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序1

前言1

绪论1

第一篇 力学8

第1章 质点运动学8

1.1 质点运动的描述8

1.1.1 预备知识8

1.1.2 描述质点运动的物理量9

1.2 圆周运动14

1.2.1 直角坐标系下的描述14

1.2.2 自然坐标系下的描述15

1.2.3 圆周运动的角量描述16

1.3 直线运动的描述17

1.4 相对运动与伽利略变换21

1.4.1 运动合成定理21

1.4.2 伽利略变换21

本章内容小结23

思考题24

练习题25

第2章 质点动力学29

2.1 牛顿运动定律及其应用29

2.1.1 牛顿运动定律29

2.1.2 常见的几种力30

2.1.3 牛顿定律应用31

2.2 惯性系和力学相对性原理37

2.2.1 惯性参考系37

2.2.2 力学相对性原理38

2.3 功与能38

2.3.1 功38

2.3.2 动能定理41

2.3.3 保守力、非保守力与势能42

2.4 功能原理与机械能守恒定律45

2.5 动量定理与动量守恒定律46

2.5.1 冲量与质点的动量定理46

2.5.2 质点系的动量定理48

2.5.3 动量守恒定律49

2.6 碰撞51

2.6.1 弹性碰撞51

2.6.2 完全非弹性碰撞52

2.6.3 非弹性碰撞53

本章内容小结53

思考题55

练习题56

第3章 刚体的定轴转动60

3.1 定轴转动刚体运动学60

3.2 转动定理62

3.2.1 力矩62

3.2.2 转动定理63

3.2.3 转动惯量64

3.3 刚体定轴转动中的功和能69

3.3.1 外力矩的功69

3.3.2 定轴转动刚体的转动动能和势能70

3.3.3 定轴转动的动能定理70

3.4 刚体定轴转动的角动量定理与角动量守恒定律72

3.4.1 冲量矩和角动量72

3.4.2 角动量定理和角动量守恒定理72

本章内容小结74

思考题76

练习题77

第二篇 电磁学83

第4章 静电场83

4.1 电荷与库仑定律83

4.1.1 电荷、电荷的量子化与电荷守恒定律83

4.1.2 库仑定律84

4.1.3 电场强度86

4.2 真空中静电场的高斯定理91

4.2.1 电场线91

4.2.2 电通量92

4.2.3 真空中静电场的高斯定理93

4.3 电势98

4.3.1 静电场的电场力是保守力98

4.3.2 任意带电体的电场力是保守力98

4.3.3 静电场的环路定律98

4.3.4 电势能与电势99

4.3.5 场强与电势的微分关系102

*4.4 静电场中的导体102

4.4.1 导体的静电平衡条件102

4.4.2 静电平衡时导体上的电荷分布103

4.4.3 静电屏蔽105

4.4.4 有导体存在时电场的计算105

4.5 静电场中的电介质107

4.5.1 静电场中的电偶极子107

4.5.2 电介质的分类—无极分子与有极分子电介质108

4.5.3 电介质的极化108

4.5.4 电介质中的电场108

4.6 介质中的高斯定理与环路定理109

4.7 电容器与电场能111

4.7.1 电容器111

4.7.2 电容的计算111

4.7.3 电容器的电能112

4.7.4 静电场的能量113

本章内容小结114

思考题116

练习题118

第5章 稳恒磁场122

5.1 磁场与磁感应强度122

5.1.1 基本磁现象与磁场122

5.1.2 磁感应强度123

5.2 毕奥一萨伐尔定律124

5.2.1 毕奥一萨伐尔定律125

5.2.2 毕奥一萨伐尔定律的应用125

5.3 磁场的高斯定理129

5.3.1 磁感线129

5.3.2 磁通量与磁场的高斯定理129

5.4 安培环路定理131

5.4.1 安培环路定理132

5.4.2 安培环路定理的应用133

5.5 磁场对电流的作用136

5.5.1 磁场对载流导线的作用力136

5.5.2 磁场对载流线圈的作用力矩138

5.5.3 磁场对运动电荷的作用力140

5.5.4 霍耳效应140

*5.5.5 介质中的磁场142

本章内容小结146

思考题147

练习题148

第6章 电磁感应152

6.1 电磁感应152

6.1.1 电磁感应现象152

6.1.2 电磁感应定律153

6.2 动生电动势和感生电动势155

6.2.1 动生电动势156

6.2.2 感生电动势158

*6.3 自感与互感160

6.3.1 自感160

6.3.2 互感162

*6.4 磁场的能量163

6.5 麦克斯韦方程组165

6.5.1 位移电流166

6.5.2 麦克斯韦方程组168

*6.6 电磁波与人类文明169

本章内容小结172

思考题173

练习题174

第三篇 热学177

第7章 气体动理论177

7.1 气体动理论的基本概念177

7.1.1 热力系统177

7.1.2 平衡态与平衡过程178

7.1.3 理想气体状态方程178

7.2 理想气体压强和温度的微观本质179

7.2.1 理想气体的微观模型179

7.2.2 理想气体压强的微观本质179

7.2.3 理想气体温度的微观本质180

7.3 能量按自由度均分定理181

7.3.1 分子的运动自由度181

7.3.2 能量按运动自由度均分定理182

7.3.3 理想气体的内能182

7.4 麦克斯韦速率分布律183

7.4.1 麦克斯韦速率分布律183

7.4.2 气体分子热运动速率的三种统计平均值184

7.5 气体分子的平均碰撞频率和平均自由程185

本章内容小结187

思考题188

练习题189

第8章 热力学基础192

8.1 热力学第一定律192

8.1.1 功192

8.1.2 热量193

8.1.3 内能193

8.1.4 热力学第一定律193

8.2 理想气体的定值过程193

8.2.1 定容过程194

8.2.2 定压过程195

8.2.3 定温过程195

8.3 绝热过程196

8.3.1 绝热过程方程式196

8.3.2 绝热过程的功和内能197

8.3.3 绝热线与等温线的关系197

8.4 循环过程与卡诺循环200

8.4.1 循环过程200

8.4.2 卡诺循环202

8.5 热力学第二定律205

8.5.1 可逆过程和不可逆过程206

8.5.2 热力学第二定律207

8.5.3 卡诺定理208

本章内容小结208

思考题210

练习题210

第四篇 波动与光学213

第9章 机械振动213

9.1 简谐振动及相关概念213

9.1.1 简谐振动214

9.1.2 描述简谐振动的特征物理量21

9.1.3 简谐振动方程的建立216

9.2 简谐振动的规律220

9.2.1 简谐振动的运动学方程、速度和加速度220

9.2.2 简谐振动的能量221

9.2.3 旋转矢量法222

9.3 简谐振动的合成225

9.3.1 两个同方向、同频率简谐振动的合成225

9.3.2 同方向不同频率简谐振动的合成及拍现象227

9.3.3 垂直方向同频率的两个谐振动的合成228

9.3.4 垂直方向不同频率的谐振动的合成229

9.4 阻尼振动、受迫振动、共振230

9.4.1 阻尼振动230

9.4.2 受迫振动231

9.4.3 共振232

本章内容小结232

思考题233

练习题234

第10章 机械波238

10.1 机械波的基本概念238

10.1.1 机械波的产生238

10.1.2 横波与纵波238

10.1.3 波的几何描述238

10.1.4 波的特征物理量描述239

10.2 平面简谐波的波函数240

10.2.1 平面简谐波的波动方程240

10.2.2 波动方程的物理意义242

10.3 波的能量、能流244

10.3.1 波的能量244

10.3.2 波的能量密度246

10.3.3 波的强度246

10.4 波的衍射和干涉247

10.4.1 惠更斯原理247

10.4.2 波的衍射248

10.4.3 波的叠加原理248

10.4.4 波的干涉249

*10.4.5 驻波251

*10.5 多普勒效应253

本章内容小结254

思考题256

练习题257

第11章 波动光学261

11.1 光源、相干光、光程和光程差261

11.1.1 光源261

11.1.2 光的相干条件261

11.1.3 相干光的获得262

11.1.4 光程与光程差262

11.2 分波阵面干涉263

11.2.1 杨氏双缝干涉263

11.2.2 洛埃镜实验266

11.3 分振幅干涉266

11.3.1 薄膜干涉266

11.3.2 劈尖干涉268

11.3.3 牛顿环270

11.4 迈克尔逊干涉仪271

11.5 光的衍射与惠更斯一菲涅耳原理272

11.5.1 光的衍射272

11.5.2 惠更斯一菲涅耳原理273

11.6 单缝夫琅和费衍射273

11.7 光栅衍射276

11.7.1 光栅的结构276

11.7.2 光栅衍射条纹的形成276

11.7.3 光栅方程277

11.7.4 谱线的缺级277

11.8 光的偏振278

11.8.1 光的偏振态278

11.8.2 起偏与检偏280

11.8.3 反射与折射时的偏振281

本章内容小结282

思考题283

练习题284

第五篇 近代物理290

第12章 近代物理基础290

12.1 狭义相对论的两个原理及洛仑兹变换290

12.1.1 狭义相对论的两个假定290

12.1.2 洛仑兹变换291

12.2 狭义相对论的时空观294

12.2.1 同时性的相对性294

12.2.2 长度收缩295

12.2.3 时间延缓296

12.3 洛仑兹速度变换298

12.4 相对论动力学基础299

12.4.1 相对论质量299

12.4.2 相对论动力学基本方程302

12.4.3 质能关系302

12.4.4 相对论能量和动量的关系304

12.4.5 广义相对论简介305

12.5 黑体辐射与普朗克的能量子假设306

12.5.1 热辐射306

12.5.2 黑体辐射的基本规律307

12.5.3 普朗克辐射公式和能量子的概念308

12.6 光电效应309

12.6.1 光电效应的实验规律309

12.6.2 经典理论遇到的困难311

12.6.3 爱因斯坦的光子论及其对光电效应的解释311

12.7 康普顿效应312

12.7.1 康普顿效应及其观测312

12.7.2 光子论对康普顿效应的解释312

12.7.3 光的波粒二象性314

12.8 氢原子光谱和玻尔的量子论314

12.8.1 原子的核型结构模型及其与经典理论的矛盾314

12.8.2 氢原子光谱的规律性315

12.8.3 玻尔的量子论317

12.8.4 氢原子轨道半径和能量的计算317

12.9 微观粒子的波动性318

12.9.1 德布罗意假设318

12.9.2 电子衍射实验319

12.9.3 不确定关系321

12.10 波函数及其统计诠释322

12.11 薛定谔方程324

12.11.1 含时薛定谔方程324

12.11.2 定态薛定谔方程325

12.12 一维势阱和势垒问题326

12.12.1 一维无限深方势阱326

12.12.2 势垒穿透和隧道效应328

思考题330

练习题331

*第13章 当代物理前沿335

13.1 超导电性335

13.1.1 超导体的基本性质336

13.1.2 高温超导体337

13.1.3 BCS理论338

13.1.4 超导材料的应用338

13.2 纳米技术339

13.2.1 纳米材料340

13.2.2 纳米加工与原子操纵341

13.2.3 C60与碳纳米管342

13.2.4 纳米技术的应用343

13.3 光导纤维346

13.3.1 光及其特性346

13.3.2 光纤346

13.3.3 均匀折射率光纤导光原理347

13.3.4 光纤制造与衰减347

13.3.5 光纤的应用347

13.4 声学348

13.4.1 声学的基本概念与理论349

13.4.2 听觉、语言和音乐350

13.4.3 超声352

13.4.4 声与海洋353

13.5 光彩夺目的新光源354

13.5.1 激光产生的基本原理354

13.5.2 激光技术的应用357

13.5.3 同步辐射光源363

13.6 原子能及其和平利用364

13.6.1 原子能及其释放364

13.6.2 裂变与聚变366

13.6.3 原子能和中国的能源问题369

参考文献371