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绪论1

第一章 运动和力5

1-1质点运动的描述6

一、质点6

二、参考系和坐标系7

三、空间和时间8

四、位矢9

五、运动学方程10

六、位移10

七、速度11

八、加速度13

九、运动学的两类问题15

1-2抛体运动20

1-3圆周运动和一般曲线运动22

一、切向加速度和法向加速度22

二、圆周运动的角量描述24

三、角量和线量的关系25

四、一般平面曲线运动中的加速度25

1-4相对运动28

1-5牛顿运动定律 力学中的常见力31

一、牛顿运动定律31

二、力学中的常见力34

三、基本相互作用37

四、牛顿运动定律应用举例37

1-6伽利略相对性原理 非惯性系 惯性力45

一、伽利略相对性原理45

二、经典力学的时空观46

三、非惯性系47

四、惯性力47

习题49

第二章 运动的守恒量和守恒定律57

2-1质点系的内力和外力 质心 质心运动定理58

一、质点系的内力和外力58

二、质心58

三、质心运动定理60

2-2动量定理 动量守恒定律62

一、质点的动量定理62

二、质点系的动量定理66

三、动量守恒定律67

四、火箭飞行71

2-3质点的角动量定理和角动量守恒定律73

一、角动量73

二、质点的角动量定理75

三、质点的角动量守恒定律76

2-4功 动能 动能定理77

一、功的概念77

二、能量78

三、动能定理79

2-5保守力 成对力的功 势能83

一、保守力83

二、成对力的功85

三、势能86

四、势能曲线87

2-6质点系的功能原理 机械能守恒定律90

一、质点系的动能定理90

二、质点系的功能原理90

三、机械能守恒定律93

四、能量守恒定律93

五、黑洞99

2-7碰撞100

2-8对称性和守恒定律105

一、对称性和守恒定律105

二、守恒量和守恒定律106

习题106

第三章 刚体和流体的运动114

3-1刚体模型及其运动115

一、刚体115

二、平动和转动115

三、自由度116

3-2力矩 转动惯量 定轴转动定律117

一、力矩117

二、角速度矢量118

三、定轴转动定律119

四、转动惯量120

五、定轴转动定律的应用122

3-3定轴转动中的功能关系124

一、力矩的功124

二、刚体的转动动能125

三、定轴转动的动能定理126

四、刚体的重力势能126

3-4定轴转动刚体的角动量定理和角动量守恒定律129

一、刚体的角动量129

二、定轴转动刚体的角动量定理130

三、定轴转动刚体的角动量守恒定律130

3-5进动137

3-6理想流体模型 定常流动 伯努利方程139

一、理想流体模型139

二、定常流动139

三、伯努利方程140

习题142

第四章 相对论基础148

4-1狭义相对论基本原理 洛伦兹变换149

一、狭义相对论基本原理149

二、洛伦兹变换150

4-2相对论速度变换152

4-3狭义相对论的时空观154

一、“同时”的相对性155

二、时间延缓156

三、长度收缩157

4-4狭义相对论动力学基础159

一、相对论力学的基本方程159

二、质量和能量的关系162

三、动量和能量的关系163

4-5广义相对论简介166

习题168

第五章 气体动理论171

5-1平衡态 理想气体物态方程172

一、平衡态 准静态过程172

二、状态参量173

三、理想气体的物态方程174

5-2理想气体的微观模型175

一、气体分子热运动特征175

二、理想气体的微观模型176

5-3理想气体的压强和温度公式177

一、理想气体压强公式的推导177

二、温度的本质和统计意义178

三、气体分子的方均根速率179

5-4能量均分定理 理想气体的内能181

一、分子的自由度181

二、能量按自由度均分定理182

三、理想气体的内能183

5-5麦克斯韦速率分布律184

一、气体分子的速率分布函数184

二、麦克斯韦速率分布律185

三、分子速率的统计平均值187

四、分子速率的实验测定187

5-6麦克斯韦-玻耳兹曼能量分布律 重力场中粒子按高度的分布191

一、麦克斯韦-玻耳兹曼能量分布律191

二、重力场中粒子按高度的分布192

5-7分子碰撞和平均自由程194

一、分子碰撞的研究194

二、平均自由程公式194

5-8气体的输运现象196

一、黏滞现象197

二、热传导现象198

三、扩散现象198

5-9真实气体 范德瓦耳斯方程200

一、真实气体的等温线200

二、范德瓦耳斯方程202

三、范德瓦耳斯方程的等温线和真实气体的等温线204

习题205

第六章 热力学基础208

6-1热力学第零定律和第一定律209

一、热力学第零定律209

二、热力学过程209

三、功 热量 内能210

四、热力学第一定律211

6-2热力学第一定律对于理想气体准静态过程的应用213

一、等体过程 气体的摩尔定容热容213

二、等压过程 气体的摩尔定压热容214

三、等温过程217

四、绝热过程218

五、多方过程220

6-3循环过程 卡诺循环223

一、循环过程223

二、卡诺循环227

6-4热力学第二定律230

一、热力学第二定律230

二、两种表述的等价性231

6-5可逆过程与不可逆过程 卡诺定理232

一、可逆过程与不可逆过程232

二、卡诺定理234

三、卡诺定理的证明234

6-6熵 玻耳兹曼关系235

一、熵235

二、自由膨胀的不可逆性238

三、玻耳兹曼关系239

6-7熵增加原理 热力学第二定律的统计意义241

一、熵增加原理241

二、热力学第二定律的统计意义242

三、熵增与能量退化243

四、熵增和热寂244

6-8耗散结构 信息熵245

一、耗散结构245

二、信息熵246

习题246

第七章 静止电荷的电场251

7-1电荷 库仑定律252

一、电荷252

二、电荷守恒定律252

三、电荷的量子化253

四、库仑定律253

五、静电力的叠加原理254

7-2静电场 电场强度257

一、电场257

二、电场强度257

三、电场强度的叠加原理258

四、电场强度的计算259

五、电场对电荷的作用力266

六、电场线 电场强度通量268

7-3静电场的高斯定理270

一、静电场的高斯定理270

二、应用高斯定理计算电场强度示例273

7-4静电场的环路定理 电势277

一、静电场力做功278

二、静电场的环路定理279

三、电势279

四、电势叠加原理281

五、电势的计算281

六、等势面285

7-5电场强度与电势的微分关系287

7-6静电场中的导体291

一、导体的静电平衡291

二、静电平衡时导体上的电荷分布292

三、静电屏蔽298

7-7电容器的电容301

一、孤立导体的电容301

二、电容器的电容302

三、电容器的串联和并联306

7-8静电场中的电介质310

一、电介质的电结构310

二、电介质的极化311

三、电极化强度313

四、电极化强度与极化电荷的关系313

五、介质中的静电场314

7-9有电介质时的高斯定理和环路定理 电位移318

一、有电介质时的高斯定理 电位移318

二、D、E、P三矢量之间的关系319

三、有电介质时的环路定理320

7-10静电场的能量323

习题328

第八章 恒定电流的磁场338

8-1恒定电流339

一、电流 电流密度339

二、电源的电动势340

三、欧姆定律342

8-2磁感应强度345

一、基本磁现象345

二、磁感应强度346

三、磁感应线和磁通量347

8-3毕奥-萨伐尔定律348

一、毕奥-萨伐尔定律348

二、应用毕奥-萨伐尔定律计算磁感应强度示例349

三、运动电荷的磁场354

8-4恒定磁场的高斯定理与安培环路定理357

一、恒定磁场的高斯定理357

二、安培环路定理358

三、应用安培环路定理计算磁感应强度示例360

8-5带电粒子在电场和磁场中的运动364

一、洛伦兹力364

二、带电粒子在电场和磁场中的运动和应用368

三、霍尔效应370

四、量子霍尔效应372

8-6磁场对载流导线的作用374

一、安培定律374

二、磁场对载流线圈的作用376

三、电流单位“安培”的定义377

四、磁场力的功378

8-7磁场中的磁介质381

一、磁介质381

二、分子电流和分子磁矩381

三、抗磁质的磁化382

四、顺磁质的磁化383

8-8有磁介质时的安培环路定理和高斯定理 磁场强度383

一、磁化强度383

二、有磁介质时的安培环路定理385

三、有磁介质时的高斯定理390

8-9铁磁质390

一、磁化曲线和磁滞回线391

二、磁畴392

三、磁性材料的分类393

习题394

第九章 电磁感应 电磁场理论404

9-1电磁感应定律405

一、电磁感应现象405

二、楞次定律407

三、法拉第电磁感应定律408

9-2动生电动势411

一、在磁场中运动的导线内的感应电动势411

二、在磁场中转动的线圈内的感应电动势415

9-3感生电动势 感生电场416

一、感生电场416

二、电子感应加速器419

三、涡电流421

9-4自感应和互感应423

一、自感应423

二、互感应427

9-5磁场的能量431

9-6位移电流 电磁场理论435

一、位移电流435

二、麦克斯韦方程组439

三、电磁场的物质性441

9-7电磁场的统一性和电磁场量的相对性442

习题445

附录 Matlab计算程序452

习题答案455