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第一篇 力学2

第一章　质点运动学2

第一节　质点运动的描述2

一、参考系、坐标系2

二、质点、质点系2

三、质点运动的矢量描述3

第二节　常用坐标系的选用5

一、直角坐标系、抛体运动5

二、自然坐标系、切向加速度和法向加速度7

三、平面极坐标系、横向速度和径向速度8

第三节　相对运动9

本章提要10

思考题11

习题12

物理学史13

第二章　经典力学的守恒定律14

第一节　牛顿运动定律和惯性系14

一、牛顿运动定律的表述及其应用14

二、惯性系与非惯性系19

三、平动加速参考系中的惯性力19

四、匀速转动参考系中的惯性离心力20

第二节　动量定理和动量守恒定律20

一、冲量和质点的动量定理21

二、质点系动量定理22

三、动量守恒定律24

四、火箭飞行25

五、质心及质心运动定理27

第三节　动能定理和机械能守恒定律29

一、功和质点的动能定理29

二、保守力、非保守力和势能31

三、势能曲线及应用34

四、质点系的动能定理和功能原理36

五、机械能守恒定律与能量守恒定律37

六、两体碰撞40

第四节　角动量和角动量守恒定律43

一、质点的角动量43

二、力矩和质点的角动量定理44

三、质点角动量守恒定律45

四、质点系的角动量定理46

五、质心系的角动量定理47

第五节　对称性和守恒定律48

一、什么是对称性？49

二、物理定律的对称性49

三、时空对称性和动量、角动量和能量守恒定律49

本章提要51

思考题52

习题53

物理学史54

第三章　连续体力学56

第一节　刚体运动学56

一、刚体及研究方法56

二、刚体的平动和定轴转动56

三、描述刚体转动的物理量57

四、匀变速转动公式58

五、角量和线量的关系59

第二节　刚体动力学60

一、刚体绕定轴转动时对转轴的角动量60

二、转动惯量61

三、刚体定轴转动的转动定理和角动量定理63

四、刚体定轴转动的动能定理66

五、刚体的进动和回转效应69

本章提要70

思考题70

习题71

物理学史72

第四章　相对论基础73

第一节　从经典力学到狭义相对论73

一、伽利略相对性原理73

二、伽利略变换73

三、经典力学的困难74

第二节　狭义相对论的基本假设与洛伦兹变换式76

一、狭义相对论的基本假设76

二、洛伦兹变换76

三、相对论速度变换公式78

第三节　狭义相对论的时空观79

一、同时的相对性79

二、长度收缩79

三、时间膨胀81

第四节　狭义相对论动力学基础82

一、动量和质量82

二、力、功和动能83

三、能量和质能关系84

四、能量和动量的关系85

本章提要85

思考题86

习题87

物理学史87

第二篇　热学基础91

第五章 热学的预备知识91

第一节　热力学系统的状态和过程91

一、热力学系统91

二、热力学状态91

三、热力学过程91

第二节 温度92

一、热力学第零定律92

二、温度计和温标92

第三节　分子热运动与分子力93

一、通常的物质是由大量分子（或原子）组成的93

二、分子热运动94

三、分子力94

第四节　状态参量和物态方程95

一、状态参量95

二、物态方程95

第五节　统计规律的基本概念96

一、事件96

二、概率96

三、统计平均和统计规律97

物理学史98

今日物理98

第六章　平衡态的统计规律100

第一节　理想气体的压强和温度100

一、理想气体的微观模型和统计假设100

二、理想气体的压强公式100

三、理想气体的温度公式102

第二节　麦克斯韦速率分布律102

一、速率分布律102

二、速率分布函数103

三、麦克斯韦速率分布律104

四、三种速率105

第三节　玻尔兹曼分布律106

一、玻尔兹曼分布律106

二、重力场中粒子按高度的分布107

第四节　能量均分定理107

一、自由度107

二、能量均分定理108

三、理想气体的内能109

第五节　分子碰撞频率的统计规律110

一、平均碰撞频率110

二、平均自由程111

本章提要111

思考题112

习题113

物理学史113

今日物理114

第七章　热力学第一定律116

第一节　热力学第一定律116

一、内能、功和热量116

二、热力学第一定律117

第二节　理想气体的等值过程118

一、等容过程118

二、等压过程119

三、等温过程120

第三节　理想气体的绝热过程和多方过程121

一、绝热过程121

二、多方过程123

第四节　循环过程和卡诺循环124

一、循环过程124

二、热机和效率124

三、制冷机及制冷系数124

四、卡诺循环125

本章提要128

思考题128

习题129

物理学史130

今日物理131

第八章　热力学第二定律132

第一节　热力学第二定律的表述132

一、可逆过程与不可逆过程132

二、热力学第二定律的表述132

第二节　卡诺定理134

一、卡诺定理的内容134

二、卡诺定理的证明134

三、热力学温标135

第三节　熵和熵增加原理135

一、克劳修斯等式135

二、熵136

三、熵增加原理137

四、温熵图138

第四节　热力学第二定律的统计意义138

一、理想气体自由膨胀不可逆性的统计意义138

二、热力学概率和玻尔兹曼熵公式140

三、热力学第二定律的适用范围140

本章提要140

思考题140

物理学史141

今日物理142

第九章　非平衡过程145

第一节　气体中的输运过程145

一、黏滞现象145

二、热传导现象146

三、扩散现象146

第二节　线性不可逆过程热力学147

一、线性不可逆过程的基本假设147

二、不可逆的熵产生率148

三、Onsager理论148

四、最小熵产生原理149

五、C-A效率150

六、广义热力势，有限时间？和有限时间热力学长度151

七、热力装置性能指标的优化152

第三节　耗散结构153

一、两类有序结构153

二、耗散结构的实例153

三、耗散结构的熵特征154

四、分支现象154

五、涨落的作用155

第四节　分形155

一、分形和分形维数155

二、相似维数156

三、随机行走的分维157

四、分形生长158

本章提要159

第三篇　电磁学162

第十章　基本的电磁现象及其描述162

第一节　静电的基本现象162

一、电荷与电荷守恒定律162

二、库仑定律166

第二节　磁的基本现象168

一、早期磁现象169

二、近期磁现象169

第三节　静电场及恒定磁场的描述170

一、电场和电场强度171

二、静止的点电荷的电场及其场强叠加原理172

三、恒定电流177

四、磁场和磁感应强度180

五、毕奥萨伐尔定律182

本章提要185

思考题186

习题187

物理学史188

第十一章　真空中的高斯定理和安培环路定理190

第一节　真空中静电场和磁场的高斯定理190

一、电场线与电通量190

二、静电场的高斯定理及应用192

三、磁场的高斯定理198

第二节　静电场的环路定理和电势200

一、静电场的环路定理200

二、电势差和电势202

三、电势叠加原理203

四、电场强度与电势梯度的关系206

第三节　磁场的环路定理210

一、磁场的安培环路定理210

二、利用安培环路定理求磁场的分布212

本章提要215

思考题216

习题216

第十二章　电磁相互作用219

第一节　磁相互作用219

一、洛伦兹力219

二、带电粒子在电磁场中的运动221

三、霍尔效应225

四、量子霍尔效应227

第二节　磁场对电流的作用229

一、安培力及安培定律229

二、平行无限长载流直导线的相互作用力232

三、载流线圈在均匀磁场中所受的力矩234

四、磁力的功235

第三节　运动电荷的电磁场237

一、运动电荷的电场和磁场（非相对论的）237

二、电磁场的相对论性变换238

三、运动电荷的电磁场（相对论的）239

四、两个运动电荷之间的相互作用243

本章提要245

思考题245

习题246

附录　课程内容的学时分配建议247