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计算机模拟简介1

第一章 质点运动学4

1.1 质点运动的描述4

1.1.1 参考系4

1.1.2 位置矢量5

1.1.3 位移5

1.1.4 速度6

1.1.5 加速度8

1.1.6 两类基本问题9

1.2 圆周运动12

1.2.1 角量描述12

1.2.2 自然坐标描述13

1.3 相对运动15

计算机模拟（一）16

习题17

第二章 质点动力学20

2.1 牛顿运动定律20

2.1.1 牛顿运动定律20

2.1.2 牛顿运动定律的应用22

2.1.3 非惯性系 惯性力25

2.2 动能定理 机械能守恒定律26

2.2.1 功与功率26

2.2.2 保守力与非保守力 势能29

2.2.3 动能定理30

2.2.4 机械能守恒定律 能量守恒定律33

2.3 动量定理 动量守恒定律35

2.3.1 质点的动量定理35

2.3.2 质点系的动量定理39

2.3.3 动量守恒定律40

计算机模拟（二）43

习题44

第三章 刚体的定轴转动48

3.1 刚体运动的描述48

3.1.1 刚体的运动48

3.1.2 刚体定轴转动的角量50

3.2 转动定律51

3.2.1 力矩52

3.2.2 转动定律53

3.3 转动动能定理57

3.3.1 力矩的功57

3.3.2 转动动能58

3.3.3 转动动能定理58

3.4 角动量定理 角动量守恒定律60

3.4.1 角动量定理61

3.4.2 角动量守恒定律63

计算机模拟（三）66

习题67

第四章 狭义相对论70

4.1 伽利略变换和经典力学时空观70

4.2 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换72

4.2.1 狭义相对论的基本原理73

4.2.2 洛伦兹变换73

4.3 狭义相对论的时空观75

4.3.1 “同时”的相对性75

4.3.2 长度的收缩76

4.3.3 时间的延缓77

4.4 狭义相对论动力学78

4.4.1 质量和速度的关系79

4.4.2 狭义相对论动力学的基本方程79

4.4.3 质量和能量的关系80

4.4.4 动量和能量的关系82

习题83

第五章 气体动理论85

5.1 气体状态的描述85

5.1.1 状态参量 平衡态85

5.1.2 理想气体的微观模型 物态方程86

5.1.3 气体分子热运动的统计规律性86

5.2 理想气体的压强和温度87

5.2.1 理想气体的压强87

5.2.2 理想气体的温度89

5.3 能量均分定理 理想气体的内能90

5.3.1 自由度91

5.3.2 能量均分定理92

5.3.3 理想气体的内能92

5.4 麦克斯韦速率分布律93

5.4.1 速率分布函数93

5.4.2 麦克斯韦速率分布律94

5.4.3 三种统计速率95

5.5 气体分子的平均碰撞频率和平均自由程96

5.5.1 平均碰撞频率96

5.5.2 平均自由程97

5.6 范德瓦耳斯方程98

习题99

第六章 热力学基础102

6.1 热力学的几个基本概念102

6.1.1 准静态过程102

6.1.2 内能102

6.1.3 功103

6.1.4 热量103

6.2 热力学第一定律104

6.3 理想气体的典型过程105

6.3.1 等体过程105

6.3.2 等压过程106

6.3.3 等温过程107

6.3.4 绝热过程108

6.4 循环过程 卡诺循环111

6.4.1 循环过程111

6.4.2 热机效率和制冷系数111

6.4.3 卡诺循环114

6.5 热力学第二定律 卡诺定理115

6.5.1 可逆过程与不可逆过程116

6.5.2 热力学第二定律的两种表述116

6.5.3 卡诺定理117

6.6 热力学第二定律的统计意义 熵118

6.6.1 热力学第二定律的统计意义118

6.6.2 熵119

习题120

第七章 静电场123

7.1 电荷 库仑定律123

7.1.1 电荷的量子化和守恒定律123

7.1.2 库仑定律124

7.2 电场 电场强度126

7.2.1 电场强度126

7.2.2 场强叠加原理128

7.2.3 场强的计算129

7.3 电场强度通量 高斯定理133

7.3.1 电场强度通量134

7.3.2 高斯定理135

7.3.3 高斯定理的应用137

7.4 静电场力的功 静电场的环路定理140

7.4.1 静电场力的功140

7.4.2 静电场的环路定理141

7.5 电势142

7.5.1 电势 电势差143

7.5.2 电势的叠加原理144

7.5.3 电势的计算145

7.6 电场强度与电势的微分关系148

7.7 密立根电子电荷量测量实验149

7.8 静电场中的导体与电介质151

7.8.1 静电场中的导体151

7.8.2 静电场中的电介质155

7.9 电容 静电场的能量159

7.9.1 电容器及其电容159

7.9.2 静电场的能量162

计算机模拟（四）164

习题165

第八章 恒定磁场171

8.1 恒定电流 电动势171

8.1.1 恒定电流 电流密度171

8.1.2 电源 电动势172

8.2 磁场 磁感应强度174

8.2.1 磁场 磁感应强度175

8.2.2 毕奥-萨伐尔定律176

8.2.3 毕奥-萨伐尔定律的应用177

8.3 磁通量 磁场中的高斯定理181

8.3.1 磁通量181

8.3.2 磁场中的高斯定理182

8.4 安培环路定理183

8.4.1 安培环路定理183

8.4.2 安培环路定理的应用184

8.5 磁场对运动电荷的作用186

8.5.1 洛伦兹力186

8.5.2 带电粒子在磁场中的运动187

8.5.3 霍尔效应188

8.6 磁场对载流导线的作用189

8.6.1 安培定律190

8.6.2 磁场对载流线圈的作用192

8.7 磁介质193

8.7.1 磁介质的磁化194

8.7.2 磁介质中的安培环路定理196

8.7.3 铁磁质198

计算机模拟（五）200

习题202

第九章 电磁感应206

9.1 电磁感应定律206

9.1.1 法拉第电磁感应定律206

9.1.2 楞次定律207

9.2 动生电动势和感生电动势209

9.2.1 动生电动势209

9.2.2 感生电动势211

9.2.3 涡电流212

9.3 自感和互感213

9.3.1 自感213

9.3.2 互感214

9.4 磁场能量217

9.5 位移电流 麦克斯韦方程组218

9.5.1 位移电流218

9.5.2 全电流定律220

9.5.3 麦克斯韦方程组220

计算机模拟（六）221

习题222

第十章 振动226

10.1 简谐振动的描述226

10.1.1 简谐振动的特征226

10.1.2 描述简谐振动的物理量228

10.2 旋转矢量法231

10.3 简谐振动的能量234

10.4 简谐振动的合成235

10.4.1 两个同方向同频率简谐振动的合成235

10.4.2 两个同方向不同频率简谐振动的合成 拍237

10.4.3 两个相互垂直的简谐振动的合成238

10.5 阻尼振动 受迫振动241

10.5.1 阻尼振动241

10.5.2 受迫振动242

10.6 电磁振荡244

10.6.1 LC振荡电路244

10.6.2 无阻尼电磁振荡245

计算机模拟（七）247

习题248

第十一章 波动253

11.1 机械波的产生和传播253

11.1.1 机械波的产生253

11.1.2 机械波的描述254

11.2 平面简谐波的波函数255

11.2.1 平面简谐波的波函数256

11.2.2 波函数的物理意义257

11.3 波的能量 能流密度260

11.3.1 波的能量260

11.3.2 能流和能流密度261

11.4 波的干涉和衍射262

11.4.1 波的干涉263

11.4.2 波的衍射266

11.5 驻波267

11.5.1 驻波的产生267

11.5.2 驻波方程269

11.5.3 相位跃变271

11.5.4 振动的简正模式271

11.6 多普勒效应272

11.6.1 波源静止 观察者相对介质运动272

11.6.2 观察者静止 波源相对介质运动273

11.6.3 波源和观察者同时相对介质运动274

11.7 声波 超声波和次声波274

11.7.1 声波274

11.7.2 超声波和次声波275

11.8 电磁波276

11.8.1 电磁波的产生与传播特性276

11.8.2 电磁波的能量279

计算机模拟（八）280

习题281

第十二章 波动光学285

12.1 光的相干性285

12.2 杨氏双缝干涉 光程287

12.2.1 杨氏双缝干涉287

12.2.2 光程290

12.3 等倾干涉291

12.3.1 等倾干涉291

12.3.2 增透膜和增反膜293

12.4 等厚干涉295

12.4.1 劈尖干涉295

12.4.2 牛顿环297

12.5 迈克耳孙干涉仪299

12.6 光的衍射300

12.6.1 光的衍射现象300

12.6.2 惠更斯-菲涅耳原理302

12.6.3 菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射302

12.7 单缝衍射303

12.8 圆孔衍射 光学仪器的分辨本领307

12.8.1 圆孔衍射307

12.8.2 光学仪器的分辨本领308

12.9 光栅衍射310

12.9.1 光栅310

12.9.2 光栅衍射310

12.10 X射线的衍射314

12.11 光的偏振 马吕斯定律316

12.11.1 自然光 偏振光317

12.11.2 偏振片 起偏与检偏318

12.11.3 马吕斯定律319

12.12 反射光和折射光的偏振320

计算机模拟（九）322

习题324

第十三章 量子物理基础328

13.1 黑体辐射 普朗克量子假设328

13.1.1 黑体辐射定律328

13.1.2 普朗克量子假设330

13.2 光电效应 光的波粒二象性332

13.2.1 光电效应实验规律333

13.2.2 爱因斯坦方程335

13.2.3 光的波粒二象性335

13.2.4 光电效应的应用337

13.3 康普顿效应338

13.4 玻尔的氢原子理论341

13.4.1 氢原子光谱的规律342

13.4.2 玻尔的氢原子理论343

13.5 实物粒子的波粒二象性347

13.6 不确定关系350

13.7 波函数 薛定谔方程351

13.7.1 波函数352

13.7.2 薛定谔方程353

13.7.3 一维定态问题354

13.8 氢原子的量子力学描述358

13.8.1 氢原子的薛定谔方程358

13.8.2 三个量子数359

13.9 电子自旋 原子的壳层结构360

13.9.1 电子自旋361

13.9.2 原子的壳层结构362

习题365

附录一 常用基本物理常量367

附录二 MATLAB简介368

习题参考答案370