电流密度矢量197

9.1.3 电流的恒定条件198

9.2.1 欧姆定律199

9.2 欧姆定律的微分形式199

9.2.2 电阻率 电导率200

9.2.3 欧姆定律的微分形式202

9.3 电动势203

9.3.1 电源及其电动势203

9.3.2 含电源电路的欧姆定律204

9.4 电子逸出功 温差电现象207

9.4.1 电子逸出功207

9.4.2 接触电势差207

9.4.3 温差电现象208

思考题209

习题210

10 恒定磁场212

10.1 磁现象的电本质213

10.1.1 早期发现的磁现象213

10.1.2 奥斯特实验214

10.1.3 磁现象的电本质215

10.2 磁场 磁感应强度矢量215

10.2.1 磁感应强度矢量215

10.2.2 毕奥—萨伐尔定律216

10.2.3 毕奥—萨伐尔定律的应用217

10.2.4 运动电荷的磁场220

10.3 恒定磁场的基本性质221

10.3.1 磁场的高斯定理221

10.3.2 安培环路定理222

10.4 磁场对载流导线的作用225

10.4.1 安培定律225

10.4.2 两无限长平行载流直导线间的相互作用力226

10.4.3 矩形载流线圈在均匀磁场中所受的力矩227

10.5 带电粒子在磁场中的运动228

10.5.1 洛伦兹力228

10.5.2 带电粒子在均匀磁场中的运动229

10.5.3 霍尔效应231

10.6 磁介质233

10.6.1 介质的磁化233

10.6.2 有磁介质时的磁场高斯定理和安培环路定理 磁场强度矢量237

10.6.3 铁磁质239

思考题241

习题243

11 电磁感应246

11.1.1 电磁感应现象247

11.1 法拉第电磁感应定律247

11.1.2 法拉第电磁感应定律248

11.1.3 楞次定律250

11.2 动生电动势和感生电动势250

11.2.1 动生电动势250

11.2.2 感生电动势 感生电场251

11.3 自感和互感253

11.3.1 自感253

11.3.2 互感255

11.4 磁场的能量257

11.4.1 自感磁能257

11.4.3 磁场的能量258

11.4.2 互感磁能258

思考题260

习题262

12 电磁场和电磁波265

12.1 麦克斯韦方程组266

12.1.1 静电场 恒定磁场和变化磁场的基本规律266

12.1.2 位移电流267

12.1.3 安培环路定理的普遍形式268

12.1.4 麦克斯韦方程组268

12.2.1 电磁波的产生及其性质269

12.2 电磁波269

12.2.2 电磁波的能流密度271

12.2.3 电磁波谱272

思考题274

习题274

第4篇 光学278

13 振动与波278

13.1 简谐振动279

13.1.1 概述279

13.1.2 弹簧振子279

13.1.3 单摆280

13.1.4 描述简谐振动的物理量282

13.1.5 简谐振动的旋转矢量表示法284

13.1.6 简谐振动的能量284

13.2 阻尼振动285

13.2.1 弱阻尼时的衰减振动286

13.2.2 强阻尼时的衰减振动286

13.2.3 临界阻尼287

13.3 受迫振动 共振287

13.4 振动的合成289

13.4.1 同方向同频率简谐振动的合成289

13.4.2 同方向不同频率简谐振动的合成291

13.4.3 振动方向相互垂直、频率相同的两简谐振动的合成292

13.4.4 振动方向相互垂直、频率不同的两简谐振动的合成294

13.5 振动的分解 频谱296

13.6 平面简谐波297

13.6.1 机械波的产生和传播297

13.6.2 纵波和横波298

13.6.3 描述波动的三个基本物理量298

13.6.4 波的几何描述300

13.6.5 简谐波的表达式301

13.6.6 波的能量303

13.6.7 惠更斯原理 波的衍射307

13.6.8 波的叠加原理 干涉309

13.6.9 多普勒效应310

思考题311

习题312

14 光波315

14.1 光的干涉316

14.1.1 杨氏实验316

14.1.2 劳埃德镜和半波损323

14.1.3 相干光源与非相干光源323

14.1.4 薄膜干涉325

14.1.5 迈克尔孙干涉仪334

14.2 光的衍射337

14.2.1 惠更斯—菲涅耳衍射原理337

14.2.2 单缝夫琅禾费衍射340

14.2.3 衍射光栅345

14.2.4 圆孔夫琅禾费衍射355

14.2.5 X射线的衍射357

14.3 光的偏振359

14.3.1 自然光和偏振光359

14.3.2 马吕斯定律和布儒斯特定律361

14.3.3 晶体双折射364

14.3.4 旋光性372

思考题375

习题376

15 光的吸收、散射和色散381

15.1 光的吸收382

15.1.1 朗伯定律382

15.1.2 一般吸收和选择吸收383

15.1.3 吸收光谱384

15.2.1 光的散射现象386

15.2 光的散射386

15.2.2 瑞利散射387

15.2.3 散射光的偏振状态和散射光强的角分布388

15.2.4 拉曼散射390

15.3 光的色散391

15.3.1 正常色散391

15.3.2 反常色散392

思考题393

习题393

第5篇 量子物理基础396

16 量子物理概论396

16.1.1 经典力学的时空关系397

16.1 从经典物理学到量子力学397

16.1.2 光的波粒二象性398

16.1.3 实物粒子的波粒二象性与物质波401

16.1.4 物质波的统计解释403

16.1.5 不确定原理404

16.2 波函数和薛定谔方程406

16.2.1 波函数的物理意义及其性质406

16.2.2 薛定谔方程407

16.2.3 定态薛定谔方程408

16.3.1 无限深势阱409

16.3 一维无限深势阱409

16.3.2 求解定态薛定谔方程410

16.4 氢原子的能级结构412

16.4.1 氢原子的定态薛定谔方程412

16.4.2 讨论413

16.4.3 电子自旋417

16.4.4 量子力学与经典力学的关系417

16.5 分子的能级结构和分子光谱418

16.5.1 分子中电子的运动状态和电子能级418

16.5.2 双原子分子的振动和振动光谱419

16.5.3 双原子分子的转动与转动光谱420

16.5.4 荧光和磷光422

思考题424

习题424

17 激光原理426

17.1 激光的基本原理427

17.1.1 原子吸收、自发辐射和受激辐射427

17.1.2 粒子数反转分布429

17.1.3 工作物质的能级结构429

17.1.4 光学谐振腔431

17.1.5 产生激光的必要条件431

17.2.1 红宝石激光器432

17.2 激光器简介432

17.2.2 氦氖激光器433

17.2.3 二氧化碳激光器434

17.2.4 可调谐染料激光器436

思考题437

习题437

附录439

附录1 基本物理常量1998年的推荐值439

附录2 保留单位和标准值439

附录3 物理学在促进农业发展中的作用440

参考文献453