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第一部分 科学的基础——牛顿力学3

第1章 质点运动学3

1. 1质点运动的描述3

1.1.1时间与空间3

1. 1.2质点3

1.1.3参考系4

1.1.4坐标系4

1. 1.5位置矢量4

1.1.6运动方程4

1. 1. 7位移5

1.1.8速度5

1.1.9加速度6

1.2自然坐标系 切向加速度和法向加速度7

1.2.1自然坐标系下的速度和加速度7

1.2.2圆周运动9

1.3相对运动10

习题10

第2章 质点动力学13

2. 1牛顿运动定律13

2.1.1牛顿第一定律13

2.1.2牛顿第二定律14

2.1.3牛顿第三定律14

2.1.4单位制与量纲15

2.2力的时间累积效应——动量定理动量守恒定律15

2.2.1冲量 质点的动量定理15

2.2.2质点系的动量定理16

2.2.3动量守恒定律17

2.3力的空间累积效应——功动能动能定理18

2.3.1功19

2.3.2质点的动能定理20

2.3.3质点系的动能定理20

2.4功能原理机械能守恒定律22

2.4.1弹性力的功22

2.4.2保守力和非保守力22

2.4.3势能22

2.4.4质点系的功能原理23

2.4.5机械能守恒定律23

2.4.6碰撞25

习题26

第3章 刚体的运动27

3.1刚体运动的描述27

3.1.1刚体定轴转动的描述27

3.1.2角量与线量的关系28

3.2转动定律 转动惯量30

3.2. 1力矩30

3.2.2转动定律30

3.2.3转动惯量31

3.3力矩的功 转动动能32

3.3. 1力矩的功32

3.3.2转动动能33

3.3.3刚体绕定轴转动的动能定理33

3.4角动量 角动量守恒定律34

3.4. 1质点的角动量34

3.4.2刚体定轴转动的角动量36

习题39

第4章 振动与波动& 41

4. 1机械振动41

4.1.1简谐振动41

4. 1.2简谐振动的合成48

4.1.3阻尼振动 受迫振动 共振49

4.2机械波51

4.2.1波动的基本概念51

4.2.2平面简谐波的表达式53

4.2.3波的衍射 干涉58

习题63

第二部分 近代科学的重要基础——电磁学67

第5章 静电场67

5. 1静电场 电场强度67

5.1.1电荷 库仑定律67

5. 1.2电场强度及其叠加原理68

5. 1.3电场强度的计算69

5.2静电场的高斯定理74

5.2. 1电场线 电场强度通量74

5.2.2高斯定理76

5.2.3高斯定理的应用77

5.3静电场的环路定理 电势81

5.3.1静电力的功 静电场的环路定理81

5.3.2电势能 电势82

5.3.3电势的计算83

5.3.4等势面 电场强度和电势的微分关系85

5.4静电场中的导体与电介质87

5.4. 1导体的静电平衡条件87

5.4.2静电平衡时导体的基本特性88

5.4.3静电场中的电介质92

5.4.4电位移 电介质中的高斯定理94

5.5电容 电容器 静电场的能量96

5. 5. 1孤立导体的电容 电容器96

5. 5.2电容器的串联和并联 电容式传感器98

5. 5.3静电场的能量99

习题101

第6章 恒定磁场105

6. 1磁场 磁感应强度105

6.1.1磁场 磁感应强度105

6.1.2毕奥-萨伐尔定律107

6. 1.3运动电荷的磁场112

6.2磁场的高斯定理 安培环路定理112

6.2.1磁感应线 磁通量112

6.2.2磁场的高斯定理114

6.2.3安培环路定理115

6.3磁场对载流导线和运动电荷的作用120

6.3.1载流导线在磁场中受的安培力120

6. 3.2载流线圈在磁场中受的磁力矩122

6.3.3磁场对运动电荷的作用124

6.4磁介质127

6.4.1磁介质及其磁化127

6.4.2磁介质中的安培环路定理磁场强度129

6.4.3铁磁质131

习题133

第7章 电磁感应与电磁场137

7. 1法拉第电磁感应定律 动生电动势137

7.1.1法拉第电磁感应定律137

7.1.2动生电动势140

7.2感生电动势 自感与互感磁场能量143

7. 2. 1感生电动势143

7.2.2自感145

7.2.3互感146

7.2.4磁场的能量149

7.3位移电流 麦克斯韦方程组积分形式151

7.3.1位移电流151

7.3.2全电流安培环路定理152

7.3.3麦克斯韦方程组积分形式153

7.4电磁波154

7.4.1平面电磁波的性质154

7.4.2电磁波的能量154

7.4.3电磁波谱156

习题158

第三部分 热现象的理论基础——热力学与气体动理论163

第8章 气体动理论163

8.1气体动理论的基本概念163

8.1.1热力学系统163

8.1.2平衡态 平衡过程164

8.1.3状态参量16

8.1.4理想气体的状态方程166

8.2分子热运动和统计规律167

8.2.1分子热运动的无序性167

8.2.2统计规律168

8.3理想气体的压强和温度公式169

8.3.1理想气体的微观模型169

8.3.2理想气体压强公式的推导17C172

8.3.3温度的本质和统计意义172

8.4能量按自由度均分定理 理想气体的内能174

8.4.1自由度174

8.4.2能量均分定理175

8.4.3理想气体的内能176

8.5麦克斯韦速率分布律177

8.5.1速率分布函数178

8.5.2麦克斯韦速率分布律179

8.5.3 三种速率180

8.5.4测定气体分子速率分布的实验181

8.6玻耳兹曼能量分布183

8.7分子碰撞和平均自由程184

8.8气体的内迁移现象186

8.8. 1黏滞现象187

8.8.2热传导现象187

8.8.3扩散现象188

8.9真实气体 范德瓦尔斯方程188

8.9.1真实气体189

8.9.2范德瓦尔斯方程191

习题192

第9章 热力学基础195

9. 1热力学第一定律195

9.1.1改变内能的方式195

9.1.2热力学第一定律的数学表达式196

9.1.3功 热量 内能197

9.2热力学第一定律对理想气体等值过程的应用199

9.2.1等体过程199

9.2.2等压过程200

9.2.3等温过程202

9.2.4绝热过程204

9.2.5多方过程206

9.3循环过程 卡诺循环209

9.3. 1循环过程209

9.3.2热机和制冷机209

9.3.3卡诺循环213

9.4热力学第二定律215

9.4. 1可逆过程与不可逆过程215

9.4.2热力学第二定律215

9.4.3卡诺定理216

9.5热力学第二定律的统计意义和熵的概念217

9.5. 1热力学第二定律的统计意义217

9. 5.2熵 熵增原理219

9.5.3熵的热力学表示220

习题222

第四部分 光学与近代物理引论227

第10章 狭义相对论227

10.1力学相对性原理和伽利略变换227

10.1.1力学相对性原理227

10.1.2伽利略变换228

10.1.3伽利略变换体现了牛顿力学的时空观229

10.2爱因斯坦假设与洛伦兹变换230

10.2.1爱因斯坦假设230

10.2.2狭义相对论的实验基础231

10.2.3洛伦兹坐标变换235

10.2.4洛伦兹速度变换237

10.2.5洛伦兹坐标变换的推导238

10.3狭义相对论时空观241

10.3.1同时性的相对性241

10.3.2时间的相对性（钟慢效应）241

10.3.3长度的相对性（尺缩效应）243

10.4狭义相对论动力学基础245

10.4.1相对论质量 动量 质点动力学基本方程246

10.4.2相对论质速关系式推导247

10.4.3相对论动能 静能 总能量动量与能量关系248

习题251

第11章 光的波动性253

11. 1光的干涉254

11.1. 1光的相干性 光程 光程差254

11.1.2杨氏双缝 洛埃镜257

11.1.3薄膜干涉261

11.1.4干涉现象的应用 干涉仪270

11.2光的衍射274

11.2. 1光的衍射现象 惠更斯菲涅耳原理274

11.2.2单缝的夫琅禾费衍射276

11.2.3光栅衍射280

11.2.4圆孔的衍射 光学仪器的分辨本领286

11.2.5 X射线的衍射288

11.3光的偏振290

11.3.1光的偏振状态290

11.3.2起偏和检偏 马吕斯定律292

11.3.3反射光和折射光的偏振 布儒斯特定律294

11.3.4光的双折射296

习题3

第12章 光的量子性304

12.1热辐射 普朗克量子假设304

12. 1.1热辐射304

12.1.2黑体305

12.1.3黑体辐射规律306

12. 1.4普朗克量子假设307

12.2光电效应309

12.2. 1光电效应309

12.2.2光电效应的实验规律309

12.2.3经典电磁理论的困难311

12.2.4光子假说爱因斯坦方程311

12.3康普顿效应312

12.3. 1康普顿效应的实验规律313

12.3.2康普顿效应的理论解释313

12.3.3光的波粒二象性316

习题317

第13章量子力学基础319

13. 1实物粒子的波粒二象性319

13. 1. 1德布罗意物质波假设319

13. 1.2德布罗意波的实验验证320

13. 1.3德布罗意波的统计解释324

13.2不确定关系325

13.3波函数 薛定谔方程328

13.3. 1波函数328

13.3.2薛定谔方程330

13.4薛定谔方程的应用332

13.4.1一维无限深方势阱332

13.4. 2隧道效应335

13.5氢原子336

13.5.1氢原子光谱的实验规律336

13.5.2玻尔的氢原子理论337

13.5.3氢原子的量子力学处理方法342

13.5.4多电子原子中电子分布348

习题350

第五部分 科学技术专题355

第一讲 激光355

J1. 1第一台激光器的诞生355

J1. 2激光产生的基本原理356

J1. 2. 1光的吸收和辐射356

J1.2.2产生激光的条件358

J1. 3激光的特性及应用362

J1. 3. 1激光的特性362

J1.3.2激光的应用363

第二讲 全息照相365

J2. 1全息照相的过程与特点366

J2. 1. 1全息照相与普通照相的区别366

J2. 1. 2全息照相的记录与再现366

J2. 1. 3全息照相的特点368

J2. 2全息照相的基本原理368

J2. 2. 1波前368

J2. 2. 2波前的全息记录369

J2. 2. 3物光波前的再现370

J2. 2. 4全息照相中的实验技术设备371

J2. 3全息技术的应用372

第三讲 光学纤维376

J3. 1光纤的结构与传光原理377

J3.1.1阶跃折射率型光纤377

J3. 1. 2梯度折射率型光纤379

J3. 1. 3自聚焦光纤380

J3. 2光纤的特性381

J3. 2. 1光纤的光学特性381

J3. 2. 2光纤的传输特性383

第四讲 纳米技术387

J4. 1走进纳米世界387

J4.1. 1纷繁的纳米材料387

J4.1.2纳米颗粒的奇异特性388

J4. 1. 3纳米碳管389

J4. 1. 4纳米固体390

J4. 1. 5纳米新技术391

J4. 2扫描隧道显微镜391

J4. 2. 1 STM的原理简介392

J4. 2. 2 STM的工作方式393

J4. 2. 3 STM的发展393

J4. 2. 4 STM的应用396

第五讲 超导电性397

J5. 1超导电性的发现397

J5. 2迈斯纳效应398

J5. 2. 1迈斯纳效应的发现398

J5.2.2超导的微观机制398

J5. 3约瑟夫森隧道效应399

J55. 3. 1直流约瑟夫森效应400

J5. 3. 2交流约瑟夫森效应400

J5. 4超导器件401

J5. 4. 1超导量子干涉器401

J5. 4. 2电压基准401

J5.4.3弱电磁波的产生和检测401

J5. 4. 4超导磁体402

J5. 4. 5超导的其他应用402

第六讲 液晶404

J6. 1液晶的基本特征404

J6. 1. 1热致液晶405

J6. 1. 2溶致液晶406

J6.1. 3液晶的光电特性407

J6. 1. 4液晶的电光效应408

J6. 2液晶显示技术410

J6. 2. 1液晶显示器件的特点与种类410

J6. 2. 2 TN液晶显示器的构造和工作原理411

J6. 2. 3 TFT型液晶显示器的原理412

J6. 3液晶的其他应用415

J6. 3. 1热色效应的应用415

J6. 3. 2液晶光学器件415

J6. 3. 3液晶高分子材料415

J6. 3. 4液晶与生命科学416

习题答案417

参考文献429