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第一篇 力学3

第1章 质点运动学3

1.1 机械运动的基本特征及其描述方法3

1.1.1 基本概念3

1.1.2 基本特征4

1.1.3 运动的描述4

1.2 质点的运动学方程4

1.2.1 基本概念4

1.2.2 质点的运动学方程和轨迹方程5

1.3 位移速度6

1.4 加速度9

1.5 圆周运动的角量描述10

1.6 相对运动12

思考题13

习题14

第2章 牛顿运动定律及应用18

2.1 牛顿运动定律18

2.1.1 基本概念18

2.1.2 牛顿运动三定律19

2.2 几种常见的力和基本的自然力22

2.2.1 几种常见的力22

2.2.2 基本的自然力24

2.3 牛顿运动定律的应用27

习题29

第3章 动量守恒角动量守恒33

3.1 冲量与动量定理33

3.1.1 冲量33

3.1.2 质点的动量定理33

3.1.3 质点系的动量定理36

3.2 动量守恒定律37

3.3 质点的角动量角动量守恒定律41

3.3.1 质点的角动量41

3.3.2 质点的角动量定理41

3.3.3 角动量守恒定律42

3.3.4 有关力矩和角动量的说明44

习题45

第4章 功和能49

4.1 功保守力的功49

4.1.1 功49

4.1.2 示功图51

4.1.3 功率52

4.1.4 保守力的功53

4.2 动能定理55

4.2.1 质点的动能定理55

4.2.2 质点的动能定理应用举例56

4.3 质点系的势能57

4.3.1 保守力场57

4.3.2 势能57

4.4 机械能守恒定律能量守恒定律59

4.4.1 机械能守恒定律59

4.4.2 功能原理59

4.4.3 能量守恒定律60

4.4.4 应用举例63

4.5 对称性与守恒定律64

思考题66

习题67

第5章 刚体力学71

5.1 刚体的基本运动71

5.1.1 刚体71

5.1.2 刚体的平动71

5.1.3 刚体的定轴转动72

5.2 刚体定轴转动的转动定理72

5.2.1 基本角量72

5.2.2 力矩74

5.2.3 转动定理74

5.2.4 刚体的转动惯量的计算75

5.2.5 转动定理的应用77

5.3 刚体定轴转动的功和能78

5.3.1 力矩的功78

5.3.2 刚体定轴转动的动能79

5.3.3 动能定理79

5.4 刚体定轴转动的角动量80

5.4.1 刚体定轴转动的角动量定理80

5.4.2 刚体定轴转动的角动量守恒定律81

5.5 质点的运动规律和刚体的定轴转动规律对比82

思考题83

习题83

第二篇 电磁学93

第6章 真空中的静电场93

6.1 库仑定律及静电力叠加原理93

6.1.1 电荷93

6.1.2 库仑定律94

6.1.3 静电力叠加原理95

6.2 电场强度的定义及计算98

6.2.1 电场强度98

6.2.2 场强叠加原理98

6.2.3 电场强度的计算99

6.3 电通量高斯定理104

6.3.1 电场线104

6.3.2 电场强度通量105

6.3.3 高斯定理106

6.3.4 高斯定理的应用107

6.4 静电场的环路定理109

6.5 电势110

6.5.1 电势能110

6.5.2 电势的定义111

6.5.3 电势差111

6.5.4 电势叠加原理112

6.5.5 求解静电场中电势的几种方法112

6.5.6 等势面117

6.5.7 电势与电场强度的微分关系118

思考题120

习题120

第7章 静电场中的导体和电介质127

7.1 静电场中的导体127

7.1.1 静电感应现象127

7.1.2 导体静电平衡条件128

7.1.3 导体存在时静电场的分析与计算130

7.2 电容电容器134

7.2.1 孤立导体的电容134

7.2.2 电容器134

7.2.3 电容器储存的静电场的能量136

7.2.4 静电场的能量能量密度137

7.3 静电场中的电介质电介质的极化138

7.3.1 电介质及其分类139

7.3.2 电介质的极化139

7.3.3 电介质对电场的影响141

7.3.4 几种电介质的相对介电常量141

7.3.5 电介质的击穿142

7.4 电介质中的高斯定理电位移矢量142

习题145

第8章 稳恒磁场149

8.1 电流149

8.1.1 电流和电流密度149

8.1.2 恒定电流的重要性质150

8.2 磁场磁感应强度150

8.2.1 磁力与电荷的运动151

8.2.2 磁感应强度151

8.3 毕奥-萨伐尔定律及应用153

8.3.1 电流元153

8.3.2 毕奥-萨伐尔（实验）定律153

8.3.3 磁感应强度叠加原理153

8.4 磁场的高斯定理和安培环路定理157

8.4.1 磁通量157

8.4.2 磁场的高斯定理159

8.4.3 安培环路定理159

8.5 磁场对电流的作用162

8.5.1 安培定律163

8.5.2 安培公式的应用163

8.5.3 磁场对载流平面线圈的作用165

8.5.4 磁场力的功165

8.5.5 霍耳效应167

8.6 带电粒子在磁场中的运动168

8.6.1 洛伦兹力168

8.6.2 带电粒子在均匀磁场中的运动168

8.6.3 应用举例168

8.7 磁介质中的磁场169

8.7.1 磁介质及磁介质的磁化169

8.7.2 磁介质的磁导率170

8.7.3 磁场强度磁介质中的安培环路定理170

8.7.4 安培环路定理的应用171

8.7.5 铁磁质172

思考题174

习题174

第9章 变化的电磁场179

9.1 电磁感应的基本规律179

9.1.1 电磁感应现象179

9.1.2 法拉第电磁感应定律180

9.1.3 楞次定律180

9.2 动生电动势182

9.2.1 概念和机制182

9.2.2 能量转换184

9.2.3 动生电动势的计算184

9.3 感生电动势186

9.3.1 电磁感应定律的普遍形式187

9.3.2 感生电动势的计算187

9.3.3 感生电场的应用189

9.4 自感和互感190

9.4.1 自感190

9.4.2 自感系数和自感电动势的计算190

9.4.3 互感现象、互感系数和互感电动势192

9.4.4 互感系数和互感电动势计算193

9.5 磁场的能量195

9.5.1 自感中的能量转换195

9.5.2 磁场的能量密度195

9.5.3 磁能的计算195

9.6 麦克斯韦电磁场理论简介197

9.6.1 位移电流197

9.6.2 麦克斯韦方程组200

思考题201

习题201

第三篇 热学210

第10章 统计物理学基础210

10.1 分子运动的基本概念210

10.1.1 分子的密度和线度210

10.1.2 分子力211

10.1.3 分子热运动的无序性及统计规律211

10.2 平衡态理想气体状态方程212

10.2.1 平衡态和状态参数213

10.2.2 准静态过程214

10.2.3 理想气体状态方程214

10.3 理想气体的压力公式温度公式216

10.3.1 理想气体的微观模型216

10.3.2 理想气体的压强公式217

10.3.3 理想气体的温度公式219

10.4 能量按自由度均分定理理想气体的内能220

10.4.1 自由度220

10.4.2 能量按自由度均分定理221

10.4.3 理想气体的内能221

10.5 麦克斯韦速率分布定律222

10.5.1 测定气体分子速率的实验222

10.5.2 麦克斯韦气体分子速率分布律223

10.5.3 三种统计速率224

*10.6 玻耳兹曼能量分布定律及验证226

10.6.1 玻耳兹曼能量分布定律226

10.6.2 重力场中粒子按高度分布227

10.6.3 重力场中的压强公式227

10.7 气体分子平均自由程228

思考题230

习题230

第11章 热力学基础234

11.1 热力学第一定律234

11.1.1 内能功和热量234

11.1.2 热力学第一定律的表述236

11.2 热力学第一定律的应用236

11.2.1 等体过程气体的摩尔定容热容236

11.2.2 等压过程气体的摩尔定压热容237

11.2.3 等温过程238

11.2.4 比热容比239

11.3 绝热过程240

11.3.1 理想气体绝热过程方程240

11.3.2 绝热线与等温线241

11.3.3 理想气体重要公式表242

11.4 循环过程卡诺循环243

11.4.1 正循环和热机效率243

11.4.2 逆循环和制冷系数243

11.4.3 卡诺循环244

11.4.4 卡诺制冷机245

11.5 热力学第二定律246

11.5.1 可逆过程和不可逆过程246

11.5.2 热力学第二定律的两种表述247

11.5.3 卡诺定理248

*11.6 热学新进展熵248

11.6.1 熵的概念249

11.6.2 热力学第二定律的数学表达式250

11.6.3 熵与混乱度250

11.6.4 熵增加原理250

思考题251

习题251

第四篇 振动、波动与波动光学259

第12章 机械振动259

12.1 简谐振动的描述259

12.1.1 简谐振动的动力学方程259

12.1.2 简谐振动的运动学方程260

12.1.3 简谐振动的几个特征量260

12.1.4 振幅和初相的确定261

12.2 简谐振动的旋转矢量描述264

12.3 简谐振动的能量266

12.4 阻尼振动和受迫振动共振268

12.4.1 阻尼振动的数学描述268

12.4.2 受迫振动共振270

12.5 简谐振动合成272

12.5.1 同方向、同频率简谐振动的合成272

12.5.2 同方向、不同频率的简谐振动的合成拍273

12.5.3 垂直方向、同频率的谐振的合成274

思考题277

习题277

第13章 机械波基础280

13.1 机械波的形成与传播简谐波的特征280

13.2 平面简谐波的波动方程282

13.2.1 平面简谐波的波动方程282

13.2.2 简谐波的特征量283

13.3 波的能量和能流285

13.3.1 波的能量285

13.3.2 波的能流286

13.4 惠更斯原理287

13.5 波的叠加原理波的干涉289

13.5.1 波的叠加原理289

13.5.2 波的干涉290

13.6 驻波半波损失292

13.7 声波多普勒效应295

13.7.1 声波295

13.7.2 多普勒效应297

思考题301

习题301

第14章 波动光学305

14.1 光的电磁理论305

14.1.1 电磁振荡305

14.1.2 电磁波的概念306

14.1.3 电磁波的性质306

14.2 相干光波的叠加308

14.2.1 相干光源308

14.2.2 光波的叠加309

14.3 杨氏双缝实验劳埃德镜310

14.3.1 杨氏双缝实验310

14.3.2 劳埃德镜312

14.4 薄膜干涉314

14.4.1 等倾干涉314

14.4.2 等厚干涉316

14.5 迈克尔逊干涉319

14.6 惠更斯一菲涅耳原理单缝夫琅禾费衍射321

14.6.1 光的衍射321

14.6.2 惠更斯-菲涅耳原理321

14.6.3 菲涅耳衍射322

14.6.4 单缝夫琅禾费衍射322

14.6.5 圆孔衍射325

14.6.6 光学仪器分辨率325

14.7 衍射光栅和光栅光谱327

14.7.1 衍射光栅328

14.7.2 光栅方程328

14.7.3 光栅谱线的缺级现象328

14.7.4 光谱分析方法330

14.7.5 X射线的衍射330

14.8 光的偏振性332

14.8.1 自然光偏振光332

14.8.2 起偏和检偏333

14.8.3 马吕斯定律334

14.8.4 布儒斯特定律335

14.8.5 双折射现象336

14.8.6 椭圆偏振光和圆偏振光338

思考题339

习题340

第五篇 近代物理学347

第15章 狭义相对论力学基础347

15.1 力学相对性原理347

15.1.1 力学相对性原理中的相对性和不变性347

15.1.2 伽利略相对性原理348

15.1.3 伽利略相对性原理的数学描述—伽利略变换348

15.1.4 伽利略相对性原理的时空观349

15.1.5 伽利略相对性原理力学规律的数学表达349

15.2 狭义相对论基本原理349

15.2.1 爱因斯坦相对论的理论基础350

15.2.2 洛伦兹变换351

15.3 爱因斯坦狭义相对论时空观—长度缩短、时间膨胀354

15.3.1 同时的相对性354

15.3.2 物体在运动方向上长度缩短—长度的相对性356

15.3.3 物体在运动方向上时间膨胀357

15.3.4 爱因斯坦狭义相对论时空观的实验证明357

15.4 爱因斯坦狭义相对论质点动力学358

15.4.1 相对论质量359

15.4.2 相对论质量与能量的关系360

15.4.3 相对论动量和能量关系式361

15.4.4 应用举例362

*15.5 爱因斯坦广义相对论—宇宙空间是弯曲的？362

15.5.1 爱因斯坦广义相对论的基本理论363

15.5.2 广义相对论的检验365

习题366

第16章 量子力学基础369

16.1 黑体辐射普朗克的能量子假说369

16.1.1 黑体辐射369

16.1.2 黑体辐射的基本规律371

16.1.3 经典物理学的困难372

16.1.4 普朗克量子假设373

16.2 光电效应爱因斯坦的光子假说374

16.2.1 光电效应及经典物理面临的困境374

16.2.2 光子爱因斯坦方程376

16.2.3 光的波粒二象性376

16.2.4 光电效应在现代科技中的应用377

16.3 康普顿效应光子理论解释378

16.3.1 康普顿效应378

16.3.2 光子理论解释379

16.4 原子结构的玻尔理论382

16.4.1 氢原子光谱的规律性382

16.4.2 玻尔的量子论384

16.4.3 玻尔量子理论的作用及其困难386

16.5 粒子的波动性387

16.5.1 德布罗意假设粒子的波动性387

16.5.2 实验验证电子衍射387

16.5.3 不确定关系388

16.6 波函数薛定愕方程391

16.6.1 波函数391

16.6.2 薛定愕方程393

16.7 一维势阱和势垒395

16.7.1 一维无限深势阱395

16.7.2 一维势垒—隧道效应396

16.7.3 扫描隧道显微镜398

16.7.4 纳米技术399

思考题401

习题401

附录一 国际单位制（S）405

附录二 常用基本物理常数表407

附录三 习题参考答案408

参考文献426