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第一篇 力学3

第1章 质点运动学3

1.1 质点、参考系和坐标系3

1.1.1 理想模型——质点3

1.1.2 参考系和坐标系3

1.2 时间和空间的测量3

1.2.1 时间的测量4

1.2.2 空间的测量5

1.3 位矢、速度和加速度5

1.3.1 位矢和运动方程6

1.3.2 位移6

1.3.3 速度6

1.3.4 加速度7

1.3.5 切向加速度和法向加速度8

1.4 运动学中的问题类型和常见运动9

1.4.1 直线运动10

1.4.2 理想的抛体运动应满足的四个假设条件11

1.4.3 圆周运动12

1.5 相对运动14

思考题15

习题16

物理学与现代科学技术17

探索太空17

第2章 质点动力学22

2.1 牛顿运动定律22

2.1.1 牛顿第一定律22

2.1.2 牛顿第二定律22

2.1.3 牛顿第三定律23

2.1.4 牛顿运动定律的适用范围23

2.2 四种基本的力和力学中的常见力24

2.2.1 四种基本的相互作用力24

2.2.2 力学中的常见力24

2.3 牛顿运动定律的应用25

2.3.1 动力学问题的类型及解题的基本方法25

2.3.2 在使用牛顿定律解题时的解题步骤25

2.4 用有效质量替代法求解复合阿特伍德机27

2.4.1 简单阿特伍德机的有效质量27

2.4.2 求解复合机28

2.4.3 多次复合机29

2.4.4 学生练习29

2.5 非惯性系、非惯性系中的运动定律30

2.5.1 惯性系和非惯性系30

2.5.2 非惯性系中的运动定律30

2.5.3 惯性力31

2.5.4 宇航员遇到的超重和失重31

2.6 惯性离心力32

2.6.1 惯性离心力32

2.6.2 惯性离心力的典型事例及其应用32

2.6.3 科里奥利力简介32

思考题33

习题33

科学家介绍35

牛顿35

第3章 运动守恒定律37

3.1 功、动能定理37

3.1.1 变力沿曲线所做的功37

3.1.2 功率39

3.1.3 动能和动能定理39

3.2 保守力和势能40

3.2.1 保守力、非保守力和耗散力40

3.2.2 势能41

3.3 功能原理、机械能守恒和能量守恒定律42

3.3.1 功能原理42

3.3.2 机械能守恒和转换定律43

3.3.3 能量守恒和转换定律43

3.3.4 第一、第二、第三宇宙速度44

3.4 动量定理46

3.4.1 质点的动量和动量定理46

3.4.2 冲力和冲量46

3.4.3 对动量定理的几点说明47

3.5 动量守恒48

3.5.1 质点系的动量定理48

3.5.2 动量守恒定律49

3.5.3 同一性问题50

3.6 火箭飞行原理50

3.6.1 单级火箭的飞行50

3.6.2 多级火箭51

3.6.3 火箭的推力及火箭的运动方程51

3.7 质点的角动量定理和角动量守恒52

3.7.1 力矩52

3.7.2 角动量53

3.7.3 质点的角动量定理和角动量守恒53

3.7.4 角动量守恒定律的应用54

思考题55

习题56

第4章 刚体力学58

4.1 刚体运动的描述58

4.1.1 刚体的平动和转动58

4.1.2 刚体定轴转动的描述59

4.2 刚体定轴转动的转动定律60

4.2.1 刚体定轴转动定律的表述及其与F＝ma的对比60

4.2.2 刚体定轴转动定律的推导60

4.2.3 定轴转动的动力学问题的解题方法练习61

4.3 转动惯量62

4.3.1 转动惯量的概念62

4.3.2 转动惯量的计算63

4.4 刚体的功和能66

4.4.1 力矩的功66

4.4.2 刚体的动能66

4.4.3 定轴转动中的动能定理67

4.4.4 刚体的势能67

4.5 刚体的角动量定理和角动量守恒68

4.5.1 刚体的角动量68

4.5.2 刚体的角动量定理69

4.5.3 角动量守恒及其应用69

4.6 对称性与守恒定律71

4.6.1 对称性71

4.6.2 物理定律的对称性71

4.6.3 物理定律对称性与守恒定律72

4.7 流体力学简介73

4.7.1 理想流体和定常流动73

4.7.2 流线和流管74

4.7.3 连续性方程74

4.7.4 伯努利方程74

4.7.5 伯努利方程的应用75

思考题76

习题77

物理学与现代科学技术78

中国与其他强国重要科技成就时间比较78

第5章 狭义相对论基础80

5.1 伽利略变换和力学的相对性原理80

5.1.1 伽利略变换80

5.1.2 经典力学的时空观81

5.1.3 力学的相对性原理81

5.2 狭义相对论的基本原理82

5.2.1 经典力学的困难82

5.2.2 狭义相对论的基本原理82

5.3 洛仑兹变换83

4.3.1 洛仑兹83

5.3.2 洛仑兹变换84

4.3.3 相对论的速度变换式84

5.4 相对论的时空观86

5.4.1 同时性的相对性86

5.4.2 时间间隔的相对性86

5.4.3 空间长度的相对性88

5.5 狭义相对论动力学方程89

5.5.1 相对论质量与速率的关系89

5.5.2 相对论动量90

5.5.3 相对论动力学方程90

5.6 相对论动能和质能关系式91

5.6.1 相对论动能91

5.6.2 相对论质能关系式91

5.6.3 相对论能量和动量关系式92

4.7 广义相对论简介93

5.7.1 等效原理和广义相对性原理93

5.7.2 广义相对论效应及其实验验证94

思考题95

习题95

科学家介绍96

爱因斯坦96

第6章 机械振动98

6.1 简谐振动98

6.1.1 弹簧振子模型98

6.1.2 简谐振动的动力学方程98

6.1.3 简谐振动的速度和加速度99

6.1.4 描绘简谐振动的三个特征参量——振幅、周期和相位100

6.1.5 相位差100

6.2 简谐振动的旋转矢量表示法103

6.3 简谐振动的能量105

6.4 简谐振动的合成106

6.4.1 同方向同频率的两简谐振动的合成106

6.4.2 两个互相垂直的同频率的简谐振动的合成107

6.5 阻尼振动、受迫振动及共振109

6.5.1 阻尼振动109

6.5.2 受迫振动和共振110

思考题111

习 题111

物理学与现代科学技术112

混沌（chaos）112

第7章 机械波115

7.1 机械波的基本概念115

7.1.1 机械波的产生条件和传播特征115

7.1.2 机械波的类型116

7.1.3 波长、波速和波的频率116

7.2 平面简谐波的表达式117

7.2.1 平面波的研究方法117

7.2.2 平面简谐波的表达式117

7.2.3 平面简谐波表达式的物理意义118

7.2.4 计算题的类型119

7.3 波的能量和能流密度120

7.3.1 在波动存在的媒质内任一体积元△V中的能量120

7.3.2 波的能量传播特征121

7.3.3 能量密度121

7.3.4 能流、能流密度或波强122

7.3.5 声强和声强级122

7.4 波的叠加原理和波的干涉123

7.4.1 波的叠加原理123

7.4.2 波的干涉123

7.5 反射波的相位和驻波125

7.5.1 反射波的相位125

7.5.2 驻波126

7.6 多普勒效应127

7.6.1 多普勒效应127

7.6.2 多普勒效应的应用128

思考题129

习题130

物理学与现代科学技术131

超声波的特性及其应用131

第二篇 热学137

第8章 气体动理论137

8.1 气体动理论的基本观点137

8.1.1 分子运动的基本观点137

8.1.2 气体系统的平衡态138

8.1.3 分子运动的统计规律性139

8.2 气体运动状态的描述139

8.2.1 物态参量139

8.2.2 物态方程139

8.2.3 道尔顿分压定律141

8.3 理想气体的压强公式和温度的意义141

8.3.1 克劳修斯的理想气体模型141

8.3.2 理想气体的压强公式142

8.3.3 温度的统计意义143

8.4 能量均分定理和理想气体的内能144

8.4.1 分子运动的自由度144

8.4.2 能量均分定理145

8.4.3 理想气体的内能145

8.5 麦克斯韦和玻耳兹曼统计分布律146

8.5.1 麦克斯韦速率分布定律146

8.5.2 分子速率的统计平均值146

8.5.3 玻耳兹曼分布定律148

8.5.4 大气密度和压强随高度的变化149

8.6 气体分子的碰撞149

8.6.1 平均碰撞频率150

8.6.2 平均自由程150

8.7 非平衡态下气体内的迁移现象151

8.7.1 粘滞现象151

8.7.2 热传导现象152

8.7.3 扩散现象152

8.8 液体的表面现象153

8.8.1 液体的表面张力153

8.8.2 弯曲液面下的附加压强154

8.8.3 润湿现象和毛细现象155

8.8.4 表面活性物质和表面吸附157

思考题158

习题159

第9章 热力学基础160

9.1 热力学第一定律160

9.1.1 热力学的一些基本概念160

9.1.2 热力学第一定律162

9.2 理想气体的热力学过程162

9.2.1 理想气体的等体过程163

9.2.2 理想气体的等压过程163

9.2.3 理想气体的等温过程166

9.2.4 理想气体的绝热过程166

9.2.5 理想气体的多方过程167

9.3 循环过程168

9.3.1 热机循环与制冷机循环168

9.3.2 卡诺循环170

9.4 热力学第二定理172

9.4.1 热力学第二定理的表述172

9.4.2 可逆过程和不可逆过程173

9.4.3 卡诺定理173

9.4.4 热力学第二定理的统计意义174

9.5 熵175

9.5.1 熵和熵增加原理175

9.5.2 熵变计算177

思考题178

习题178

物理学与现代科学技术180

熵与信息180

耗散结构181

第三篇 电磁学187

第10章 静电场187

10.1 电荷的基本性质和库仑定律187

10.1.1 电荷守恒187

10.1.2 电荷的量子化188

10.1.3 库仑定律188

10.1.4 静电力的叠加原理189

10.2 电场电场强度191

10.2.1 电场191

10.2.2 电场强度191

10.2.3 点电荷的场强191

10.2.4 电场强度叠加原理192

10.3 高斯定理194

10.3.1 电力线194

10.3.2 电通量195

10.3.3 高斯定理195

10.3.4 利用高斯定理求场强197

10.4 静电场环路定理和电势199

10.4.1 静电场力做的功199

10.4.2 静电场的环路定理200

10.4.3 电势200

10.4.4 电势叠加原理202

10.5 静电场中的导体和电容器203

10.5.1 导体的静电平衡203

10.5.2 导体上的电荷分布204

10.5.3 导体表面的场强204

10.5.4 静电屏蔽205

10.5.5 电容器的电容206

10.6 静电场中的电介质208

10.6.1 有电介质的电容器208

10.6.2 电介质的极化209

10.6.3 电介质中的静电场210

10.6.4 有电介质时的高斯定理和电位移矢量212

10.7 静电场的能量214

10.7.1 带电电容器的静电能214

10.7.2 电场的能量214

思考题216

习题217

物理学与现代科学技术219

生物的电现象及其应用219

第11章 稳恒磁场222

11.1 磁场和磁感应强度222

11.1.1 基本磁现象222

11.1.2 磁场223

11.1.3 磁感应强度223

11.2 毕奥萨伐尔定律224

11.2.1 毕奥萨伐尔定律224

11.2.2 运动电荷的磁场225

11.2.3 毕奥萨伐尔定律的应用226

11.3 磁场的高斯定理228

11.3.1 磁感应线228

11.3.2 磁通量228

11.3.3 磁场的高斯定理229

11.4 安培环路定理229

11.4.1 安培环路定理的表述及验证229

11.4.2 安培环路定理的应用231

11.5 洛仑兹力和安培力233

11.5.1 洛仑兹力233

11.5.2 安培力234

11.5.3 磁约束原理235

11.6 介质中的磁场236

11.6.1 磁介质对磁场的影响236

11.6.2 有磁介质时的高斯定理237

11.6.3 有磁介质时的安培环路定理237

思考题238

习题239

物理学与现代科学技术242

超导的基本特性及其应用242

第12章 电磁感应和电磁场245

12.1 电磁感应的基本定律245

12.1.1 电磁感应现象245

12.1.2 电动势246

12.1.3 楞茨定律247

12.1.4 法拉第电磁感应定律248

12.2 动生电动势和感生电动势248

12.2.1 动生电动势249

12.2.2 感生电动势和感生电场250

12.3 自感和互感252

12.3.1 自感现象252

12.3.2 自感电动势和自感系数252

12.3.3 互感253

12.4 磁场的能量254

12.4.1 自感磁能254

12.4.2 磁场的能量255

12.5 位移电流和麦克斯韦方程组256

12.5.1 位移电流256

12.5.2 麦克斯韦方程组257

12.6 电磁波258

12.6.1 电磁波存在的预言及证实258

12.6.2 电磁波的基本性质259

12.6.3 电磁波谱259

思考题260

习题261

科学家介绍262

法拉第262

第四篇 波动光学267

第13章 光的干涉267

13.1 光干涉的基本原理267

13.1.1 光的干涉现象267

13.1.2 产生光干涉的基本条件267

13.1.3 光干涉的计算方法268

13.2 光干涉的实现方法及应用270

13.2.1 分波阵面的双光束干涉270

13.2.2 分振幅的双光束干涉273

13.2.3 光干涉在现代科技领域的应用279

思考题282

习题283

第14章 光的衍射286

14.1 光衍射的基本原理286

14.1.1 光的衍射现象286

14.1.2 产生光衍射的基本条件286

14.1.3 光衍射的分类及计算方法287

14.2 光衍射的实现方法及应用288

14.2.1 单缝夫琅禾费衍射288

14.2.2 圆孔夫琅禾费衍射291

14.2.3 光栅衍射292

14.2.4 光衍射在现代科技领域中的应用295

思考题300

习题301

第15章 光的偏振303

15.1 光偏振的基本原理303

15.1.1 光的偏振现象303

15.1.2 光偏振的产生及计算303

15.1.3 光偏振状态的分类及表示304

15.2 光偏振的实现方法及应用305

15.2.1 偏振片的起偏和检偏305

15.2.2 介质分界面上的反射和折射307

15.2.3 双折射309

15.2.4 光偏振在现代科技领域中的应用312

思考题315

习题316

第五篇 近代物理及其应用319

第16章 量子光学概论319

16.1 黑体辐射319

16.1.1 热辐射现象319

16.1.2 黑体辐射定律320

16.1.3 普朗克量子假设321

16.2 光电效应322

16.2.1 光电效应的实验规律322

16.2.2 爱因斯坦的光子假设和光电效应方程324

16.2.3 光电效应的应用324

16.3 康普顿效应325

16.3.1 康普顿效应325

16.3.2 光子理论的解释325

16.3.3 光的波粒二象性327

思考题327

习题327

第17章 量子力学简介329

17.1 早期量子论329

17.1.1 原子模型329

17.1.2 氢原子光谱330

17.1.3 玻尔氢原子理论330

17.2 量子力学基本概念332

17.2.1 物质波333

17.2.2 波函数及其统计解释335

17.2.3 不确定关系336

17.2.4 薛定谔方程337

思考题341

习题341

第18章 当代物理的新进展及应用简介342

18.1 现代光学及其应用342

18.1.1 激光342

18.1.2 激光全息术345

18.1.3 激光生物学与现代农业347

18.1.4 光通信349

18.2 亚原子物理简介350

18.2.1 原子核的基本结构351

18.2.2 放射性衰变和应用352

18.2.3 核反应及其应用352

18.2.4 粒子物理与宇宙演化358

思考题362

科学家介绍362

波尔362

附录Ⅰ 矢量365

附录Ⅱ 常用物理常量表370

附录Ⅲ 有关银河系、太阳、地球、月球的数据371

附录Ⅳ 数学公式372

附录Ⅴ 希腊字母表374

习题答案375

主要参考文献383