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第0章 了解物理（物理学引论）1

0.1物理学概貌1

一、物理学简介1

二、物理学与数学、物理学与哲学3

三、数量级和物质世界的尺度4

四、物理学习6

0.2物理学中的数学7

一、矢量及其运算7

二、导数与微分11

三、定积分13

四、常用近似公式17

五、常用幂级数展开式17

六、极限运算18

第一部分 力学21

第1章 运动和力21

1.1质点运动的描述21

一、质点运动学中的基本物理量21

二、给定坐标系下运动的描述25

1.2相对运动30

一、伽利略变换与经典时空观30

二、相对位移与相对速度的应用32

1.3牛顿运动定律33

一、牛顿运动定律及其适用范围33

二、力学中几种常见的力35

三、惯性系与非惯性系37

本章例题38

思考题51

习题52

习题答案53

第2章 动量和角动量55

2.1动量定理 动量守恒定律55

一、质点动量定理55

二、质点系动量定理56

三、动量守恒定律57

2.2质点的角动量 角动量守恒定律58

一、角动量58

二、质点角动量定理58

三、质点角动量守恒定律59

本章例题59

思考题65

习题66

习题答案67

第3章 功和能68

3.1功 保守力的功 势能68

一、功68

二、保守力的功 保守力70

三、势能72

3.2动能定理75

一、质点的动能定理75

二、质点系的动能定理75

3.3功能原理 能量守恒定律76

一、功能原理 机械能守恒定律76

二、能量守恒定律77

3.4守恒定律的意义77

一、守恒定律在方法论上的意义77

二、守恒定律在科学史上的推动作用77

三、对称性与守恒定律78

本章例题78

思考题84

习题84

习题答案86

第4章 刚体力学基础87

4.1刚体运动的描述 质心运动定律87

一、刚体及其运动87

二、质心及质心运动定律88

4.2刚体的定轴转动91

一、转动动能 转动惯量91

二、转动惯量的计算93

4.3定轴转动中的动力学问题94

一、转动定律94

二、定轴转动中的动能定理95

三、机械能守恒定律96

4.4刚体的角动量守恒定律97

一、刚体的角动量97

二、刚体的角动量定律98

三、角动量守恒定律98

本章例题100

思考题106

习题107

习题答案108

第5章 狭义相对论基础110

5.1伽利略变换和经典力学时空观110

一、伽利略变换110

二、绝对时空观111

三、伽利略相对性原理和经典物理学的困难111

5.2狭义相对论的基本概念 洛伦兹变换114

一、狭义相对论假设114

二、洛伦兹变换114

5.3相对论时空理论116

一、运动尺度的收缩116

二、时间延缓效应117

三、同时的相对性117

5.4相对论动力学基础118

一、质量和速度的关系118

二、相对论中的能量119

三、质能关系120

四、能量动量关系式121

本章例题122

思考题125

习题125

习题答案126

第二部分 热学129

第6章 热力学基础知识129

6.1热学基础知识概述129

6.2理想气体的状态方程132

一、物质的状态方程132

二、理想气体的状态方程133

6.3热力学第一定律134

一、准静态过程134

二、热力学第一定律138

6.4理想气体的内能 摩尔定容热容和摩尔定压热容140

一、理想气体的内能140

二、理想气体的摩尔热容和内能141

6.5理想气体典型准静态过程中功、热及内能之间的关系142

一、三个等值过程（三个状态参量p、V、T依次保持不变的过程）142

二、绝热过程（三个状态参量都发生变化的过程）144

三、多方过程145

6.6循环过程 卡诺循环146

一、循环过程146

二、热机及其效率146

三、致冷机及其效率147

四、卡诺循环149

五、绝对零度不能达到原理（热力学第三定律）150

6.7热力学第二定律151

一、自然过程的方向性151

二、热力学第二定律及其表述154

三、卡诺定理158

四、热力学第二定律与熵160

本章例题166

思考题177

习题178

习题答案180

第7章 气体动理论181

7.1气体分子热运动与统计规律182

一、分子热运动的基本观点182

二、分子运动服从统计规律183

7.2理想气体的压强和温度188

一、理想气体的压强188

二、理想气体的温度190

7.3能量按自由度均分定理191

一、自由度的概念191

二、能量按自由度均分定理（能量均分定理）192

7.4麦克斯韦速率分布定律195

一、分布的概念及麦克斯韦速率分布195

二、麦克斯韦速率分布定律的实验验证200

7.5玻耳兹曼分布律201

一、玻耳兹曼分布律201

二、玻耳兹曼因子e-ε／（kT）与能量最小原理202

三、重力场中粒子按高度的分布203

7.6气体分子的平均自由程204

一、分子的平均碰撞频率204

二、分子平均自由程205

本章例题206

思考题211

习题212

习题答案213

第三部分 机械振动和机械波217

第8章 机械振动基础217

8.1简谐振动217

一、简谐振动217

二、谐振动的旋转矢量表示219

三、谐振动的能量221

四、初始条件与振幅、相位的关系222

8.2简谐振动的合成222

一、同方向同频率谐振动的合成222

二、同方向不同频率谐振动的合成拍223

三、两个同频率相互垂直谐振动的合成224

8.3阻尼振动与受迫振动简介226

一、阻尼振动226

二、受迫振动 共振227

本章例题229

思考题238

习题238

习题答案239

第9章 机械波240

9.1波的产生 波动方程240

一、振动与波240

二、平面简谐波的波函数243

三、振动曲线与波动曲线245

9.2波的能量 能流与能流密度246

一、媒质元的能量246

二、能量密度与平均能量密度248

三、能流和波的强度（能流密度）248

9.3波的干涉249

一、波的叠加原理249

二、惠更斯原理250

三、波的干涉250

四、驻波252

本章例题254

思考题263

习题263

习题答案264

第四部分 波动光学267

第10章 光的干涉267

10.1光源 光波的叠加267

一、光是电磁波267

二、光波的叠加 光的干涉268

三、光程与光程差271

10.2双缝干涉272

一、杨氏双缝273

二、菲涅耳双镜（双面镜、双棱镜）275

三、洛埃镜与半波损失现象275

10.3薄膜干涉276

一、薄膜干涉的基本原理及结论276

二、等厚干涉条纹278

三、等倾干涉281

本章例题284

思考题291

习题291

习题答案292

第11章 光的衍射293

11.1单缝夫琅禾费衍射293

一、光的衍射现象293

二、惠更斯-菲涅耳原理294

三、单缝夫琅禾费衍射294

11.2光栅衍射300

一、光栅衍射原理300

二、多缝夫琅禾费衍射（光栅衍射）300

三、光栅光谱304

11.3光学仪器的分辨率304

一、夫琅禾费圆孔衍射304

二、瑞利判据305

三、最小分辨角和仪器的分辨率305

11.4X射线衍射 布喇格方程306

一、X射线衍射306

二、布喇格方程307

本章例题308

思考题315

习题315

习题答案316

第12章 光的偏振317

12.1自然光 线偏振光 马吕斯定律317

一、自然光317

二、线偏振光317

三、起偏与检偏318

四、马吕斯定律318

12.2反射和折射时光的偏振 布儒斯特定律319

一、布儒斯特定律319

二、玻璃堆——布儒斯特定律的应用320

12.3双折射现象321

一、晶体的双折射现象321

二、几种获得线偏振光的棱镜324

本章例题325

思考题328

习题328

习题答案329

附录Ⅰ330

附录Ⅱ331

参考文献334