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第1篇 力学3

第1章 质点运动学3

1.1 运动学的一些基本概念3

1.1.1 参考系和坐标系3

1.1.2 时间和空间的计量3

1.1.3 质点4

1.2 描述质点运动的基本物理量4

1.2.1 位置矢量4

1.2.2 运动方程5

1.2.3 位移矢量 路程5

1.2.4 速度矢量6

1.2.5 加速度矢量7

1.3 平面曲线运动11

1.3.1 自然坐标系11

1.3.2 质点作圆周运动时的切向加速度和法向加速度11

1.3.3 一般平面曲线运动中的切向加速度和法向加速度12

1.3.4 圆周运动的角量描述13

1.3.5 角量和线量的关系14

1.4 相对运动18

本章提要21

习题122

第2章 牛顿运动定律25

2.1 牛顿运动定律25

2.1.1 牛顿第一定律25

2.1.2 牛顿第二定律25

2.1.3 牛顿第三定律26

2.1.4 牛顿运动定律的适用范围27

2.2 相互作用力27

2.2.1 基本的自然力27

2.2.2 力学中常见的几种力28

2.3 牛顿运动定律的应用30

2.4 惯性系和非惯性系34

2.4.1 惯性系和非惯性系34

2.4.2 非惯性系中的力学规律35

2.5 伽利略变换 力学的相对性原理38

2.5.1 伽利略变换38

2.5.2 力学的相对性原理39

2.5.3 经典力学的时空观40

本章提要40

习题241

第3章 功和能45

3.1 功 保守力45

3.1.1 功45

3.1.2 几种常见力的功46

3.1.3 保守力和非保守力48

3.1.4 功率48

3.2 势能49

3.2.1 势能49

3.2.2 保守力和势能梯度50

3.2.3 势能曲线51

3.3 动能定理52

3.3.1 质点的动能定理52

3.3.2 质点系的动能定理53

3.4 机械能守恒定律 能量守恒定律55

3.4.1 质点系的功能原理55

3.4.2 机械能守恒定律55

3.4.3 能量守恒定律56

本章提要58

习题359

第4章 动量和角动量62

4.1 动量定理62

4.1.1 动量62

4.1.2 质点的动量定理62

4.1.3 质点系的动力学方程63

4.1.4 质点系的动量定理64

4.2 动量守恒定律66

4.3 质心 质心运动定理69

4.3.1 质心69

4.3.2 质心运动定理70

4.4 角动量定理72

4.4.1 角动量72

4.4.2 质点的角动量定理74

4.4.3 质点系的角动量定理76

4.5 角动量守恒定律77

4.5.1 质点的角动量守恒定律77

4.5.2 质点系的角动量守恒定律79

4.6 碰撞81

4.6.1 正碰82

4.6.2 斜碰83

4.7 对称性与守恒定律86

4.7.1 对称性与守恒定律86

4.7.2 时空对称性与三大守恒定律88

本章提要90

习题491

第5章 刚体力学基础97

5.1 刚体运动学97

5.1.1 刚体 平动和转动97

5.1.2 刚体定轴转动的角量描述98

5.2 定轴转动刚体的功和能101

5.2.1 刚体的动能101

5.2.2 转动惯量的计算102

5.2.3 对转轴的力矩105

5.2.4 定轴转动定律106

5.2.5 力矩的功和功率109

5.2.6 刚体定轴转动的动能定理110

5.2.7 刚体的重力势能110

5.2.8 刚体定轴转动的功能原理和机械能守恒定律111

5.3 刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律113

5.3.1 刚体对定轴的角动量113

5.3.2 刚体的角动量定理113

5.3.3 刚体的角动量守恒定律114

5.4 旋进117

本章提要119

习题5120

第6章 狭义相对论125

6.1 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换125

6.1.1 狭义相对论的基本原理125

6.1.2 洛伦兹变换126

6.1.3 相对论速度变换130

6.2 狭义相对论的时空观133

6.2.1 同时的相对性134

6.2.2 时间膨胀效应136

6.2.3 长度收缩效应138

6.3 狭义相对论动力学140

6.3.1 相对论质量140

6.3.2 相对论动力学的基本方程142

6.4 相对论能量143

6.4.1 相对论动能143

6.4.2 相对论能量144

6.4.3 动量和能量的关系145

本章提要147

习题6148

第2篇 热物理学153

第7章 气体动理论153

7.1 气体动理论的基本概念153

7.1.1 物质的微观结构模型153

7.1.2 理想气体的微观结构模型154

7.1.3 宏观量和微观量154

7.1.4 统计规律和统计平均值154

7.1.5 状态参量155

7.1.6 平衡态 准静态过程155

7.1.7 统计假设156

7.1.8 理想气体状态方程156

7.2 理想气体的压强和温度的微观解释157

7.2.1 理想气体的压强公式及其统计意义157

7.2.2 理想气体的温度公式及其微观意义159

7.2.3 理想气体分子的方均根速率160

7.3 能量按自由度均分定理 理想气体的内能161

7.3.1 自由度161

7.3.2 能量按自由度均分定理162

7.3.3 理想气体的内能163

7.4 麦克斯韦分布律165

7.4.1 速率分布函数165

7.4.2 麦克斯韦速率分布律166

7.4.3 三种统计速率167

7.4.4 麦克斯韦速度分布律170

7.5 玻耳兹曼分布律170

7.5.1 玻耳兹曼分布律170

7.5.2 重力场中大气密度与压强按高度的分布171

7.6 气体分子的平均碰撞频率和平均自由程172

本章提要175

习题7176

第8章 热力学基础180

8.1 热力学第一定律180

8.1.1 内能180

8.1.2 功180

8.1.3 热量181

8.1.4 热力学第一定律182

8.2 理想气体的等体过程和等压过程 摩尔热容183

8.2.1 等体过程183

8.2.2 等压过程184

8.2.3 理想气体的摩尔定容热容和摩尔定压热容185

8.3 理想气体的等温过程和绝热过程188

8.3.1 等温过程188

8.3.2 绝热过程189

8.3.3 绝热线和等温线190

8.3.4 多方过程191

8.4 循环过程 卡诺循环195

8.4.1 循环过程195

8.4.2 卡诺循环197

8.5 热力学第二定律203

8.5.1 自发过程的方向性203

8.5.2 热力学第二定律204

8.5.3 可逆过程和不可逆过程205

8.5.4 卡诺定理206

8.5.5 热力学第二定律的统计意义207

8.6 熵 熵增加原理209

8.6.1 熵209

8.6.2 熵增加原理210

本章提要211

习题8213

第3篇 振动和波动219

第9章 机械振动和机械波219

9.1 简谐振动219

9.1.1 简谐振动的特征和运动方程219

9.1.2 描述简谐振动的特征量220

9.1.3 简谐振动的旋转矢量表示法225

9.1.4 简谐振动的能量228

9.2 简谐振动的合成230

9.2.1 同方向同频率的两个简谐振动的合成230

9.2.2 同方向不同频率的两个简谐振动的合成233

9.2.3 同频率相互垂直的两个简谐振动的合成234

9.2.4 不同频率相互垂直的两个简谐振动的合成236

9.3 阻尼振动 受迫振动和共振237

9.3.1 阻尼振动237

9.3.2 受迫振动239

9.3.3 共振240

9.4 机械波的产生和传播241

9.4.1 机械波的产生241

9.4.2 描述波动的物理量242

9.5 平面简谐波244

9.5.1 平面简谐波的波函数244

9.5.2 波函数的物理意义245

9.5.3 波动方程250

9.5.4 波的能量251

9.6 波的叠加原理 波的干涉253

9.6.1 波的叠加原理253

9.6.2 波的干涉254

9.6.3 驻波257

9.6.4 半波损失259

9.7 惠更斯原理 波的衍射261

9.7.1 惠更斯原理261

9.7.2 波的衍射263

9.8 多普勒效应263

9.9 声波 超声波 次声波266

本章提要268

习题9269

第4篇 光学281

第10章 波动光学281

10.1 光的相干性 光程281

10.1.1 光源281

10.1.2 光的单色性282

10.1.3 光的相干性及相干光的获得282

10.1.4 光程 光程差283

10.1.5 薄透镜的等光程性285

10.1.6 明暗干涉条纹产生的条件285

10.2 杨氏双缝干涉286

10.2.1 杨氏双缝干涉286

10.2.2 菲涅耳双面镜288

10.2.3 洛埃镜289

10.3 薄膜干涉291

10.3.1 薄膜干涉的基本原理291

10.3.2 等倾干涉292

10.3.3 增反膜与增透膜293

10.3.4 等厚干涉295

10.3.5 迈克尔逊干涉仪300

10.4 单缝衍射和圆孔衍射303

10.4.1 惠更斯-菲涅耳原理303

10.4.2 单缝的夫琅禾费衍射305

10.4.3 圆孔的夫琅禾费衍射310

10.4.4 光学仪器的分辨率311

10.5 光栅衍射313

10.5.1 光栅313

10.5.2 光栅衍射314

10.6 X射线衍射321

10.7 光的偏振现象323

10.7.1 光的偏振态323

10.7.2 偏振片 马吕斯定律325

10.7.3 布儒斯特定律328

10.8 光的双折射现象330

10.8.1 光的双折射现象330

10.8.2 偏振棱镜331

10.9 偏振光的干涉 人工双折射现象 旋光现象332

10.9.1 椭圆偏振光和圆偏振光的获得332

10.9.2 偏振光的干涉334

10.9.3 人工双折射现象335

10.9.4 旋光现象337

本章提要338

习题10341

第11章 几何光学349

11.1 几何光学的基本定律349

11.1.1 几何光学的基本定律349

11.1.2 全反射350

11.1.3 费马原理351

11.2 光在平面和球面上的反射和折射352

11.2.1 基本概念352

11.2.2 光在平面上的反射和折射成像353

11.2.3 光在球面上的反射和折射成像354

11.3 透镜成像359

11.3.1 薄透镜的成像公式 横向放大率359

11.3.2 薄透镜成像的作图法362

11.4 光学仪器363

11.4.1 照相机364

11.4.2 眼睛364

11.4.3 显微镜365

11.4.4 望远镜366

本章提要367

习题11368

习题参考答案370

附录381

附录1 希腊字母381

附录2 常用天文量381

附录3 常用物理常量382

附录4 书中物理量的符号及单位383

参考文献385