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第一篇 力学2

第一章 质点运动学2

1.1 时间与空间 量纲2

1.1.1 时间与空间2

1.1.2 国际单位制与量纲3

1.2 质点运动的描述3

1.2.1 质点3

1.2.2 参考系 坐标系4

1.2.3 位置矢量与运动方程4

1.2.4 位移与路程5

1.2.5 速度5

1.2.6 加速度6

1.2.7 自然坐标系中的速度和加速度10

1.2.8 圆周运动12

1.3 相对运动14

阅读材料(一)天体运动 宇宙膨胀18

思考题18

习题20

第二章 质点动力学23

2.1 牛顿运动定律23

2.1.1 牛顿第一定律23

2.1.2 牛顿第二定律24

2.1.3 牛顿第三定律25

2.1.4 应用25

2.2.2 伽利略相对性原理30

2.2 惯性参考系与非惯性参考系30

2.2.1 惯性参考系30

2.2.3 惯性力31

2.2.4 科里奥利力34

2.3 功36

2.3.1 功36

2.3.2 一对相互作用力的功37

2.3.3 功率38

2.4 机械能 机械能守恒定律39

2.4.1 质点动能定理39

2.4.2 保守力的功40

2.4.3 势能41

2.4.4 质点系的功能原理42

2.4.5 机械能守恒定律与能量守恒定律43

2.5 动量 动量守恒定律45

2.5.1 质点动量定理45

2.5.2 质点系动量定理46

2.5.3 动量守恒定律47

2.6 质心50

2.6.1 质心50

2.6.2 质心运动定理52

阅读材料(二) 微重力54

思考题55

习题58

3.1 刚体运动的基本形式64

3.1.1 平动和转动64

第三章 刚体力学基础64

3.1.2 描述刚体转动的物理量65

3.2 定轴转动定律 转动惯量66

3.2.1 力矩66

3.2.2 转动定律67

3.2.3 转动惯量的计算69

3.3 刚体定轴转动的机械能和力矩的功73

3.3.1 刚体转动动能73

3.3.2 刚体重力势能73

3.3.3 力矩的功74

3.3.4 刚体定轴转动的动能定理74

3.3.5 刚体定轴转动的功能原理75

3.4.1 质点的角动量77

3.4 角动量定理及角动量守恒定律77

3.4.2 刚体对定轴的角动量78

3.4.3 刚体的角动量定理79

3.4.4 刚体的角动量守恒定律80

3.5 旋进84

3.6 平面平行运动86

3.6.1 刚体平面平行运动的描述86

3.6.2 刚体平面平行运动的动力学规律87

3.6.3 纯滚动87

阅读材料(三) 对称性与守恒定律91

思考题93

习题94

4.1.1 伽利略变换100

第四章 狭义相对论100

4.1 爱因斯坦基本假设100

4.1.2 狭义相对论的实验基础101

4.1.3 爱因斯坦基本假设(狭义相对论基本原理)104

4.2 洛伦兹坐标变换和速度变换105

4.2.1 洛伦兹坐标变换式105

4.2.2 洛伦兹坐标变换的推导107

4.2.3 相对论速度变换108

4.3 狭义相对论时空观112

4.3.1 “同时”的相对性112

4.3.2 时间膨胀113

4.3.3 长度缩短113

4.4 闵可夫斯基四维世界115

4.5.1 相对论的质速关系117

4.5 相对论动力学基础117

4.5.2 相对论动力学的基本方程119

4.5.3 相对论动能119

4.5.4 静能、总能和质能关系121

4.5.5 能量和动量的关系121

阅读材料(四) 广义相对论简介123

思考题126

习题127

第二篇 电磁学130

第五章 电荷与电场130

5.1 库仑定律与电场强度130

5.1.1 电荷及其性质130

5.1.2 库仑定律131

5.1.3 电场与电场强度132

5.1.4 场强叠加原理134

5.2 电通量与高斯定理139

5.2.1 电场线139

5.2.2 电通量140

5.2.3 高斯定理142

5.2.4 高斯定理的应用144

5.2.5 静电场高斯定理的微分形式148

5.3 静电场的环路定理与电势148

5.3.1 静电场的环路定理149

5.3.2 电势151

5.3.3 电势差152

5.3.4 电势的计算153

5.3.5 等势面 电势梯度156

5.4 静电场中导体159

5.4.1 导体的静电平衡性质159

5.4.2 空腔导体和静电屏蔽163

5.4.3 电容和电容器165

5.5 静电场中介质 介质中高斯定理172

5.5.1 电介质的微观机制和极化过程172

5.5.2 电极化强度矢量174

5.5.3 介质中的场强176

5.5.4 介质中的高斯定理 电位移D178

5.5.5 有介质时静电场的计算180

5.6.1 点电荷系统的电能183

5.6 电场的能量183

5.6.2 电容器的能量186

5.6.3 电场能量 电场能量密度187

5.6.4 电场能量的计算188

阅读材料(五) 静电现象和应用190

思考题194

习题198

第六章 电流与磁场205

6.1 稳恒电流和稳恒电场 电动势205

6.1.1 电流形成的条件205

6.1.2 稳恒电流和稳恒电场206

6.1.3 电流和电流密度206

6.1.4 欧姆定律的微分形式 焦耳-椤次定律的微分形式208

6.1.5 电源及电源电动势212

6.1.6 含源电路的欧姆定律和基尔霍夫定律214

6.2 磁场和磁感应强度218

6.2.1 磁性起源于电荷的运动218

6.2.2 磁场 磁感应强度B220

6.3 毕奥-萨伐尔定律221

6.3.1 毕奥-萨伐尔定律221

6.3.2 毕奥-萨伐尔定律应用举例223

6.3.3 运动电荷的磁场230

6.4 磁场中高斯定理231

6.4.1 磁感应线231

6.4.2 磁通量232

6.4.3 磁场中高斯定理233

6.5.1 安培环路定理234

6.5 真空中磁场的安培环路定理234

6.5.2 安培环路定理的应用237

6.6 磁场对运动电荷和载流导线的作用241

6.6.1 洛伦兹力241

6.6.2 带电粒子在磁场中的运动242

6.6.3 应用电场和磁场控制带电粒子的实例243

6.6.4 安培力247

6.7 磁力的功253

6.7.1 磁力对运动载流导线的功253

6.7.2 磁力矩对转动载流线圈的功254

6.8 磁介质255

6.8.1 磁介质的分类和磁化 磁化经度256

6.8.2 有磁介质存在时的高斯定理和安培环路定理261

6.8.3 铁磁质265

6.8.4 简单磁路268

阅读材料(六) （A）量子霍尔效应270

（B）超导电性273

思考题279

习题280

第七章 电磁场与麦克斯韦方程组289

7.1 电磁感应的基本定律289

7.2 动生电动势294

7.2.1 动生电动势的产生原因294

7.2.2 动生电动势的计算296

7.3 感生电动势 感生电场298

7.3.1 感生电动势298

7.3.2 感生电场299

7.3.3 感生电动势计算300

7.3.4 电子感应加速器303

7.3.5 涡电流305

7.4 自感和互感307

7.4.1 自感308

7.4.2 互感310

7.5 磁场的能量314

7.6 LR和CR电路中的暂态过程317

7.6.1 LR电路318

7.6.2 RC电路319

7.7 位移电流和全电流定律321

7.7.1 位移电流321

7.7.2 全电流定律323

7.8 麦克斯韦方程组326

阅读材料(七) 磁悬浮列车329

思考题333

习题334

附录339

附录一 希腊字母表339

附录二 国际单位制(SI)基本单位340

附录三 国际单位制辅助单位341

附录四 国际单位制的词头341

附录五 常用物理常量表342

附录六 书中物理量的符号及单位343

习题参考答案347