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第1篇 力学3

第1章 质点运动学3

1.1引言3

1.1.1质点3

1.1.2参考系 坐标系3

1.1.3时间和空间的计量4

1.2质点运动的描述5

1.2.1位置矢量 位移5

1.2.2速度6

1.2.3加速度7

1.3质点运动学的两类问题8

1.3.1第一类问题9

1.3.2第二类问题11

1.4圆周运动 曲线运动在自然坐标系中的表示16

1.4.1圆周运动中的切向和法向加速度16

1.4.2一般曲线运动在自然坐标系中的表示18

1.4.3圆周运动的角量描述18

1.4.4圆周运动线量与角量的关系19

1.5相对运动22

1.5.1伽利略变换与经典时空观22

1.5.2相对位移与相对速度的应用23

提要26

思考题27

习题27

第2章 运动和力30

2.1牛顿运动定律30

2.1.1牛顿第一定律30

2.1.2牛顿第二定律30

2.1.3牛顿第三定律31

2.2几种常见的力31

2.2.1自然界中的4种基本力32

2.2.2力学中几种常见的力32

2.3牛顿定律的应用34

2.4惯性系与非惯性系36

2.4.1惯性系与非惯性系的定义36

2.4.2惯性力37

提要38

思考题39

习题39

第3章 动量和角动量42

3.1动量定理 动量守恒定律42

3.1.1质点动量定理42

3.1.2质点系动量定理43

3.1.3动量守恒定律45

3.2质心及质心运动定律48

3.2.1质心48

3.2.2质心与重心49

3.2.3质心运动定律50

3.3质点的角动量 角动量守恒定律51

3.3.1角动量51

3.3.2质点角动量定理51

3.3.3质点角动量守恒定律52

提要54

思考题54

习题55

第4章 功和能57

4.1功 动能定理57

4.1.1功57

4.1.2质点的动能定理58

4.1.3质点系的动能定理60

4.1.4一对力的功61

4.2保守力的功 势能61

4.2.1保守力的功保守力61

4.2.2势能63

4.3功能原理 能量守恒定律66

4.3.1功能原理 机械能守恒定律66

4.3.2能量守恒定律67

4.4守恒定律的意义71

4.4.1守恒定律在方法论上的意义71

4.4.2守恒定律在科学史上的推动作用71

4.4.3对称性与守恒定律71

提要72

思考题73

习题73

第5章 刚体力学基础76

5.1刚体运动的描述76

5.1.1刚体及其运动76

5.1.2刚体定轴转动的描述77

5.2刚体定轴转动定律78

5.2.1力矩78

5.2.2转动定律78

5.2.3转动惯量79

5.2.4刚体定轴转动定律的应用83

5.3刚体定轴转动中的功和能85

5.3.1转动动能85

5.3.2力矩的功85

5.3.3定轴转动中的动能定理86

5.3.4刚体的重力势能86

5.3.5机械能守恒定律86

5.4刚体的角动量守恒定律87

5.4.1刚体的角动量87

5.4.2刚体的角动量定律88

5.4.3角动量守恒定律88

提要92

思考题93

习题93

第2篇 电磁学99

第6章 真空中的静电场99

6.1电荷守恒定律 库仑定律99

6.1.1电荷守恒定律99

6.1.2库仑定律100

6.2电场强度 场的叠加原理102

6.2.1电场102

6.2.2电场强度102

6.2.3点电荷的电场强度103

6.2.4电场强度叠加原理103

6.3电场线 电通量 高斯定理108

6.3.1电场线108

6.3.2电通量109

6.3.3高斯定理111

6.3.4高斯定理的应用112

6.4电场力的功 电势116

6.4.1静电场力作功的特点117

6.4.2电势118

6.4.3电势的计算119

6.5电场强度与电势的关系122

6.5.1等势面122

6.5.2电场强度与电势的关系123

提要125

思考题127

习题128

第7章 静电场中的导体和电介质130

7.1静电场中的导体130

7.1.1静电感应 静电平衡条件130

7.1.2静电平衡导体的电荷分布131

7.1.3空腔导体内外的静电场132

7.1.4静电屏蔽133

7.1.5有导体存在时静电场的分析与计算134

7.2静电场中的电介质137

7.2.1电介质的极化137

7.2.2电极化强度138

7.2.3电极化强度与极化电荷分布的关系139

7.3电介质中的高斯定理140

7.4电容器及其电容计算142

7.4.1孤立导体的电容142

7.4.2电容器的电容143

7.4.3计算电容器的电容143

7.5电场的能量149

7.5.1孤立带电导体的能量149

7.5.2电场的能量149

提要152

思考题154

习题155

第8章 恒定电流157

8.1电流 欧姆定律157

8.1.1电流157

8.1.2欧姆定律158

8.1.3电流密度矢量159

8.1.4欧姆定律的微分形式160

8.2电源的电动势161

8.3闭合回路和一段含源电路的欧姆定律162

8.3.1电流的功和功率 焦耳定律162

8.3.2闭合回路的欧姆定律163

8.3.3一段含源电路的欧姆定律164

8.4电容器的充电与放电165

8.4.1电容器的充电165

8.4.2电容器的放电167

提要167

思考题168

习题168

第9章 真空中恒定电流的磁场171

9.1基本磁现象与本质171

9.2磁感应强度与磁通量172

9.2.1磁感应强度172

9.2.2磁力线173

9.2.3磁通量174

9.3载流导体的磁场175

9.3.1毕奥-萨伐尔定律175

9.3.2运动电荷的磁场175

9.3.3毕奥-萨伐尔定律的应用176

9.4安培环路定理及其应用181

9.4.1安培环路定理181

9.4.2安培环路定理的应用182

9.5磁场对电流的作用186

9.5.1磁场对载流导线的作用力186

9.5.2均匀磁场对载流线圈的作用186

9.5.3磁力矩的功187

9.6带电粒子在磁场中的运动191

9.6.1带电粒子在均匀磁场中的运动 磁聚焦191

9.6.2带电粒子在非均匀磁场中的运动 磁镜 磁约束192

9.7霍尔效应194

提要195

思考题196

习题197

第10章 磁场中的磁介质201

10.1磁介质201

10.2物质的磁化202

10.2.1分子电流的起源202

10.2.2顺磁质和抗磁质的磁化规律202

10.2.3磁化强度与磁化电流204

10.3磁介质中的安培环路定理207

10.3.1磁场强度与磁介质中的安培环路定理207

10.3.2磁化率207

10.4铁磁质212

10.4.1铁磁质的磁化规律212

10.4.2铁磁质的分类214

10.4.3铁磁质的微观结构215

提要215

思考题216

习题217

第11章 变化的磁场与电场219

11.1电磁感应219

11.1.1电磁感应现象219

11.1.2法拉第电磁感应定律219

11.1.3楞次定律220

11.2动生电动势222

11.3感生电动势 感应电场228

11.4自感应231

11.5互感应233

11.6磁场的能量235

11.7变化电场产生磁场237

提要240

思考题241

习题242

第12章 麦克斯韦电磁理论 电磁波246

12.1麦克斯韦方程组246

12.1.1麦克斯韦方程组的积分形式246

12.1.2麦克斯韦方程组的微分形式247

12.2电磁波简介248

12.2.1电磁波的辐射和传播248

12.2.2电磁波的波动方程250

12.2.3平面电磁波251

12.2.4电磁波谱 电磁波的应用252

提要254

思考题255

参考文献256

习题答案257

附录1266

国际单位制和物理量的量纲266

国际单位制的单位定义267

几个保留单位和换算关系268

附录2269

基本物理常数表269