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第1章 质点运动学1

1.1描述质点运动的物理量1

1.1.1质点与参考系1

1.1.2位置矢量2

1.1.3位移和路程2

1.1.4速度和速率3

1.1.5加速度5

1.2直角坐标系下质点运动的描述6

1.3自然坐标系下质点运动的描述10

1.3.1自然坐标系下的速度与加速度10

1.3.2圆周运动的角量表示11

1.4相对运动12

1.5小结13

1.6习题14

第2章 质点动力学16

2.1牛顿运动定律16

2.1.1牛顿三定律16

2.1.2力学中常见的力19

2.2力的时间累积效应——动量定理 动量守恒定律26

2.2.1质点的动量定理26

2.2.2质点系动量定理29

2.2.3质心及质心运动定理30

2.2.4动量守恒定律31

2.3力的空间累积效应——功动 能动 能定理33

2.3.1功与功率33

2.3.2动能与动能定理36

2.4功能原理 机械能守恒定律 碰撞38

2.4.1势能38

2.4.2功能原理43

2.4.3机械能守恒定律44

2.4.4碰撞48

2.5质点的角动量定理及角动量守恒定律51

2.5.1质点的角动量51

2.5.2质点的角动量定理51

2.5.3质点的角动量守恒定律52

2.6小结52

2.7习题53

第3章 狭义相对论58

3.1伽利略相对性原理与伽利略变换58

3.1.1伽利略相对性原理58

3.1.2伽利略变换59

3.1.3经典时空观60

3.2爱因斯坦假设与洛伦兹变换61

3.2.1狭义相对论产生的背景和条件61

3.2.2爱因斯坦假设62

3.2.3洛伦兹变换62

3.3狭义相对论时空观64

3.3.1同时性的相对性64

3.3.2动钟变慢效应64

3.3.3长度收缩效应65

3.3.4速度变换法则66

3.4狭义相对论动力学基础67

3.4.1质速关系67

3.4.2相对论动力学基本方程68

3.4.3质能关系69

3.4.4能量-动量关系70

3.5小结71

3.6习题71

第4章 刚体的运动73

4.1刚体运动的描述73

4.1.1平动和转动73

4.1.2刚体的定轴转动74

4.2转动定律 转动惯量75

4.2.1刚体的转动定律75

4.2.2刚体的转动惯量76

4.2.3转动定律的应用79

4.3力矩的功 转动动能81

4.3.1力矩的功81

4.3.2刚体的转动动能82

4.3.3刚体绕定轴转动的动能定理83

4.4角动量定理及角动量守恒定律83

4.4.1刚体对转轴的角动量83

4.4.2刚体对转轴的角动量定理83

4.4.3刚体对转轴的角动量守恒定律84

4.5小结85

4.6习题85

第5章 机械振动88

5.1简谐振动88

5.1.1弹簧振子运动88

5.1.2简谐运动方程89

5.1.3简谐运动速度和加速度90

5.2简谐振动的振幅 角频率 位相（相位）91

5.2.1振幅91

5.2.2周期 频率 圆频率91

5.2.3相位（位相）92

5.3简谐运动的旋转矢量表示法94

5.4简谐运动的能量97

5.5简谐运动的合成99

5.5.1两个同方向同频率简谐运动的合成99

5.5.2同方向不同频率简谐运动的合成101

5.6阻尼振动 受迫振动 共振102

5.6.1阻尼振动102

5.6.2受迫振动104

5.6.3共振105

5.7小结106

5.8习题108

第6章 机械波110

6.1机械波的产生和传播110

6.1.1机械波产生的条件110

6.1.2横波与纵波111

6.1.3波动的几何描述112

6.1.4描述波动的几个物理量112

6.2平面简谐波的波函数114

6.2.1波动方程建立114

6.2.2波动方程的物理意义115

6.2.3平面简谐波波动方程120

6.3波的能量 能流和能流密度120

6.3.1波的能量121

6.3.2能流和能流密度123

6.4惠更斯原理及应用124

6.4.1惠更斯原理124

6.4.2波的衍射现象125

6.4.3波的反射与折射126

6.5波的叠加原理 波的干涉127

6.5.1波的叠加原理127

6.5.2波的干涉127

6.6驻波130

6.6.1驻波方程130

6.6.2驻波的特点130

6.6.3驻波实验132

6.6.4问题讨论132

6.7多普勒效应133

6.7.1多普勒效应含义133

6.7.2多普勒效应中频率表达式133

6.8小结134

6.9习题137

第7章 气体动理论140

7.1气体动理论的基本概念140

7.1.1热力学系统140

7.1.2平衡态 平衡过程141

7.1.3状态参量142

7.1.4理想气体的状态方程143

7.1.5分子热运动的无序性144

7.1.6统计规律145

7.2理想气体的压强和温度公式146

7.2.1理想气体的微观模型146

7.2.2理想气体压强公式的推导147

7.2.3温度的本质和统计意义149

7.3能量按自由度均分定理 理想气体的内能150

7.3.1自由度151

7.3.2能量均分定理152

7.3.3理想气体的内能152

7.4麦克斯韦速率分布154

7.4.1速率分布函数154

7.4.2麦克斯韦速率分布律155

7.4.3三种速率157

7.4.4测定气体分子速率分布的实验158

7.5分子碰撞和平均自由程159

7.6小结162

7.7习题163

第8章 热力学基础165

8.1热力学的基本概念165

8.1.1改变内能的方式165

8.1.2热力学第一定律的数学表达式166

8.1.3功 热量 内能167

8.2热力学第一定律对理想气体等值过程的应用169

8.2.1等体过程170

8.2.2等压过程170

8.2.3等温过程173

8.2.4绝热过程174

8.2.5多方过程176

8.3循环过程 卡诺循环179

8.3.1循环过程179

8.3.2热机和制冷机180

8.3.3卡诺循环183

8.4热力学第二定律185

8.4.1可逆过程与不可逆过程185

8.4.2热力学第二定律的含义186

8.4.3卡诺定理187

8.5热力学第二定律的统计意义和熵的概念187

8.5.1热力学第二定律的统计意义187

8.5.2熵 熵增原理189

8.5.3熵的热力学表示190

8.6小结192

8.7习题193

第9章 真空中的静电场197

9.1电场强度 场强叠加原理197

9.1.1电荷 电荷守恒定律197

9.1.2库仑定律198

9.1.3电场 场强叠加原理199

9.2电通量 高斯定理202

9.2.1电场线202

9.2.2电通量203

9.2.3高斯定理204

9.2.4应用高斯定理求电场强度206

9.3静电场的环路定理208

9.3.1静电场力的功209

9.3.2静电场力的环路定理209

9.4电势能 电势210

9.4.1电势能210

9.4.2电势210

9.4.3电势的计算211

9.5电场强度与电势梯度213

9.5.1等势面213

9.5.2电势梯度214

9.6静电场中的导体215

9.6.1静电平衡条件215

9.6.2静电平衡时导体上的电荷分布215

9.6.3静电屏蔽219

9.7静电场中的电介质220

9.7.1电介质的电极化现象220

9.7.2介电强度和介电损耗222

9.8电位移 有电介质时的高斯定理222

9.9电容 电容器224

9.9.1孤立导体的电容224

9.9.2电容器的电容224

9.9.3电介质对电容器电容的影响225

9.9.4几种典型电容器225

9.9.5电容器的连接227

9.10静电场的能量229

9.11静电的其他应用232

9.11.1静电喷漆232

9.11.2静电除尘233

9.11.3静电复印233

9.12小结234

9.13习题237

第10章 恒定磁场240

10.1磁场 磁感应强度240

10.1.1磁现象240

10.1.2磁场、磁感应强度概述241

10.2毕奥-萨伐尔定律242

10.2.1毕奥-萨伐尔定律的含义242

10.2.2毕萨定律的应用举例243

10.3磁场高斯定理246

10.3.1磁感应线246

10.3.2磁通量247

10.3.3磁场的高斯定理247

10.4安培环路定理248

10.4.1安培环路定理的含义248

10.4.2安培环路定理的应用249

10.5磁场对电流的作用253

10.5.1磁场对载流导线的作用253

10.5.2匀强磁场对平面载流线圈的作用254

10.6带电粒子在磁场中的运动256

10.6.1洛伦兹力256

10.6.2带电粒子在均匀磁场中的运动256

10.6.3带电粒子在非均匀磁场中的运动258

10.6.4霍尔效应258

10.7磁介质260

10.7.1磁介质的分类260

10.7.2顺磁质和抗磁质的磁化260

10.7.3磁介质中的安培环路定理 磁场强度262

10.7.4铁磁质265

10.8小结267

10.9习题268

第11章 电磁感应 电磁场271

11.1电磁感应271

11.1.1电磁感应现象271

11.1.2电动势272

11.1.3电磁感应定律273

11.2感应电动势274

11.2.1动生电动势274

11.2.2感生电动势 感生电场276

11.2.3电子感应加速器278

11.3自感和互感279

11.3.1自感279

11.3.2互感280

11.4磁场能量281

11.5麦克斯韦电磁场理论简介283

11.5.1位移电流283

11.5.2麦克斯韦方程组的积分形式285

11.6电磁波谱及其应用286

11.7小结288

11.8习题288

第12章 光的干涉291

12.1相干光291

12.1.1普通光源的发光特点291

12.1.2获得相干光的方法292

12.2杨氏双缝干涉 光程292

12.2.1杨氏双缝实验292

12.2.2杨氏双缝干涉条纹的特点293

12.2.3光程 光程差295

12.2.4洛埃镜实验297

12.3薄膜干涉297

12.3.1薄膜干涉297

12.3.2等倾干涉条纹300

12.3.3等厚干涉条纹300

12.4干涉现象在工程技术中的应用305

12.4.1镀膜光学元件305

12.4.2光学元件表面质量检查306

12.4.3迈克尔孙干涉仪307

12.5相干长度 相干时间308

12.6小结309

12.7习题310

第13章 光的衍射313

13.1光的衍射现象 惠更斯-菲涅尔原理313

13.1.1光的衍射现象313

13.1.2惠更斯-菲涅尔原理314

13.2单缝的夫琅和费衍射315

13.2.1单缝衍射实验315

13.2.2菲涅尔半波带法315

13.2.3单缝衍射条纹的特点317

13.3光栅衍射319

13.3.1光栅衍射现象319

13.3.2光栅衍射规律319

13.3.3光栅衍射条纹的特征321

13.3.4光栅光谱323

13.4光学仪器的分辨本领324

13.4.1圆孔的夫琅和费衍射324

13.4.2光学仪器的分辨率本领325

13.5 X射线的衍射326

13.5.1 X射线的衍射326

13.5.2布喇格公式327

13.6小结328

13.7习题328

第14章 光的偏振330

14.1光的偏振性330

14.1.1偏振现象与横波330

14.1.2自然光 偏振光330

14.2马吕斯定律331

14.2.1偏振片的起偏和检偏331

14.2.2马吕斯定律332

14.3反射光和折射光的偏振 布儒斯特定律333

14.3.1反射光和折射光的偏振333

14.3.2布儒斯特定律333

14.4光的双折射335

14.4.1双折射现象335

14.4.2寻常光 非常光335

14.4.3晶体光学的几个概念336

14.4.3用惠更斯原理解释双折射现象337

14.5小结339

14.6习题339

第15章 波粒二象性341

15.1光的本性341

15.1.1光本性的争论341

15.1.2光的本性341

15.2热辐射 普朗克量子假设342

15.2.1热辐射342

15.2.2黑体343

15.2.3黑体辐射规律343

15.2.4普朗克量子假设344

15.3光电效应345

15.3.1光电效应345

15.3.2光电效应的实验规律346

15.3.3经典电磁理论的困难348

15.3.4光子假说 爱因斯坦方程348

15.4康普顿效应349

15.4.1康普顿效应的实验规律349

15.4.2康普顿效应的理论解释350

15.5实物粒子的波粒二象性352

15.5.1德布罗意物质波假设352

15.5.2德布罗意波的实验验证353

15.5.3德布罗意波的统计解释356

15.6不确定关系357

15.7小结359

15.8习题360

第16章 量子力学基础362

16.1波函数 薛定谔方程362

16.1.1波函数362

16.1.2薛定谔方程363

16.2薛定谔方程的应用366

16.2.1一维无限深方势阱366

16.2.2隧道效应368

16.3氢原子369

16.3.1氢原子光谱的实验规律369

16.3.2玻尔的氢原子理论371

16.3.3氢原子的量子力学处理方法374

16.3.4多电子原子中电子分布380

16.4小结381

16.5习题382

习题答案384