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第1章 引言1

1.1 标准、单位制和量纲1

1.1.1 标准1

1.1.2 单位制3

1.1.3 量纲4

1.1.4 解题方法4

思考与练习5

1.2 矢量5

1.2.1 标量与矢量5

1.2.2 矢量加、减法作图法6

1.2.3 单位矢量和矢量分量7

1.2.4 矢量的加、减法7

1.2.5 矢量的乘法8

思考与练习9

小结9

习题10

阅读材料11

第2章 质点运动学15

2.1 质点位置的描述方法15

2.1.1 质点的概念15

2.1.2 质点位置的描述方法16

2.1.3 运动方程17

思考与练习18

2.2 质点的位移、速度和加速度18

2.2.1 位移18

2.2.2 速度和速率19

2.2.3 加速度21

思考与练习23

2.3 一维运动23

2.3.1 一维运动中位移、速度和加速度的表示法23

2.3.2 直线运动的规律24

思考与练习27

2.4 二维空间运动27

2.4.1 二维运动的运动学问题27

2.4.2 抛体运动28

2.4.3 圆周运动30

思考与练习35

2.5 运动描述的相对性伽利略变换35

2.5.1 伽利略坐标变换35

2.5.2 速度变换36

2.5.3 加速度变换36

思考与练习37

小结37

习题39

阅读材料41

第3章 质点动力学42

3.1 质量与力42

3.1.1 质量43

3.1.2 力学中几种常见的力43

思考与练习45

3.2 牛顿运动定律45

3.2.1 牛顿第一定律45

3.2.2 牛顿第二定律46

3.2.3 牛顿第三定律47

3.2.4 牛顿运动定律的应用48

思考与练习50

3.3 功和能50

3.3.1 功和功率50

3.3.2 动能和动能定理52

3.3.3 保守力的功 势能54

3.3.4 功能原理 机械能守恒定律57

思考与练习59

3.4 动量及其规律59

3.4.1 动量与冲量59

3.4.2 动量定理60

3.4.3 动量守恒定律62

3.4.4 碰撞63

思考与练习68

3.5 角动量及其规律68

3.5.1 质点的角动量及其规律68

3.5.2 质点系的角动量及其规律70

思考与练习71

小结72

习题74

阅读材料76

第4章 刚体78

4.1 刚体运动学78

4.1.1 刚体的平动与转动78

4.1.2 刚体定轴转动的描述79

4.1.3 刚体定轴转动的运动学问题80

思考与练习81

4.2 刚体定轴转动的转动定律81

4.2.1 力矩82

4.2.2 刚体定轴转动定律82

4.2.3 刚体的转动惯量83

思考与练习86

4.3 力矩的功及动能定理86

4.3.1 力矩的功和功率87

4.3.2 刚体的转动动能及动能定理87

思考与练习89

4.4 定轴转动刚体的角动量及其守恒定律90

4.4.1 角动量90

4.4.2 角动量定理90

4.4.3 角动量守恒定律91

思考与练习92

小结93

习题95

阅读材料97

第5章 气体动理论101

5.1 气体动理论的基本观点101

5.1.1 物体由大量微观粒子组成101

5.1.2 分子在永不停息地作无规则热运动101

5.1.3 分子间存在相互作用力102

思考与练习102

5.2 理想气体物态方程102

5.2.1 热力学系统的平衡态103

5.2.2 气体的状态参量103

5.2.3 理想气体的物态方程104

5.2.4 实际气体的物态方程105

思考与练习105

5.3 压强和温度的微观解释105

5.3.1 理想气体的微观模型105

5.3.2 压强的微观本质106

5.3.3 温度的微观意义108

思考与练习109

5.4 能量均分定理 理想气体的热力学能109

5.4.1 自由度109

5.4.2 能量均分定理109

5.4.3 理想气体的热力学能110

思考与练习111

5.5 麦克斯韦速率分布律111

5.5.1 速率分布函数112

5.5.2 麦克斯韦速率分布函数113

思考与练习115

小结115

习题116

阅读材料117

第6章 热力学120

6.1 准静态过程120

思考与练习121

6.2 热力学第一定律121

6.2.1 准静态过程中的功121

6.2.2 热量122

6.2.3 热力学能123

6.2.4 热力学第一定律123

思考与练习123

6.3 热力学第一定律对理想气体的应用124

6.3.1 等体过程124

6.3.2 等压过程124

6.3.3 等温过程126

6.3.4 绝热过程126

思考与练习128

6.4 循环过程及其效率129

6.4.1 循环过程129

6.4.2 热机效率 卡诺循环129

6.4.3 逆循环 制冷机131

思考与练习132

6.5 热力学第二定律132

6.5.1 自然过程的方向性132

6.5.2 热力学第二定律133

6.5.3 热力学第二定律的微观意义134

6.5.4 热力学第二定律的概率性表述134

思考与练习135

6.6 熵增加原理136

6.6.1 玻耳兹曼熵与熵增加原理136

6.6.2 耗散结构136

思考与练习137

小结137

习题137

阅读材料139

第7章 静电场143

7.1 电场 电场强度143

7.1.1 电荷143

7.1.2 库仑定律144

7.1.3 电场强度145

思考与练习148

7.2 静电场的高斯定理148

思考与练习152

7.3 静电场的环流定理 电势153

7.3.1 静电场力的功153

7.3.2 静电场的环流定理153

7.3.3 电势能与电势154

7.3.4 电势的计算154

7.3.5 电荷等势面 场强与电势的微分关系156

思考与练习157

7.4 静电场中的导体和电介质157

7.4.1 导体的静电平衡157

7.4.2 导体上电荷的分布157

7.4.3 导体表面附近的场强158

7.4.4 静电场中的电介质159

思考与练习161

7.5 电容器 静电场的能量161

7.5.1 电容器的电容161

7.5.2 电场的能量163

思考与练习164

小结164

习题166

阅读材料167

第8章 恒定磁场169

8.1 磁场 磁感应强度 磁场的高斯定理169

8.1.1 磁场和磁感应强度169

8.1.2 磁感线170

8.1.3 磁通量170

8.1.4 磁场的高斯定理171

思考与练习171

8.2 毕奥－萨伐尔定律及其应用172

8.2.1 毕奥－萨伐尔定律172

8.2.2 毕奥－萨伐尔定律的应用172

思考与练习174

8.3 安培环路定理175

8.3.1 安培环路定理175

8.3.2 由安培环路定理求磁场177

思考与练习178

8.4 磁场对运动电荷的作用179

8.4.1 洛伦兹力179

8.4.2 洛伦兹力的应用179

思考与练习181

8.5 磁场对电流的作用181

8.5.1 磁场对载流导线的作用——安培定律181

8.5.2 安培定律的应用182

思考与练习183

8.6 磁介质184

8.6.1 顺磁质和抗磁质的磁化机制184

8.6.2 有介质时的安培环路定理和磁场强度185

8.6.3 铁磁质186

思考与练习187

小结187

习题188

阅读材料190

第9章 电磁感应192

9.1 电磁感应定律192

9.1.1 电磁感应现象的发现192

9.1.2 电磁感应现象193

9.1.3 法拉第电磁感应定律194

思考与练习198

9.2 动生电动势198

思考与练习203

9.3 感生电动势 感应电场203

9.3.1 感应电场203

9.3.2 电子感应加速器的基本原理206

9.3.3 涡电流207

思考与练习209

9.4 自感应209

思考与练习211

9.5 磁场的能量211

9.5.1 通电自感线圈的能量211

9.5.2 磁场的能量212

9.6 互感应213

思考与练习216

9.7 电磁场理论的基本概念216

9.7.1 电磁场规律总结216

9.7.2 位移电流217

9.7.3 电磁场 麦克斯韦方程组220

思考与练习221

9.8 电磁波的产生及其性质222

9.8.1 电磁波的产生222

9.8.2 平面电磁波的性质222

思考与练习223

小结223

习题224

阅读材料228

第10章 振动与波232

10.1 简谐振动的基本概念232

思考与练习235

10.2 振动的能量与振动的合成235

10.2.1 简谐振动的能量235

10.2.2 同方向同频率简谐振动的合成236

思考与练习238

10.3 波动概念238

10.3.1 机械波的产生和传播横波和纵波238

10.3.2 波的几何描述238

10.3.3 描述波动特征的物理量239

思考与练习240

10.4 波动方程240

10.4.1 平面简谐波的波动方程241

10.4.2 波动方程的物理意义241

10.4.3 沿x轴负向传播的平面简谐波的波动方程242

10.4.4 波的能量243

思考与练习244

10.5 波的干涉244

10.5.1 惠更斯原理244

10.5.2 波的干涉245

10.5.3 驻波247

思考与练习248

10.6 多普勒效应248

思考与练习250

小结250

习题251

阅读材料253

第11章 波动光学256

11.1 单色光的波动表达式256

11.2 相干光的获得257

11.2.1 相干光的获得257

11.2.2 干涉加强或减弱的条件258

思考与练习259

11.3 杨氏双缝干涉259

11.3.1 实验装置259

11.3.2 双缝干涉的条纹分布及其特征260

11.3.3 其他双缝型的干涉实验261

11.3.4 光程262

思考与练习264

11.4 薄膜干涉264

11.4.1 薄膜等倾干涉264

11.4.2 薄膜等厚干涉267

11.4.3 迈克耳孙干涉仪270

思考与练习271

11.5 光的相干性272

11.5.1 光的时间相干性272

11.5.2 光的空间相干性273

11.6 光的衍射现象 惠更斯－菲涅耳原理274

11.6.1 光的衍射现象274

11.6.2 惠更斯－菲涅耳原理275

11.6.3 衍射现象的分类275

11.7 夫琅禾费单缝衍射276

11.7.1 夫琅禾费衍射条纹276

11.7.2 菲涅耳波带法276

11.7.3 旋转矢量法277

11.7.4 光强分布特征278

11.7.5 条纹间距279

思考与练习280

11.8 衍射光栅280

11.8.1 光栅的构成280

11.8.2 光栅衍射281

思考与练习284

11.9 圆孔衍射 光学仪器的分辨本领284

11.9.1 圆孔夫琅禾费衍射285

11.9.2 光学仪器的分辨本领285

思考与练习287

11.10 自然光与偏振光287

11.11 偏振片 马吕斯定律 布儒斯特定律289

11.11.1 偏振片289

11.11.2 马吕斯定律290

11.11.3 光在反射和折射时的偏振291

11.11.4 布儒斯特定律291

11.11.5 光通过晶体时的偏振现象292

思考与练习293

11.12 偏振光的应用294

11.12.1 偏振片的应用294

11.12.2 偏振光的干涉294

11.12.3 克尔效应295

11.12.4 旋光效应295

思考与练习296

小结296

习题297

阅读材料300

第12章 相对论304

12.1 力学的相对性原理 伽利略变换304

12.1.1 力学的相对性原理304

12.1.2 绝对时空观和伽利略变换305

12.1.3 经典力学遇到的困难306

思考与练习308

12.2 爱因斯坦的基本假设 狭义相对论时空观308

12.2.1 狭义相对论的两个基本假设309

12.2.2 狭义相对论时空观309

思考与练习312

12.3 洛伦兹变换313

12.3.1 洛伦兹变换313

12.3.2 时序的相对性314

思考与练习315

12.4 狭义相对论的速度变换315

思考与练习317

12.5 狭义相对论的动力学基础317

12.5.1 相对论质量和动量317

12.5.2 相对论动能、质量能量关系318

12.5.3 动量和能量的关系319

思考与练习320

小结320

习题321

阅读材料322

第13章 量子理论基础324

13.1 热辐射324

13.1.1 单色辐出度325

13.1.2 辐出度325

13.1.3 单色反射率和单色吸收率325

13.1.4 绝对黑体326

思考与练习326

13.2 黑体热辐射的实验定律326

13.2.1 斯特藩－玻耳兹曼定律326

13.2.2 维恩位移定律327

13.2.3 基尔霍夫辐射定律327

思考与练习328

13.3 瑞利－金斯公式 经典物理的困惑328

13.4 普朗克量子假说329

思考与练习329

13.5 光电效应329

13.5.1 光电效应的实验规律330

13.5.2 光子爱因斯坦方程331

13.5.3 光电效应在近代技术中的应用331

13.5.4 光的波粒二象性332

思考与练习333

13.6 康普顿效应333

13.6.1 康普顿效应及经典物理遇到的困难333

13.6.2 康普顿效应的光子理论解释334

思考与练习335

13.7 氢原子光谱系和玻尔理论335

13.7.1 氢原子光谱的规律性335

13.7.2 卢瑟福的原子有核模型336

13.7.3 氢原子的玻尔理论337

13.7.4 玻尔理论的缺陷和意义338

思考与练习339

13.8 德布罗意波339

13.8.1 德布罗意假设339

13.8.2 德布罗意波的实验验证340

思考与练习341

13.9 微观粒子的状态描述341

13.9.1 波函数341

13.9.2 波函数的统计意义341

13.9.3 波函数满足的条件342

13.9.4 不确定关系343

思考与练习345

13.10 薛定谔方程345

13.10.1 定态薛定谔方程345

13.10.2 一维无限深势阱347

13.10.3 势垒隧道效应348

思考与练习349

13.11 氢原子 电子自旋 四个量子数349

13.11.1 氢原子的量子特性350

13.11.2 电子自旋351

13.11.3 四个量子数352

思考与练习352

13.12 原子的壳层结构352

13.12.1 原子的壳层模型352

13.12.2 泡利不相容原理353

13.12.3 能量最小原理353

思考与练习357

小结357

习题360

阅读材料362

附录1：常用物理常量表365

附录2：我国法定的计量单位和国际单位制（SI）单位367

附录3：空气、水、地球、太阳系的一些常用数据370

参考文献371