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绪论1

第1章 物体运动的描述5

1.1 参照系和坐标系5

1.1.1 运动的绝对性和相对性5

1.1.2 质点6

1.1.3 刚体6

1.2 物体运动的描述7

1.2.1 描述质点运动的基本物理量7

1.2.2 平面曲线运动的描述14

1.2.3 刚体的运动22

1.3 相对运动24

思考题28

习题30

阅读材料 物理学与高新技术34

第2章 动力学基本定律38

2.1 动量 牛顿运动定律38

2.1.1 牛顿第一定律38

2.1.2 动量 牛顿第二定律39

2.1.3 牛顿第三定律40

2.1.4 几种常见的力41

2.1.5 牛顿运动定律的应用43

2.1.6 惯性参照系和非惯性系48

2.1.7 单位制与量纲49

2.2 刚体的定轴转动定律50

2.2.1 转动惯量50

2.2.2 力矩 转动定律52

思考题57

习题58

阅读材料 超重与失重62

3.1 动能定理 机械能守恒定律64

3.1.1 功 功率64

第3章 守恒定律64

3.1.2 保守力与保守力的功66

3.1.3 势能68

3.1.4 刚体转动时合外力矩的功69

3.1.5 动能 动能定理70

3.1.6 机械能守恒定律 能量守恒定律73

3.2 动量守恒定律76

3.2.1 冲量 动量定理76

3.2.2 动量守恒定律及空间平移对称性79

3.2.3 火箭运动81

3.3.1 质点的角动量定理83

3.3 角动量守恒定律83

3.3.2 刚体的角动量定理85

3.3.3 角动量守恒定律87

3.4 守恒定律的综合应用89

3.4.1 守恒定律的意义89

3.4.2 质点间的碰撞90

3.4.3 刚体的碰撞93

思考题95

习题96

阅读材料 我国运载火箭研制概况101

4.1.1 牛顿力学的时空观103

第4章 狭义相对论103

4.1 洛仑兹变换103

4.1.2 麦克斯韦电磁场理论的挑战105

4.1.3 爱因斯坦的选择106

4.1.4 洛仑兹变换106

4.1.5 时空间隔的不变性108

4.2 狭义相对论的时空观109

4.2.1 同时性的相对性109

4.2.2 时间膨胀111

4.2.4 相对论中的速度变换112

4.2.3 长度缩短112

4.2.5 经典力学时空观与相对论时空观的比较114

4.3 狭义相对论的动力学基础115

4.3.1 相对论力学的基本方程115

4.3.2 相对论中的质量—能量关系116

4.3.3 狭义相对论中的动量—能量关系117

4.3.4 同步回旋加速器118

思考题120

习题121

阅读材料 广义相对论简介123

5.1.1 电荷的基本性质125

第5章 电场125

5.1 电荷 库仑定律125

5.1.2 库仑定律126

5.1.3 关于库仑定律的验证128

5.1.4 电磁学的单位制和量纲128

5.2 电场 电场强度129

5.2.1 电场129

5.2.2 电场强度129

5.3.1 电场线135

5.3.2 电通量135

5.3 高斯定理135

5.3.3 高斯定理136

5.3.4 高斯定理的应用139

5.4 静电场的环流定理 电势142

5.4.1 静电场的保守性和环流定理142

5.4.2 电势差和电势143

5.4.3 电势叠加原理145

5.4.4 等势面147

5.4.5 电势梯度与场强的关系148

5.5.1 电场对电荷的力作用149

5.5 电场对电荷的作用149

5.5.2 电荷在外电场中的静电势能151

思考题153

习题154

阅读材料 喷墨印刷原理159

第6章 磁场160

6.1 电流的磁场160

6.1.1 磁感应强度160

6.1.2 电流的磁场 毕奥—萨伐尔定律161

6.1.3 低速运动电荷的磁场165

6.2.1 磁通量166

6.2 磁场定理166

6.2.2 磁场的高斯定理167

6.2.3 安培环路定理167

6.2.4 安培环路定理的应用169

6.3 磁场对运动电荷和电流的作用171

6.3.1 磁场对运动电荷的作用 磁聚焦 磁约束171

6.3.2 霍尔效应173

6.3.3 磁场对电流的作用 安培力公式174

6.3.4 电流回路在磁场中所受的作用175

6.4.1 运动点电荷间相互作用与观察者的关系177

6.4 电场和磁场的相对性177

6.4.2 运动电荷激发的场178

6.4.3 运动电荷在场中所受的作用179

思考题181

习题182

阅读材料 地球附近的电磁场186

第7章 物质与电磁场189

7.1 导体周围的电场189

7.1.1 导体的电结构特征189

7.1.2 导体的静电感应平衡189

7.1.3 静电平衡导体上的电荷分布190

7.1.5 导体周围的电场191

7.1.4 场致发射显微镜191

7.2 电介质与电场193

7.2.1 电介质的电结构特征194

7.2.2 电介质的极化194

7.2.3 电位移D 电介质中关于D的高斯定理196

7.2.4 有电介质时的场与力197

7.3 电容 电容器198

7.3.1 孤立导体的电容198

7.3.2 电容器及其电容198

7.3.4 电容器的并联 串联200

7.3.3 电介质在电容器中的作用200

7.3.5 电容式传感器201

7.4 电场能量202

7.4.1 电容器储存的静电场能量202

7.4.2 电场的能量203

7.5 磁介质与磁场205

7.5.1 磁介质的顺磁性和抗磁性的来源206

7.5.2 磁介质的磁化207

7.5.3 磁场强度H 磁介质中的关于H的安培环路定理208

7.5.4 原子核的磁性 核磁共振210

7.6.1 铁磁性的起因211

7.6 铁磁质211

7.6.2 磁滞回线(B～H曲线)212

7.6.3 铁磁质的分类和应用213

7.6.4 磁记录与磁存储213

思考题216

习题216

阅读材料222

1.压力、压磁效应222

2.超导223

8.1.1 电动势226

8.1 法拉第电磁感应定律226

第8章 变化的电磁场226

8.1.2 电磁感应现象227

8.1.3 法拉第电磁感应定律228

8.1.4 磁流体发电229

8.2 动生电动势231

8.2.1 动生电动势的非静电力231

8.2.2 动生电动势的计算232

8.3 时变磁场 感生电动势234

8.3.1 时变磁场与感生电场234

8.3.2 感生电动势236

8.3.3 涡电流 趋肤效应237

8.3.4 自感应现象239

8.3.5 耦合电路的互感应现象240

8.4 磁场的能量241

8.4.1 自感磁能和互感磁能241

8.4.2 磁场的能量 电磁场的能量242

8.5 麦克斯韦电磁场方程组243

8.5.1 位移电流 时变电场激发磁场243

8.5.2 麦克斯韦电磁场方程组245

8.5.3 偶极子振荡246

8.5.4 电磁波的性质248

8.5.5 电磁波谱249

思考题253

习题254

阅读材料 无线电波的传播259

第9章 振动学基础261

9.1 简谐振动261

9.1.1 简谐振动的方程262

9.1.2 表征简谐振动的特征量264

9.1.3 旋转矢量——简谐振动的矢量图表示法267

9.1.4 简谐振动的能量269

9.2.1 单摆271

9.2 典型的简谐振动实例271

9.2.2 复摆272

9.2.3 扭摆273

9.3 振动的合成 频谱分析273

9.3.1 同方向同频率简谐振动的合成273

9.3.2 同方向不同频率简谐振动的合成拍现象275

9.3.3 频谱分析276

9.3.4 相互垂直的简谐振动的合成李萨茹图形277

9.4 阻尼振动 受迫振动 共振278

9.4.1 阻尼振动278

9.4.2 受迫振动 共振280

思考题283

习题283

阅读材料 混沌与物理学287

第10章 波动290

10.1 机械波290

10.1.1 机械波产生的条件290

10.1.2 波的周期性和波速291

10.2 平面简谐波的波函数293

10.2.1 平面简谐波的波函数293

10.2.2 地震波与地震勘探296

10.3 波的能量和能流密度297

10.3.1 波是能量传递的一种形式297

10.3.2 能流和能流密度299

10.3.3 波的吸收300

10.4 多普勒效应301

10.4.1 声波的多普勒效应301

10.4.2 电磁波的多普勒效应与红移302

10.5 波的干涉302

10.5.1 惠更斯原理302

10.5.2 波的叠加和波的干涉303

10.5.3 驻波305

10.5.4 电磁波谐振腔307

思考题309

习题310

阅读材料 声学的发展及其应用314

第11章 物理光学317

11.1 获得相干光的方法317

11.1.1 光的相干条件317

11.1.2 光程和光程差317

11.1.3 热光源发光的特点319

11.2.1 杨氏双缝干涉实验320

11.2 杨氏双缝干涉320

11.2.2 洛埃镜实验322

11.3 薄膜干涉323

11.3.1 薄膜干涉323

11.3.2 增透膜与增反膜324

11.3.3 劈尖干涉325

11.3.4 牛顿环328

11.3.5 迈克尔逊干涉仪329

11.4 光的衍射331

11.4.1 惠更斯—菲涅耳原理331

11.4.2 夫琅和费单缝衍射332

11.4.3 夫琅和费圆孔衍射334

11.5 光栅衍射335

11.5.1 光栅衍射335

11.5.2 X射线在晶体上的衍射339

11.5.3 全息照相339

11.6 光的偏振340

11.6.1 自然光和偏振光340

11.6.2 起偏和检偏341

11.6.3 反射和折射时光的偏振343

11.6.4 光在晶体中的传播344

11.6.5 人工双折射345

11.6.6 旋光现象347

11.7 光的粒子性347

11.7.1 光电效应347

11.7.2 光的波动说的缺陷349

11.7.3 普朗克的能量子假说350

11.7.4 爱因斯坦的光子理论350

11.7.5 康普顿效应351

11.7.6 光的波粒二象性353

思考题356

习题358

阅读材料 激光364

第12章 量子物理369

12.1 实物粒子的波粒二象性369

12.1.1 德布罗意假设369

12.1.2 德布罗意假设的实验验证370

12.1.3 德布罗意假设的意义372

12.1.4 电子显微镜373

12.2 不确定关系374

12.2.1 不确定关系374

12.2.2 用不确定关系讨论几个具体例子375

12.3.1 波函数377

12.3 薛定谔方程377

12.3.2 薛定谔方程378

12.4 势阱和势垒中的粒子379

12.4.1 一维无限深势阱379

12.4.2 隧道效应382

12.4.3 扫描隧穿显微镜382

12.5 氢原子383

12.5.1 氢原子光谱的实验规律383

12.5.2 经典理论处理氢原子问题遇到的困难384

12.5.3 玻尔的氢原子理论384

12.5.4 氢原子的量子力学处理387

12.5.5 电子自旋390

12.6 原子壳层结构391

思考题393

习题394

阅读材料 纳米科技探索396

第13章 气体动理论及热力学400

13.1 气体状态方程400

13.1.1 理想气体状态方程401

13.1.2 理想气体的压强403

13.1.3 温度的微观意义405

13.1.4 范德瓦尔斯方程406

13.2 麦克斯韦—玻耳兹曼分布定律408

13.2.1 分布函数和统计平均值408

13.2.2 麦克斯韦速率分布定律410

13.2.3 麦克斯韦速率分布律的实验证明412

13.2.4 玻耳兹曼分布定律412

13.2.5 激光器工作原理414

13.2.6 统计规律性和涨落现象416

13.3.1 自由度417

13.3.2 能量按自由度均分定理417

13.3 理想气体的内能417

13.3.3 理想气体的内能418

13.4 热力学第一定律419

13.5 热容量421

13.5.1 理想气体的定体摩尔热容CV422

13.5.2 理想气体的定压摩尔热容CP422

13.5.3 热容量的量子理论423

13.6 理想气体在各种过程中所做的功425

13.6.1 等体、等压、等温过程中的功425

13.6.2 绝热过程中的功425

13.6.4 理想气体各准静态过程的主要公式427

13.6.3 多方过程中的功427

13.7 循环过程428

13.7.1 循环过程429

13.7.2 卡诺循环431

13.7.3 逆循环和致冷机432

13.8 热力学第二定律434

13.8.1 热力学第二定律434

13.8.2 热力学第二定律的统计意义436

13.8.3 熵的概念436

13.8.4 自组织现象439

13.9.1 平均碰撞频率和平均自由程441

13.9 输运过程441

13.9.2 内摩擦现象(粘滞现象)443

13.9.3 热传导现象444

13.9.4 扩散现象444

13.9.5 模拟试验与物理相似性原理445

思考题448

习题450

阅读材料 大爆炸宇宙模型454

部分习题答案457

参考文献472