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第1章 质点运动学1

1.1 基本概念1

1.1.1 参考系1

1.1.2 质点1

1.2 质点运动学方程2

1.2.1 位置矢量2

1.2.2 运动学方程2

1.2.3 位移3

1.2.4 速度3

1.2.5 加速度5

1.3 圆周运动6

1.3.1 平面极坐标系6

1.3.2 圆周运动的速度7

1.3.3 圆周运动的加速度7

1.3.4 匀速率圆周运动和匀变速率圆周运动9

1.4 相对运动10

小结12

阅读材料A12

习题13

第2章 牛顿运动定律18

2.1 牛顿运动定律18

2.1.1 牛顿运动定律18

2.1.2 惯性系19

2.1.3 伽利略的相对性原理19

2.2 单位制和量纲20

2.2.1 单位制20

2.2.2 量纲20

2.3 主动力和被动力21

2.3.1 主动力21

2.3.2 被动力22

2.4 牛顿定律应用举例23

2.5 非惯性系、惯性力26

小结27

阅读材料B28

习题28

第3章 动量守恒定律和能量守恒定律34

3.1 质点和质点系的动量定理34

3.1.1 冲量、质点的动量定理34

3.1.2 质点系的动量定理35

3.2 动量守恒定律38

3.3 动能定理39

3.3.1 功40

3.3.2 质点的动能定理41

3.4 保守力和非保守力、势能42

3.4.1 万有引力、弹性力做功特点42

3.4.2 保守力与非保守力、保守力做功的数学表达式44

3.4.3 势能44

3.4.4 势能曲线45

3.5 功能原理、机械能守恒定律46

3.5.1 质点系的动能定理46

3.5.2 质点系的功能原理47

3.5.3 机械能守恒定律47

3.6 能量转换与守恒定律48

3.7 碰撞49

3.8 质心、质心运动定律50

3.8.1 质心50

3.8.2 质心运动定律51

小结52

习题53

第4章 刚体的转动58

4.1 刚体的定轴转动58

4.2 刚体的定轴转动定律61

4.2.1 力矩61

4.2.2 转动定律62

4.2.3 转动惯量63

4.2.4 平行轴定理64

4.3 角动量、角动量定理、角动量守恒66

4.3.1 质点的角动量、角动量定理、角动量守恒定律66

4.3.2 刚体的角动量、角动量定理、角动量守恒定律69

4.4 力矩做功和刚体的转动动能71

4.4.1 力矩做的功71

4.4.2 力矩的功率71

4.4.3 转动动能72

4.4.4 刚体绕定轴转动的动能定理72

4.4.5 刚体的重力势能和机械能守恒72

4.5 刚体的滚动75

4.6 刚体的进动77

小结78

习题79

第5章 气体动理论84

5.1 热运动的描述84

5.1.1 平衡态、状态参量、准静态过程84

5.1.2 理想气体的状态方程85

5.2 分子热运动和统计规律86

5.2.1 分子的热运动、分子力86

5.2.2 分子热运动的无序性及统计规律性88

5.3 理想气体的压强公式88

5.3.1 理想气体的分子模型89

5.3.2 理想气体的压强89

5.4 能量均分定理 理想气体的内能91

5.4.1 理想气体分子的平均平动动能与温度的关系91

5.4.2 分子的自由度92

5.4.3 能量均分定理93

5.4.4 理想气体的内能94

5.5 麦克斯韦气体分子速率分布律94

5.5.1 测定气体分子速率分布的实验95

5.5.2 麦克斯韦气体分子速率分布定律96

5.5.3 三个统计速率97

5.6 玻耳兹曼分布律99

5.6.1 玻耳兹曼分布律99

5.6.2 重力场中等温气压公式100

5.7 分子的平均碰撞频率和平均自由程101

5.7.1 平均碰撞频率？101

5.7.2 分子的平均自由程102

5.8 气体的输运现象103

5.8.1 粘滞现象103

5.8.2 热传导104

5.8.3 扩散105

5.9 真实气体 范德瓦耳斯方程106

小结108

习题109

第6章 热力学基础112

6.1 准静态过程112

6.1.1 准静态过程112

6.1.2 功113

6.1.3 内能114

6.1.4 热量114

6.1.5 热力学第一定律114

6.2 理想气体的几个等值准静态过程115

6.2.1 等体过程、气体的摩尔定容热容115

6.2.2 等压过程、摩尔定压热容116

6.2.3 等温过程118

6.2.4 绝热过程119

6.2.5 多方过程121

6.3 循环过程、卡诺循环123

6.3.1 循环过程123

6.3.2 热机和制冷机124

6.3.3 卡诺循环126

6.4 热力学第二定律129

6.4.1 热力学第二定律129

6.4.2 两种表述的等价性130

6.5 可逆过程与不可逆过程、卡诺定理130

6.5.1 可逆过程与不可逆过程130

6.5.2 卡诺定理132

6.5.3 卡诺定理的证明132

6.6 熵、玻耳兹曼关系133

6.6.1 熵133

6.6.2 自由膨胀的不可逆性135

6.6.3 玻耳兹曼关系137

6.7 熵增加原理、热力学第二定律的统计意义138

6.7.1 熵增加原理138

6.7.2 热力学第二定律的统计意义138

6.7.3 熵增与能量退化139

小结140

习题141

第7章 静电场145

7.1 电荷与库仑定律145

7.1.1 电荷145

7.1.2 电荷量子化与电荷守恒定律145

7.1.3 库仑定律146

7.1.4 叠加原理146

7.2 电场强度147

7.2.1 电场强度147

7.2.2 静电场的叠加原理148

7.2.3 电场强度的计算148

7.3 高斯定理151

7.3.1 电场线151

7.3.2 电场强度通量152

7.3.3 高斯定理153

7.4 静电场的环路定理156

7.4.1 静电场力的功156

7.4.2 静电场的环路定理157

7.5 电势157

7.5.1 电势能157

7.5.2 电势158

7.5.3 电势差158

7.5.4 电势叠加原理158

7.5.5 等势面160

7.5.6 电势与电场强度的微分关系161

小结162

习题162

第8章 静电场中的导体和电介质164

8.1 静电场中的导体164

8.1.1 静电感应和静电平衡164

8.1.2 导体静电平衡条件165

8.1.3 有导体存在时静电场分析与计算166

8.2 电容、电容器167

8.2.1 孤立导体的电容167

8.2.2 电容器168

8.2.3 电容器储存的静电场能量169

8.3 静电场中的电介质171

8.3.1 电介质及其分类171

8.3.2 电介质的极化171

8.3.3 电介质的击穿173

8.4 电介质中的高斯定理174

小结175

习题176

第9章 恒定电流178

9.1 电流和电流密度178

9.1.1 电流178

9.1.2 电流密度178

9.1.3 电流的连续性方程、恒定电流的条件180

9.2 欧姆定律、焦耳-楞次定律181

9.2.1 欧姆定律及其微分形式181

9.2.2 焦耳-楞次定律及其微分形式182

9.3 电动势 含源电路欧姆定律184

9.3.1 电源及电源的电动势184

9.3.2 含源电路欧姆定律185

9.4 基尔霍夫方程组及其应用186

9.4.1 基尔霍夫方程组186

9.4.2 基尔霍夫方程组的应用187

小结188

习题189

第10章 稳恒磁场191

10.1 磁场与磁感应强度191

10.1.1 磁场力191

10.1.2 磁感应强度192

10.2 毕奥-萨伐尔定律193

10.2.1 电流元193

10.2.2 毕奥-萨伐尔定律194

10.2.3 磁感应强度叠加原理194

10.2.4 运动电荷的磁场196

10.3 磁场的高斯定理和安培环路定理197

10.3.1 磁通量197

10.3.2 磁场的高斯定理199

10.3.3 安培环路定理199

10.4 带电粒子在磁场中的运动202

10.4.1 洛伦兹公式202

10.4.2 带电粒子在均匀磁场中的运动202

10.4.3 霍耳效应203

10.5 磁场对电流的作用204

10.5.1 安培定律204

10.5.2 安培定律的应用205

10.6 磁介质中的磁场206

10.6.1 磁介质及磁介质的磁化206

10.6.2 磁介质的磁导率207

10.6.3 磁场强度、磁介质中的安培环路定理208

10.6.4 铁磁质209

小结211

习题211

第11章 电磁感应和电磁场214

11.1 电磁感应的基本规律214

11.1.1 电磁感应现象214

11.1.2 法拉第电磁感应定律215

11.1.3 楞次定律215

11.2 动生电动势216

11.2.1 概念216

11.2.2 能量转换218

11.2.3 动生电动势的计算218

11.3 感生电动势220

11.3.1 电磁感应定律的普遍形式220

11.3.2 感生电场的应用222

11.4 自感和互感222

11.4.1 自感222

11.4.2 互感223

11.5 磁场的能量225

11.5.1 自感中的能量转换225

11.5.2 磁场能量密度225

11.5.3 磁能的计算226

11.6 麦克斯韦电磁场理论简介227

11.6.1 位移电流227

11.6.2 麦克斯韦方程组229

小结231

习题232

第12章 振动235

12.1 简谐振动的描述235

12.1.1 简谐振动235

12.1.2 简谐振动的表达式235

12.1.3 简谐振动的速度和加速度237

12.1.4 简谐振动的旋转矢量表示237

12.2 几种常见的简谐振动239

12.2.1 单摆239

12.2.2 复摆239

12.3 简谐振动的能量240

12.4 简谐振动的合成242

12.4.1 两个同方向同频率简谐振动的合成242

12.4.2 两个同方向不同频率简谐振动的合成243

12.4.3 相互垂直的简谐振动的合成243

12.5 阻尼振动、受迫振动、共振244

12.5.1 阻尼振动244

12.5.2 受迫振动和共振245

12.6 电磁振荡246

12.6.1 振荡电路 无阻尼自由电磁振荡246

12.6.2 无阻尼电磁振荡的振荡方程247

12.6.3 无阻尼自由电磁振荡的能量248

小结249

习题250

第13章 波动252

13.1 波动的基本概念252

13.1.1 机械波的形成252

13.1.2 波动的分类253

13.1.3 描述波动的物理量253

13.2 平面简谐波的波函数254

13.2.1 波函数254

13.2.2 波函数的物理意义255

13.3 波的能量257

13.3.1 波的能量分布257

13.3.2 平均能流和能流密度258

13.4 波的叠加、干涉和驻波258

13.4.1 波的叠加原理258

13.4.2 波的干涉259

13.4.3 驻波260

13.5 惠更斯原理和波的衍射262

13.5.1 惠更斯原理262

13.5.2 用惠更斯原理解释波的衍射现象263

13.6 多普勒效应263

13.6.1 波源不动，观察者相对介质以速度v0运动264

13.6.2 观察者不动，波源相对介质以速度vs运动264

13.6.3 波源与观察者同时相对介质运动265

13.7 平面电磁波267

13.7.1 电磁波的产生与传播267

13.7.2 平面电磁波的特性269

13.7.3 电磁波的能量270

13.7.4 电磁波谱271

小结271

习题272

第14章 光学274

14.1 几何光学简介275

14.1.1 光的传播规律275

14.1.2 全反射277

14.1.3 光在平面上的反射和折射277

14.1.4 光在球面上的反射和折射278

14.1.5 薄透镜285

14.1.6 光学仪器288

14.2 光源、光的相干性291

14.2.1 光源、光的颜色和光谱、光强291

14.2.2 光的相干性293

14.2.3 相干光的获得方法294

14.3 双缝干涉294

14.3.1 杨氏双缝实验294

14.3.2 杨氏双缝干涉的光强分布296

14.3.3 缝宽对干涉条纹的影响、空间相干性296

14.3.4 双镜297

14.3.5 洛埃镜297

14.3.6 光源的相干长度299

14.4 光程、光程差300

14.4.1 光程300

14.4.2 光程差300

14.4.3 物像之间的等光程性301

14.4.4 反射光的相位突变和附加光程差302

14.5 薄膜干涉302

14.5.1 等倾干涉302

14.5.2 增透膜与增反膜305

14.5.3 等厚干涉条纹305

14.6 迈克耳孙干涉仪310

14.7 光的衍射312

14.7.1 光的衍射现象312

14.7.2 惠更斯-菲涅耳原理312

14.7.3 菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射313

14.8 单缝衍射313

14.9 圆孔衍射、光学仪器的分辨率317

14.10 光栅衍射319

14.10.1 光栅衍射319

14.10.2 光栅方程320

14.10.3 光栅衍射的强度分布320

14.10.4 缺级322

14.10.5 光栅光谱323

14.10.6 光栅的分辨本领325

14.10.7 干涉和衍射的区别与联系326

14.11 X射线的衍射327

14.12 光的偏振性、马吕斯定律328

14.12.1 自然光、偏振光329

14.12.2 偏振片、起偏与检偏330

14.12.3 马吕斯定律331

14.13 反射光和折射光的偏振332

14.14 光的双折射333

14.14.1 寻常光和非常光333

14.14.2 光轴与主平面334

14.14.3 单轴晶体的子波波阵面334

14.14.4 惠更斯原理在双折射现象中的应用335

14.14.5 晶体的二向色性和偏振片336

14.15 偏振光的干涉、人为双折射337

14.15.1 偏振光的干涉337

14.15.2 人为双折射338

14.16 旋光性340

14.17 现代光学简介342

14.17.1 傅里叶光学342

14.17.2 全息照相343

14.17.3 非线性光学344

小结345

习题347

第15章 相对论354

15.1 牛顿力学时空观355

15.1.1 伽利略时空变换355

15.1.2 牛顿力学时空观356

15.2 迈克耳孙-莫雷实验356

15.3 相对论的基本原理和洛伦兹变换358

15.3.1 相对论的基本原理358

15.3.2 洛伦兹时空变换359

15.3.3 洛伦兹速度变换361

15.4 相对论的时空观362

15.4.1 同时的相对性362

15.4.2 时间延迟363

15.4.3 长度收缩364

15.5 相对论动力学365

15.5.1 动量与质量365

15.5.2 动能和能量366

15.5.3 能量和动量的关系367

15.6 广义相对论简介368

15.6.1 广义相对论的等效原理368

15.6.2 广义相对性原理370

15.6.3 广义相对论时空特性的几个例子370

小结371

习题373

第16章 量子物理376

16.1 黑体辐射与普朗克能量子假设376

16.1.1 黑体与黑体辐射376

16.1.2 黑体辐射的实验规律377

16.1.3 黑体辐射的理论解释378

16.2 光电效应、爱因斯坦光量子假设381

16.2.1 光电效应的实验规律381

16.2.2 光子与爱因斯坦方程382

16.2.3 光的波粒二象性383

16.3 康普顿效应384

16.3.1 康普顿效应的实验规律384

16.3.2 康普顿效应的量子解释385

16.4 玻尔的氢原子理论387

16.4.1 氢原子光谱的规律387

16.4.2 卢瑟福的有核模型388

16.4.3 玻尔的氢原子理论389

16.5 德布罗意波391

16.5.1 德布罗意假设391

16.5.2 德布罗意波的实验验证392

16.6 不确定关系393

16.7 量子力学简介394

16.7.1 波函数与概率密度395

16.7.2 薛定谔方程396

16.7.3 一维无限深方势阱397

16.7.4 一维方势垒、隧道效应399

16.8 氢原子的量子理论400

16.8.1 氢原子的定态薛定谔方程400

16.8.2 三个量子数401

16.8.3 基态波函数401

16.9 电子的自旋及电子分布402

16.9.1 电子的自旋402

16.9.2 电子在原子中的分布403

16.10 激光405

16.10.1 自发辐射和受激辐射405

16.10.2 激光原理406

16.10.3 激光器408

16.10.4 激光器的特性和应用409

16.11 半导体409

16.11.1 固体的能带409

16.11.2 半导体411

16.11.3 PN结412

16.12 超导体413

16.12.1 超导体的基本电磁学性质413

16.12.2 超导体电性的BCS理论414

16.12.3 超导体的应用415

小结415

习题419

参考文献422