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绪论1

0.1 物理学概述1

0.2 物理学的研究方法2

0.3 物理学与现代科技的关系2

0.4 怎样学好物理学3

第1章 质点运动学4

1.1 质点运动的描述4

1.1.1 质点 参考系4

1.1.2 时间和空间的计量6

1.1.3 位置矢量 位移6

1.1.4 运动方程7

1.1.5 速度 加速度8

1.1.6 运动学问题的两种类型11

1.2 平面曲线运动13

1.2.1 抛体运动13

1.2.2 圆周运动16

1.3 相对运动 伽利略变换19

1.3.1 时间与空间的绝对性19

1.3.2 运动的相对性19

第2章 质点动力学27

2.1 牛顿运动定律27

2.1.1 牛顿第一定律27

2.1.2 牛顿第二定律28

2.1.3 牛顿第三定律29

2.2 几种常见的力29

2.2.1 万有引力30

2.2.2 弹力30

2.2.3 摩擦力31

2.2.4 受力分析的一般步骤31

2.3 牛顿运动定律的应用32

2.4 动量定理 动量守恒定律35

2.4.1 动量与冲量35

2.4.2 动量定理36

2.4.3 动量定理的应用37

2.4.4 动量守恒定律及其应用38

2.5 功 动能定理40

2.5.1 功40

2.5.2 功率42

2.5.3 动能定理42

2.6 势能 能量守恒定律43

2.6.1 保守力和非保守力43

2.6.2 势能44

2.6.3 功能原理45

2.6.4 机械能守恒定律45

2.6.5 能量守恒定律46

2.7 经典力学的局限性46

2.7.1 惯性系和非惯性系 惯性力47

2.7.2 低速运动与高速运动48

2.7.3 确定性和随机性48

2.7.4 能量的连续性与能量量子化48

第3章 刚体定轴转动57

3.1 刚体定轴转动的运动学描述57

3.1.1 刚体的平动与转动57

3.1.2 描述刚体定轴转动的物理量58

3.1.3 匀变速转动公式58

3.2 刚体定轴转动的转动定律59

3.2.1 力矩59

3.2.2 转动惯量 转动定律60

3.2.3 转动惯量的计算61

3.3 刚体定轴转动的动能定理65

3.3.1 力矩的功与功率65

3.3.2 刚体定轴转动中的动能定理66

3.4 刚体定轴转动的角动量守恒定律67

3.4.1 刚体定轴转动的角动量定理67

3.4.2 刚体定轴转动的角动量守恒定律69

第4章 流体力学76

4.1 理想流体的稳定流动 连续性方程76

4.1.1 理想流体的稳定流动76

4.1.2 连续性方程78

4.2 伯努利方程及其应用78

4.2.1 伯努利方程的推导78

4.2.2 伯努利方程的应用80

4.3 黏滞流体的分层流动83

4.3.1 流体的黏滞性83

4.3.2 实际流体的伯努利方程85

4.3.3 泊肃叶定律85

4.3.4 压差阻力86

4.3.5 斯托克斯定律86

4.4 湍流 雷诺数87

第5章 气体动理论94

5.1 气体的微观图像94

5.1.1 气体动理论的基本概念94

5.1.2 分子热运动的统计规律96

5.1.3 理想气体的微观模型97

5.2 理想气体的压强97

5.2.1 压强形成的微观机制97

5.2.2 理想气体压强公式98

5.3 理想气体的温度99

5.3.1 理想气体分子的平均平动动能和温度的关系99

5.3.2 气体温度的微观本质100

5.3.3 阿伏伽德罗定律和道尔顿分压定律101

5.4 能量按自由度均分定理102

5.4.1 自由度102

5.4.2 能量按自由度均分定理103

5.4.3 理想气体的内能104

5.5 气体分子速率的统计分布律105

5.5.1 空气分子的速率分布105

5.5.2 麦克斯韦速率分布律105

5.5.3 气体分子的三种速率106

5.6 范德瓦尔斯方程108

5.6.1 考虑气体分子体积的修正108

5.6.2 考虑分子间作用力的修正108

5.7 分子的碰撞和平均自由程109

第6章 热力学基础116

6.1 热力学过程与第一定律116

6.1.1 热力学系统、准静态过程116

6.1.2 内能功117

6.1.3 热力学第一定律119

6.2 理想气体的热功转换120

6.2.1 等体过程120

6.2.2 等压过程121

6.2.3 等温过程122

6.2.4 绝热过程123

6.3 循环过程的热功转换124

6.3.1 循环过程124

6.3.2 卡诺循环 卡诺热机127

6.3.3 卡诺致冷机129

6.4 热力学第二定律130

6.4.1 热力学第二定律的两种表述130

6.4.2 可逆过程和不可逆过程131

6.4.3 卡诺定理132

6.4.4 克劳修斯不等式132

6.4.5 热力学第二定律的统计意义133

6.5 熵134

6.5.1 熵的存在性134

6.5.2 熵的计算135

6.5.3 熵增加原理136

第7章 真空中的静电场144

7.1 电荷守恒定律库仑定律144

7.1.1 电荷的量子化与守恒定律144

7.1.2 库仑定律145

7.2 电场强度146

7.2.1 电场146

7.2.2 电场强度146

7.2.3 电场强度的计算147

7.3 电场强度通量150

7.3.1 电场线150

7.3.2 电场强度通量151

7.4 高斯定理151

7.4.1 高斯定理151

7.4.2 高斯定理的应用153

7.5 电场力的功 电势155

7.5.1 静电场力的功 静电场的环路定理156

7.5.2 电势能157

7.5.3 电势 电势差157

7.5.4 电势的计算159

7.6 等势面 场强和电势的微分关系160

7.6.1 等势面160

7.6.2 场强与电势的微分关系161

第8章 静电场中的导体和电介质170

8.1 静电场中的导体170

8.1.1 导体的静电平衡条件170

8.1.2 静电平衡时导体的电荷分布171

8.1.3 静电屏蔽172

8.2 静电场中的电介质175

8.2.1 电介质的极化175

8.2.2 电极化强度177

8.2.3 电介质中的电场178

8.3 电位移 有电介质时的高斯定理179

8.4 电容 电容器181

8.4.1 电容器的电容181

8.4.2 电容器电容量的计算181

8.4.3 电容器的并联和串联184

8.5 电场的能量185

第9章 稳恒磁场194

9.1 恒定电流194

9.1.1 电流密度 恒定电流连续性原理194

9.1.2 电阻率 欧姆定律195

9.1.3 电动势 闭合电路欧姆定律196

9.1.4 基尔霍夫定律197

9.2 磁感应强度 磁场中的高斯定理199

9.2.1 磁感应强度199

9.2.2 磁感线 磁通量200

9.2.3 磁场中的高斯定理201

9.3 毕奥—萨伐尔定律及应用201

9.3.1 毕奥—萨伐尔定律201

9.3.2 运动电荷的磁场202

9.3.3 毕奥—萨伐尔定律的应用202

9.4 安培环路定理及应用203

9.4.1 安培环路定理203

9.4.2 安培环路定理的应用204

9.5 磁场对运动电荷的作用205

9.5.1 带电粒子在电磁场中的运动205

9.5.2 质谱仪207

9.5.3 霍尔效应207

9.6 磁场对载流导线的作用208

9.6.1 安培力208

9.6.2 均匀磁场对载流线圈的作用209

9.6.3 “安培”的定义210

9.7 物质的磁性211

9.7.1 磁介质211

9.7.2 非铁磁质的磁化211

9.7.3 磁场强度磁介质中的安培环路定理212

9.7.4 铁磁质213

第10章 电磁感应225

10.1 电磁感应定律225

10.1.1 电磁感应现象225

10.1.2 楞次定律226

10.1.3 法拉第电磁感应定律227

10.2 动生电动势和感生电动势228

10.2.1 动生电动势228

10.2.2 感生电动势 感生电场229

10.3 电感 磁场的能量231

10.3.1 自感231

10.3.2 互感232

10.3.3 磁场的能量233

10.4 电磁场与电磁波235

10.4.1 位移电流235

10.4.2 麦克斯韦方程组236

10.4.3 电磁波237

第11章 振动与波动246

11.1 简谐振动246

11.1.1 简谐振动的定量描述246

11.1.2 简谐振动的旋转矢量表示248

11.1.3 简谐振动的能量250

11.2 阻尼振动和受迫振动251

11.2.1 阻尼振动251

11.2.2 受迫振动 共振252

11.3 简谐振动的合成253

11.3.1 同方向同频率的简谐振动的合成253

11.3.2 同方向、不同频率的简谐振动的合成255

11.3.3 相互垂直的同频率简谐振动的合成256

11.3.4 相互垂直的不同频率的简谐振动的合成257

11.4 波的产生与传播257

11.4.1 机械波的产生258

11.4.2 横波与纵波258

11.4.3 波的几何描述258

11.4.4 描述波动的物理量259

11.5 平面简谐波的波动方程260

11.5.1 波动方程的推导260

11.5.2 波动方程的物理意义260

11.5.3 沿x轴负方向传播的波动方程261

11.6 波的能量263

11.6.1 波的能量特征263

11.6.2 波的能量密度和能流密度264

11.7 惠更斯原理 波的干涉265

11.7.1 惠更斯原理265

11.7.2 波的叠加原理266

11.7.3 波的干涉现象266

11.7.4 合振动加强和减弱的条件267

第12章 波动光学278

12.1 光的干涉278

12.1.1 光的干涉现象和条件278

12.1.2 光和光源279

12.1.3 相干光的获得279

12.2 分波阵面干涉280

12.2.1 杨氏双缝干涉实验280

12.2.2 菲涅耳双镜实验282

12.2.3 洛埃镜实验282

12.2.4 半波损失283

12.3 分振幅干涉283

12.3.1 光程283

12.3.2 薄膜干涉284

12.3.3 劈尖干涉286

12.3.4 牛顿环287

12.4光的衍射289

12.4.1 光的衍射现象及其图样289

12.4.2 衍射现象的分类289

12.4.3 惠更斯—菲涅耳原理290

12.5 夫琅禾费单缝衍射290

12.5.1 实验装置与衍射图样290

12.5.2 衍射图样的条纹间距291

12.5.3 单缝衍射的光强度分布292

12.6 光栅衍射292

12.6.1 光栅的构造与衍射图样292

12.6.2 光栅方程293

12.6.3 光栅衍射的光强度分布294

12.6.4 光栅衍射光谱294

12.7 圆孔衍射 光学仪器的分辨率295

12.7.1 夫琅禾费圆孔衍射295

12.7.2 光学仪器的分辨率296

12.8 光的偏振 旋光现象297

12.8.1 自然光与偏振光298

12.8.2 起偏振 布儒斯特定律298

12.8.3 检偏振 马吕斯定律300

12.8.4 旋光现象301

第13章 狭义相对论310

13.1 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换310

13.1.1 经典相对性原理和伽利略变换的局限310

13.1.2 狭义相对论的基本原理311

13.1.3 洛仑兹变换式312

13.2 狭义相对论的时空观313

13.2.1 运动物体长度收缩313

13.2.2 运动时钟延缓314

13.2.3 同时性的相对性315

13.3 相对论动力学基础316

13.3.1 相对论中的质量、动量和力学基本方程316

13.3.2 相对论中的动能 质能关系317

13.3.3 相对论中能量和动量的关系319

第14章 量子力学基础326

14.1 热辐射 光的粒子性326

14.1.1 热辐射的一般概念326

14.1.2 基尔霍夫定律328

14.1.3 绝对黑体的辐射规律328

14.1.4 普朗克量子假设329

14.1.5 光电效应 光的粒子性330

14.2 德布罗意波332

14.2.1 德布罗意假设332

14.2.2 德布罗意波的实验验证333

14.2.3 不确定关系333

14.3 波函数与薛定谔方程335

14.3.1 波函数及其统计解释335

14.3.2 薛定谔方程336

14.3.3 一维无限深势阱336

14.4 氢原子的量子力学描述 电子自旋339

14.4.1 氢原子的量子力学结论339

14.4.2 氢原子的电子自旋339

14.4.3 氢原子的四个量子数340

第15章 现代科技的物理基础345

15.1 GPS与北斗卫星定位导航系统345

15.1.1 全球定位系统（GPS ）345

15.1.2 北斗卫星定位导航系统347

15.2 混沌350

15.2.1 混沌现象对牛顿力学的挑战350

15.2.2 非线性——产生混沌的根源352

15.3 激光356

15.3.1 激光的历史356

15.3.2 激光原理357

15.3.3 激光的特性和分类359

15.3.4 激光的应用360

15.4 量子计算机361

15.4.1 量子计算机概述362

15.4.2 量子计算机的原理与特性362

15.4.3 量子计算机的研发历程与展望365

附录1标量和矢量368

附录2国际单位制372

附录3常用物理量的值374

部分习题答案376