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第1章 质点运动学与牛顿定律1

1.1 质点 参考系 时间和空间1

1.1.1 质点1

1.1.2 参考系1

1.1.3 坐标系 时间和空间2

1.2 位矢 位移和路程3

1.2.1 位矢3

1.2.2 运动函数 轨道方程4

1.2.3 位移和路程4

1.3 速度 加速度5

1.3.1 速度 平均速度5

1.3.2 瞬时速度 瞬时速率5

1.3.3 相对运动7

1.3.4 加速度8

1.4 直线运动11

1.5 抛体运动13

1.6 圆周运动15

1.6.1 自然坐标系 变速圆周运动15

1.6.2 圆周运动的角量描述18

1.7 牛顿运动定律20

1.7.1 牛顿第一定律20

1.7.2 牛顿第二定律21

1.7.3 牛顿第三定律24

1.8 力学中常见的力24

1.8.1 万有引力 重力24

1.8.2 弹性力26

1.8.3 摩擦力28

1.9 牛顿运动定律应用示例30

1.10 非惯性参考系 惯性力35

阅读材料 宇宙速度36

习题138

第2章 力学中的守恒定律41

2.1 功 动能定理41

2.1.1 功 功率41

2.1.2 质点的动能定理43

2.1.3 系统的动能定理44

2.2 保守力 系统的势能46

2.2.1 保守力做功的特点46

2.2.2 势能48

2.3 系统的功能原理 机械能守恒定律 能量守恒定律50

2.3.1 系统的功能原理50

2.3.2 机械能守恒定律51

2.3.3 能量守恒定律53

2.4 冲量与动量 质点的动量定理53

2.5 系统的动量定理 动量守恒定律56

2.5.1 系统的动量定理56

2.5.2 系统的动量守恒定律57

2.6 角动量 力矩 质点的角动量守恒定律59

2.6.1 质点的角动量59

2.6.2 力矩60

2.6.3 质点的角动量定理60

2.6.4 质点的角动量守恒定律61

2.7 系统的角动量守恒定律62

习题264

第3章 刚体力学基础67

3.1 刚体的基本运动形式67

3.1.1 刚体的平动68

3.1.2 刚体的定轴转动69

3.2 刚体定轴转动的转动动能 转动惯量71

3.2.1 刚体定轴转动的转动动能71

3.2.2 刚体的转动惯量71

3.3 力矩的功 刚体定轴转动的动能定理73

3.3.1 力矩73

3.3.2 力矩的功74

3.3.3 刚体定轴转动的动能定理75

3.4 刚体定轴转动定律77

3.5 刚体定轴转动的角动量定理 角动量守恒定律80

3.5.1 角动量 冲量矩 角动量定理80

3.5.2 角动量守恒定律80

阅读材料 角动量守恒定律的实际应用82

习题383

第4章 狭义相对论86

4.1 经典力学的相对性原理 伽利略变换86

4.2 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换88

4.2.1 狭义相对论的基本原理88

4.2.2 洛伦兹变换及其速度变换公式89

4.3 相对论的时空观90

4.3.1 同时的相对性90

4.3.2 长度的收缩92

4.3.3 时间的延缓93

4.4 狭义相对论的动力学基础94

4.4.1 质量与速率的关系94

4.4.2 质量与能量的关系96

4.4.3 能量与动量的关系98

阅读材料 广义相对论简介 宇宙的奥秘99

习题4101

第5章 静电学103

5.1 电荷 库仑定律103

5.1.1 电荷 电荷守恒定律103

5.1.2 库仑定律 静电力叠加原理105

5.2 电场 电场强度107

5.2.1 电场107

5.2.2 电场强度 电场强度叠加原理108

5.3 电场强度和电场力的计算109

5.3.1 点电荷电场中的电场强度109

5.3.2 点电荷系电场中的电场强度110

5.3.3 连续分布电荷电场中的电场强度111

5.3.4 电荷在电场中所受的力115

5.4 电场强度通量 真空中的高斯定理117

5.4.1 电场线117

5.4.2 电场强度通量117

5.4.3 高斯定理及应用高斯定理求静电场中的电场强度119

5.5 静电场的环路定理 电势122

5.5.1 静电力的功122

5.5.2 静电场的环路定理123

5.5.3 电势能124

5.5.4 电势 电势差124

5.5.5 电势的计算125

5.6 等势面 电场强度与电势的关系127

5.6.1 等势面127

5.6.2 电场强度与电势的关系128

5.7 静电场中的金属导体130

5.7.1 金属导体的电结构130

5.7.2 导体的静电平衡条件130

5.7.3 静电平衡时导体上的电荷分布131

5.7.4 静电屏蔽132

5.8 静电场中的电介质133

5.8.1 电介质的电结构133

5.8.2 电介质在外电场中的极化现象134

5.8.3 有电介质时的静电场135

5.8.4 有电介质时静电场的高斯定理 电位移矢量135

5.8.5 有电介质时静电场的高斯定理的应用137

5.9 电容 电容器140

5.9.1 孤立导体的电容140

5.9.2 电容器的电容140

5.9.3 电容器的串联和并联143

5.10 电场的能量145

阅读材料 尖端放电和电火花加工146

习题5148

第6章 恒定电流的稳恒磁场152

6.1 磁现象及其本源152

6.2 磁场 磁感应强度153

6.2.1 磁场153

6.2.2 磁感应强度154

6.3 毕奥-萨伐尔定律及其应用 运动电荷的磁场155

6.3.1 毕奥-萨伐尔定律及其应用155

6.3.2 运动电荷的磁场159

6.4 磁通量 真空中磁场的高斯定理160

6.4.1 磁感应线160

6.4.2 磁通量 真空中磁场的高斯定理161

6.5 安培环路定理及其应用162

6.6 磁场对载流导线的作用 安培定律166

6.6.1 安培定律166

6.6.2 均匀磁场中载流线圈所受的力矩168

6.7 带电粒子在电场和磁场中的运动170

6.7.1 磁场对运动电荷的作用力——洛伦兹力170

6.7.2 带电粒子在电场和磁场中的运动172

6.8 磁场中的磁介质175

6.8.1 磁介质在外磁场中的磁化现象175

6.8.2 抗磁质和顺磁质的磁化机理176

6.8.3 磁介质的磁导率177

6.8.4 磁介质中的高斯定理和安培环路定理177

阅读材料 电磁炮及电磁弹射应用179

习题6180

第7章 变化的电磁场183

7.1 电磁感应现象及其基本规律183

7.1.1 电磁感应现象183

7.1.2 楞次定律184

7.1.3 法拉第电磁感应定律185

7.2 动生电动势及其表达式189

7.2.1 动生电动势189

7.2.2 动生电动势的表达式189

7.3 感生电动势 涡旋电场及其应用193

7.3.1 感生电动势与涡旋电场193

7.3.2 电子感应加速器194

7.3.3 涡电流及其应用195

7.4 自感与互感195

7.4.1 自感195

7.4.2 互感198

7.5 磁场的能量200

7.6 位移电流201

7.7 麦克斯韦电磁场理论203

7.7.1 电场203

7.7.2 磁场204

7.7.3 电磁场的麦克斯韦方程组的积分形式204

阅读材料 超导现象及其应用205

习题7207

第8章 机械振动210

8.1 简谐振动210

8.1.1 简谐振动的基本特征210

8.1.2 简谐振子是一个理想模型211

8.1.3 简谐振动的表达式212

8.1.4 简谐振动的能量213

8.2 描述简谐振动的物理量214

8.2.1 周期、频率与角频率214

8.2.2 相位和初相 振幅和初相的确定216

8.3 简谐振动的旋转矢量图示法 相位差221

8.3.1 简谐振动的旋转矢量图示法221

8.3.2 相位差221

8.4 同方向简谐振动的合成 拍223

8.4.1 同方向、同频率简谐振动的合成223

8.4.2 同方向、不同频率简谐振动的合成 拍225

8.4.3 相互垂直的同频率简谐振动的合成226

8.4.4 相互垂直的不同频率简谐振动的合成 李萨如图形228

8.5 阻尼振动229

8.6 受迫振动 共振230

阅读材料 汽车减振系统233

习题8234

第9章 机械波237

9.1 机械波的产生和传播237

9.1.1 机械波产生的条件237

9.1.2 横波和纵波238

9.2 描述波的一些物理量 波的几何表示239

9.2.1 周期、频率、波长与波速239

9.2.2 波的几何表示241

9.3 平面简谐波的波函数及其物理意义241

9.3.1 平面简谐波的波函数241

9.3.2 波函数的物理意义242

9.4 波的能量 能流密度247

9.4.1 波的能量247

9.4.2 能流密度248

9.5 惠更斯原理 波的衍射、反射和折射248

9.5.1 惠更斯原理248

9.5.2 波的衍射249

9.5.3 波的反射和折射250

9.6 波的干涉 驻波252

9.6.1 波的叠加原理252

9.6.2 波的干涉252

9.6.3 驻波254

9.7 声波 超声波256

9.7.1 声波256

9.7.2 超声波258

9.8 多普勒效应259

习题9261

第10章 波动光学263

10.1 光的干涉 相干光的获得263

10.1.1 光强 光的干涉263

10.1.2 相干光的获得265

10.2 双缝干涉267

10.2.1 杨氏双缝干涉实验267

10.2.2 洛埃德镜实验269

10.3 光程 光程差270

10.3.1 光程270

10.3.2 光程差272

10.3.3 额外光程差 干涉条件的一般表述272

10.3.4 透镜不引起额外的光程差273

10.4 薄膜干涉 增透膜和增反膜273

10.4.1 薄膜干涉274

10.4.2 增透膜和增反膜276

10.5 劈尖干涉 牛顿环277

10.5.1 劈尖干涉277

10.5.2 牛顿环280

10.6 光的衍射282

10.6.1 光的衍射现象282

10.6.2 惠更斯-菲涅耳原理282

10.7 单缝衍射283

10.7.1 单缝的夫琅禾费衍射283

10.7.2 单缝衍射条纹的形成284

10.7.3 单缝衍射条纹的明、暗条件284

10.8 衍射光栅 衍射光谱287

10.8.1 衍射光栅287

10.8.2 衍射光栅条纹的成因288

10.8.3 光栅公式289

10.8.4 衍射光谱291

10.9 圆孔的夫琅禾费衍射 光学仪器的分辨率292

10.9.1 圆孔的夫琅禾费衍射292

10.9.2 光学仪器的分辨率293

10.10 光的偏振294

10.11 偏振片的起偏和检偏 马吕斯定律295

10.11.1 偏振片的起偏和检偏296

10.11.2 马吕斯定律296

10.11.3 偏振片的应用297

10.12 反射和折射时光的偏振 布儒斯特定律298

阅读材料 独立光伏发电系统300

习题10302

第11章 热力学基础305

11.1 热力学系统及其平衡态 准静态过程305

11.1.1 热力学系统 平衡态305

11.1.2 气体的状态参量306

11.1.3 准静态过程307

11.2 理想气体的状态方程308

11.2.1 气体的实验定律 理想气体308

11.2.2 理想气体的状态方程309

11.2.3 实际气体的状态方程310

11.3 热力学第一定律311

11.3.1 系统的内能 功与热的等效性311

11.3.2 热力学第一定律的内涵312

11.3.3 功和热量的计算 摩尔热容313

11.4 理想气体的热力学过程315

11.4.1 等体过程315

11.4.2 等压过程316

11.4.3 等温过程317

11.4.4 绝热过程318

11.4.5 多方过程322

11.5 循环过程 卡诺循环322

11.5.1 循环过程322

11.5.2 正循环 热机的效率323

11.5.3 逆循环 制冷机的效率324

11.5.4 卡诺循环326

11.6 热力学第二定律 卡诺定理328

11.6.1 可逆过程和不可逆过程328

11.6.2 热力学第二定律的内涵329

11.6.3 卡诺定理330

11.7 熵 熵增加原理331

11.7.1 克劳修斯公式331

11.7.2 熵332

11.7.3 熵增加原理——热力学第二定律的数学表达式333

阅读材料 四冲程循环发动机334

习题11336

第12章 气体动理论340

12.1 气体动理论的基本观点340

12.2 气体分子热运动及其统计规律性343

12.2.1 气体分子的热运动343

12.2.2 大量分子热运动服从统计规律性344

12.3 理想气体的压强公式及温度的统计意义345

12.3.1 理想气体的微观模型345

12.3.2 理想气体的压强公式345

12.3.3 温度的统计意义348

12.4 能量按自由度均分定理 理想气体的内能350

12.4.1 自由度350

12.4.2 能量按自由度均分定理351

12.4.3 理想气体的内能352

12.5 气体分子运动的速率分布律353

12.5.1 分子运动的速率分布353

12.5.2 麦克斯韦速率分布律355

12.5.3 分子速率的统计平均值356

12.5.4 麦克斯韦速率分布律的实验验证358

12.6 分子的平均碰撞频率和平均自由程359

12.7 热力学第二定律的统计诠释361

12.7.1 热力学过程不可逆性的统计意义361

12.7.2 热力学概率与熵362

习题12363

第13章 量子物理基础366

13.1 热辐射366

13.1.1 热辐射及其定量描述366

13.1.2 绝对黑体辐射定律 普朗克公式367

13.2 光电效应369

13.2.1 光电效应的实验规律369

13.2.2 光电效应与光的波动理论的矛盾371

13.2.3 爱因斯坦的光子假设 光的波粒二象性371

13.2.4 光电效应的应用372

13.3 康普顿效应 电磁辐射的波粒二象性373

13.3.1 康普顿效应373

13.3.2 电磁辐射的波粒二象性374

13.4 氢原子光谱 玻尔的氢原子理论375

13.4.1 氢原子光谱的规律性375

13.4.2 玻尔的氢原子理论376

13.5 德布罗意假设 海森伯不确定关系379

13.5.1 实物粒子的波动性——德布罗意假设379

13.5.2 不确定关系381

13.6 波函数及其统计解释383

13.6.1 波函数383

13.6.2 波函数的统计解释384

13.6.3 波函数的归一化条件及标准条件385

13.7 薛定谔方程386

13.7.1 薛定谔方程的内涵386

13.7.2 定态薛定谔方程387

习题13388

附录390

附录A 一些物理常量390

附录B 矢量的运算390

附录C 十大经典物理实验402

部分习题参考答案407

参考文献412