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第1篇 力学3

第1章 质点力学3

1.1 质点运动学3

1.1.1 质点参照系 时间和空间3

1.1.2 位矢 位移 速度 加速度5

1.1.3 曲线运动及其描述9

1.1.4 伽利略坐标变换12

1.2 质点动力学14

1.2.1 牛顿运动定律14

1.2.2 SI单位和量纲16

1.2.3 常见力和基本力17

1.2.4 应用牛顿运动定律解题20

1.2.5 冲量与动量定理23

1.2.6 动量守恒定律26

1.3 功和能27

1.3.1 功与功率 势能27

1.3.2 动能 动能定理31

1.3.3 功能原理 机械能守恒定律32

1.3.4 碰撞33

阅读材料A 人体材料的力学特性36

A.1 骨的力学性质和特点36

A.2 肌肉的力学性质和特点38

A.3 血管壁的力学性质和特点38

A.4 相关实用案例39

第2章 刚体的定轴转动48

2.1 刚体的运动48

2.1.1 平动和转动48

2.1.2 质心 刚体的质心运动定理49

2.1.3 定轴转动的角量描述51

2.1.4 刚体定轴转动的角动量51

2.1.5 刚体的转动动能52

2.1.6 转动惯量的计算52

2.2 刚体的转动定律54

2.2.1 刚体定轴转动的力矩54

2.2.2 刚体定轴转动定律55

2.3 刚体的功和能60

2.3.1 力矩的功60

2.3.2 定轴转动的动能定理60

2.3.3 定轴转动的机械能61

2.4 角动量守恒定律62

2.4.1 刚体的角动量定理62

2.4.2 刚体的角动量守恒定律62

阅读材料B 陀螺仪64

第3章 流体力学72

3.1 理想流体的定常流动72

3.1.1 基本概念72

3.1.2 连续性方程73

3.1.3 伯努利方程及其应用74

3.2 黏性流体的流动77

3.2.1 牛顿黏滞定律77

3.2.2 湍流 雷诺数78

3.2.3 黏性流体的伯努利方程79

3.2.4 泊肃叶公式79

3.2.5 斯托克司定律81

阅读材料C 血液的流动82

C.1 血液的流动82

C.2 心脏做功84

C.3 血压的测量84

第4章 振动和波动89

4.1 简谐运动89

4.1.1 简谐运动方程89

4.1.2 简谐运动的能量92

4.1.3 简谐运动的合成和分解93

4.1.4 阻尼运动 受迫振动 共振98

4.2 波动100

4.2.1 波的产生和传播100

4.2.2 平面简谐波波动方程102

4.2.3 波的能量和强度104

4.2.4 波的叠加原理 波的干涉 驻波105

4.2.5 声波和超声波108

4.2.6 多普勒效应112

阅读材料D 听诊与叩诊113

第2篇 电磁学121

第5章 静电场121

5.1 电场 电场强度121

5.1.1 电荷 库仑定律121

5.1.2 电场 电场强度122

5.1.3 场强叠加原理123

5.2 高斯定理及其应用125

5.2.1 电场线 电通量125

5.2.2 静电场的高斯定理127

5.2.3 高斯定理的应用128

5.3 电场力的功 电势130

5.3.1 电场力的功 静电场的环路定理130

5.3.2 电势能 电势131

5.3.3 等势面 电场强度和电势的关系134

5.4 静电场中的导体135

5.4.1 导体的静电平衡135

5.4.2 静电平衡时导体上的电荷分布136

5.4.3 静电屏蔽137

5.5 静电场中的电介质137

5.5.1 电介质及其极化137

5.5.2 电介质中的场强139

5.6 电容 电场的能量139

5.6.1 电容 电容器139

5.6.2 带电系统的能量141

5.6.3 静电场的能量141

第6章 电流与电路148

6.1 恒定电流148

6.1.1 电 流电流强度148

6.1.2 欧姆定律的微分形式149

6.2 电动势151

6.3 直流电路151

6.3.1 含源电路的欧姆定律151

6.3.2 基尔霍夫定律及其应用153

阅读材料E 细胞膜电位155

阅读材料F 心电图的电学原理157

F.1 心电的产生和心电偶157

F.2 心电图机和心电导联159

阅读材料G 电流对人体的作用161

G.1 直流电对人体的作用161

G.2 低频电的作用 心脏起搏器161

G.3 高频电疗和高频电刀162

G.4 人体的触电问题163

第7章 磁场166

7.1 磁场 磁感应强度166

7.1.1 磁场 磁感应强度166

7.1.2 磁场线和磁通量167

7.1.3 毕奥-萨伐尔定律168

7.1.4 电流的磁场168

7.1.5 安培环路定理及其应用170

7.2 磁场对运动电荷和电流的作用173

7.2.1 磁场对运动电荷和电流的作用 磁聚焦173

7.2.2 霍尔效应 电磁泵175

7.2.3 磁场对载流导线的作用176

7.2.4 磁场对载流线圈的作用177

7.3 磁介质178

7.3.1 物质的磁性和磁化178

7.3.2 磁场强度180

7.3.3 铁磁性180

7.4 电磁感应182

7.4.1 电磁感应定律182

7.4.2 动生电动势182

7.4.3 感生电动势 涡电流183

7.4.4 自感和互感184

7.4.5 磁场的能量185

阅读材料H 生物磁现象187

H.1 生物磁现象187

H.2 磁场的生物效应188

第3篇 热 学201

第8章 气体动理论201

8.1 状态过程201

8.2 理想气体状态方程202

8.3 理想气体的压强204

8.3.1 理想气体的微观模型204

8.3.2 理想气体的压强205

8.4 温度的微观意义206

8.4.1 温标206

8.4.2 温度的微观本质207

8.4.3 气体的方均根速率207

8.5 能量均分原理 理想气体的内能208

8.5.1 分子的自由度208

8.5.2 能量均分原理208

8.5.3 理想气体的内能209

8.6 热平衡态的统计规律210

8.6.1 速率分布函数210

8.6.2 麦克斯韦速率分布律210

8.6.3 气体分子速率分布的实验测定212

8.6.4 麦克斯韦速度分布律 玻尔兹曼能量分布律213

8.7 实际气体等温线 范德瓦尔斯方程214

8.7.1 实际气体等温线214

8.7.2 范德瓦尔斯方程215

8.7.3 范德瓦尔斯方程的等温线217

8.8 气体分子的平均自由程218

8.9 输运过程及其宏观规律219

8.9.1 内摩擦219

8.9.2 热传导220

8.9.3 扩散221

阅读材料I 液体的表面性质221

I.1 液体的表面张力和表面能222

I.2 液体与固体交界处的表面现象225

第9章 热力学基础232

9.1 热力学第一定律232

9.1.1 内能功和热232

9.1.2 热力学第一定律233

9.1.3 理想气体的热容233

9.1.4 热力学第一定律的应用235

9.1.5 绝热过程236

9.2 热力学第二定律238

9.2.1 循环过程热机和制冷机238

9.2.2 热力学第二定律240

9.2.3 可逆过程与不可逆过程241

9.2.4 卡诺循环和卡诺定理242

9.3 熵熵增加原理244

9.3.1 熵244

9.3.2 不可逆过程中的熵变244

9.3.3 熵增加原理246

9.4 热力学第二定律的统计意义246

阅读材料J 人体的体温控制247

J.1 人体的能量交换247

J.2 人体中的熵变问题248

第4篇 光学255

第10章 几何光学255

10.1 几何光学的基本定律255

10.2 球面折射成像255

10.2.1 单球面折射成像256

10.2.2 共轴球面系统260

10.3 透镜成像262

10.3.1 薄透镜成像262

10.3.2 透镜的像差267

10.4 放大镜 光学显微镜268

10.4.1 放大镜268

10.4.2 光学显微镜269

10.5 眼的光学系统275

10.5.1 眼的结构和光学性质275

10.5.2 人眼的调节 视力276

10.5.3 非正视眼的矫正276

第11章 波动光学282

11.1 光的干涉282

11.1.1 分波前干涉286

11.1.2 薄膜干涉289

11.1.3 迈克耳孙干涉仪295

11.1.4 光的相干性297

11.2 光的衍射298

11.2.1 光的衍射现象 惠更斯-菲涅耳原理298

11.2.2 单缝的夫琅禾费衍射301

11.2.3 圆孔的夫琅禾费衍射 光学仪器的分辨率304

11.2.4 衍射光栅307

11.2.5 晶体对X射线的衍射311

11.3 光的偏振312

11.3.1 自然光和偏振光313

11.3.2 偏振片 马吕斯定律315

11.3.3 反射和折射时光的偏振319

11.3.4 双折射现象 二向色性321

11.3.5 波片 偏振态的检验324

11.3.6 偏振光的干涉326

阅读材料K 克尔效应和旋光现象327

阅读材料L 液晶329

L.1 液晶的光学特性329

L.2 液晶的电光效应330

阅读材料M 光的吸收、散射和色散331

M.1 光的吸收331

M.2 光的散射333

M.3 光的色散334

阅读材料N 激光全息336

N.1 激光全息的原理336

N.2 全息显示的发展及应用337

第5篇 近代物理基础345

第12章 狭义相对论基础345

12.1 经典力学的相对性原理和时空观345

12.2 洛伦兹变换348

12.3 狭义相对论的基本原理351

12.3.1 同时的相对性351

12.3.2 时间延缓（钟慢效应）352

12.3.3 长度收缩353

12.4 相对论动量和能量354

12.4.1 质量与速度的关系354

12.4.2 相对论力学的基本方程355

12.4.3 质量与能量的关系355

12.4.4 动量与能量之间的关系357

12.5 广义相对论简介359

12.5.1 非惯性系与惯性力359

12.5.2 惯性质量和引力质量359

12.5.3 广义相对论的基本原理360

12.5.4 广义相对论的实验验证360

第13章 量子力学基础364

13.1 黑体辐射和普朗克的量子假设364

13.1.1 热辐射现象364

13.1.2 黑体辐射实验定律364

13.1.3 普朗克量子假设367

13.2 光电效应368

13.2.1 光电效应的实验规律368

13.2.2 爱因斯坦的光子理论369

13.2.3 光的波粒二象性370

13.3 康普顿效应371

13.3.1 康普顿效应的实验规律371

13.3.2 光子理论的解释373

13.4 氢原子光谱与玻尔模型375

13.4.1 氢原子光谱的规律性375

13.4.2 玻尔的氢原子理论376

13.4.3 玻尔理论的局限性378

13.5 实物粒子的波粒二象性378

13.5.1 德布罗意波378

13.5.2 德布罗意波的实验验证379

13.6 不确定关系381

13.7 波函数与薛定谔方程383

13.7.1 波函数及其统计解释383

13.7.2 薛定谔方程384

13.8 一维势阱 势垒与隧道效应385

13.8.1 一维无限深势阱385

13.8.2 一维势垒与隧道效应388

13.8.3 谐振子389

阅读材料O 量子通信389

第14章 原子核与放射性394

14.1 原子核的结构和性质394

14.1.1 原子核的组成394

14.1.2 结合能原子核的稳定性395

14.1.3 原子核的自旋和磁矩396

14.2 原子核的衰变397

14.2.1 α衰变397

14.2.2 β衰变和电子俘获397

14.2.3 γ衰变和内转换399

14.3 原子核的衰变规律400

14.3.1 指数衰变规律400

14.3.2 半衰期和平均寿命400

14.3.3 放射性活度402

14.3.4 放射性平衡402

14.4 射线与物质的相互作用403

14.4.1 带电粒子与物质的相互作用403

14.4.2 光子与物质的相互作用404

14.4.3 中子与物质的相互作用405

14.5 射线的探测、剂量与防护405

14.5.1 射线的探测405

14.5.2 射线的剂量406

14.5.3 辐射防护408

14.6 放射性核素的医学应用408

14.6.1 放射性治疗409

14.6.2 放射性诊断409

阅读材料P X射线成像411

P.1 X射线的产生及其基本性质411

P.2 X射线谱414

P.3 X射线的吸收416

P.4 X射线的应用418

阅读材料Q 核磁共振成像425

Q.1 核磁共振成像的基本原理425

Q.2 核磁共振成像的基本方法431

Q.3 人体的核磁共振成像437

附录441

附表1 国际单位制的基本单位与辅助单位441

附表2 国际单位中具有专门名称的导出单位441

附表3 基本物理常数442

附表4 国际制词头443

附表5 一些常见物体的密度443

附表6 1大气压（1.013×10 5 Pa）下一些元素的熔点和沸点443

附表7 希腊字母读音表及意义444