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第一篇 力学3

第一章 质点运动学3

第一节 质点运动的描述3

一、参考系、坐标系3

二、质点、质点系4

三、质点运动的矢量描述5

第二节 常用坐标系的选用9

一、直角坐标系、抛体运动9

二、自然坐标系、切向加速度和法向加速度12

三、平面极坐标系、横向速度和径向速度14

第三节 相对运动16

本章提要18

物理学史19

一、牛顿运动定律的表述及其应用21

第一节 牛顿运动定律和惯性系21

第二章 经典力学的守恒定律21

二、惯性系与非惯性系31

三、平动加速参考系中的惯性力32

四、匀速转动参考系中的惯性离心力33

第二节 动量定理和动量守恒定律34

一、冲量和质点的动量定理34

二、质点系动量定理37

三、动量守恒定律41

四、火箭飞行43

五、质心及质心运动定理46

第三节 动能定理和机械能守恒定律49

一、功和质点的动能定理49

二、保守力、非保守力和势能53

三、势能曲线及应用58

四、质点系的动能定理和功能原理61

五、机械能守恒定律与能量守恒定律63

六、两体碰撞70

第四节 角动量和角动量守恒定律76

一、质点的角动量77

二、力矩和质点的角动量定理78

三、质点角动量守恒定律80

四、质点系的角动量定理82

五、质心系的角动量定理85

第五节 对称性和守恒定律86

一、什么是对称性？86

二、物理定律的对称性88

三、时空对称性和动量、角动量和能量守恒定律89

本章提要91

物理学史93

一、刚体及研究方法95

第三章 连续体力学95

第一节 刚体运动学95

二、刚体的平动和定轴转动96

三、描述刚体转动的物理量97

四、匀变速转动公式100

五、角量和线量的关系101

第二节 刚体动力学103

一、刚体绕定轴转动时对转轴的角动量103

二、转动惯量104

三、刚体定轴转动的转动定理和角动量定理108

四、刚体定轴转动的动能定理113

五、刚体的进动和回转效应118

第三节 流体力学120

一、理想流体的定常流动121

二、粘滞流体的流动124

本章提要127

物理学史128

第四章 相对论基础131

第一节 从经典力学到狭义相对论131

一、伽利略相对性原理131

二、伽利略变换132

三、经典力学的困难134

第二节 狭义相对论的基本假设与洛伦兹变换式137

一、狭义相对论的基本假设137

二、洛伦兹变换138

三、相对论速度变换公式140

第三节 狭义相对论的时空观141

一、同时的相对性142

二、长度收缩143

三、时间膨胀145

第四节 狭义相对论动力学基础147

一、动量和质量148

二、力、功和动能149

三、能量和质能关系151

四、能量和动量的关系153

本章提要154

物理学史156

第二篇 热学基础163

第五章 热学的预备知识163

第一节 热力学系统的状态和过程163

一、热力学系统163

二、热力学状态163

三、热力学过程164

一、热力学第零定律165

第二节 温度165

二、温度计和温标166

第三节 分子热运动与分子力168

一、通常的物质是由大量分子(或原子)组成的168

二、分子热运动169

三、分子力170

第四节 状态参量和物态方程171

一、状态参量171

二、物态方程171

第五节 统计规律的基本概念174

一、事件174

二、几率174

三、统计平均和统计规律175

物理学史177

今日物理178

第六章 平衡态的统计规律180

第一节 理想气体的压强和温度180

一、理想气体的微观模型和统计假设180

二、理想气体的压强公式181

三、理想气体的温度公式183

第二节 麦克斯韦速率分布律185

一、速率分布律185

二、速率分布函数185

三、麦克斯韦速率分布律188

四、三种速率189

第三节 玻尔兹曼分布律191

一、玻尔兹曼分布律191

二、重力场中粒子按高度的分布192

第四节 能量均分定理193

一、自由度193

二、能量均分定理195

三、理想气体的内能196

第五节 分子碰撞频率的统计规律197

一、平均碰撞频率198

二、平均自由程199

本章提要200

物理学史201

今日物理203

第七章 热力学第一定律206

第一节 热力学第一定律206

一、内能、功和热量206

二、热力学第一定律209

第二节 理想气体的等值过程210

一、等容过程211

二、等压过程212

三、等温过程214

第三节 理想气体的绝热过程和多方过程216

一、绝热过程216

二、多方过程219

第四节 循环过程和卡诺循环220

一、循环过程220

二、热机和效率221

三、制冷机及致冷系数221

四、卡诺循环222

本章提要227

物理学史228

今日物理230

第八章 热力学第二定律232

第一节 热力学第二定律的表述232

一、可逆过程与不可逆过程232

二、热力学第二定律的表述233

第二节 卡诺定理236

一、卡诺定理的内容236

二、卡诺定理的证明237

三、热力学温标238

第三节 熵和熵增加原理238

一、克劳修斯等式238

二、熵239

三、熵增加原理241

四、温熵图243

第四节 热力学第二定律的统计意义244

一、理想气体自由膨胀不可逆性的统计意义244

二、热力学几率和玻尔兹曼熵公式246

三、热力学第二定律的适用范围247

本章提要247

物理学史248

今日物理249

第九章 非平衡过程255

第一节 气体中的输运过程255

一、粘滞现象255

二、热传导现象257

三、扩散现象257

第二节 线性不可逆过程热力学258

一、线性不可逆过程的基本假设259

二、电势差和电势259

二、不可逆的熵产生率260

三、Onsager理论261

四、最小熵产生原理263

第三节 有限时间热力学基础264

一、C-A效率265

二、广义热力势，有限时间？和有限时间热力学长度267

三、热力装置性能指标的优化269

一、两类有序结构270

第四节 耗散结构270

二、耗散结构的实例271

三、耗散结构的熵特征273

四、分支现象274

五、涨落的作用274

第五节 分形275

一、什么是分形和分形维数？275

二、相似维数276

三、随机行走的分维279

四、分形生长280

本章提要281

第三篇 电磁学285

第十章 基本的电磁现象及其描述285

一、电荷与电荷守恒定律286

第一节 静电的基本现象286

二、库仑定律293

第二节 磁的基本现象298

一、早期磁现象299

二、近期磁现象300

第三节 静电场及恒定磁场的描述302

一、电场和电场强度303

二、静止的点电荷的电场及其场强叠加原理305

三、恒定电流315

四、磁场和磁感应强度321

五、毕奥-萨伐尔定律323

本章提要331

物理学史332

一、电场线与电通量336

第一节 真空中静电场和磁场的高斯定理336

第十一章 真空中的高斯定理和安培环路定理336

二、静电场的高斯定理及应用340

三、磁场的高斯定理352

第二节 静电场的环路定理和电势355

一、静电场的环路定理355

三、电势叠加原理362

四、电场强度与电势梯度的关系368

第三节 磁场的环路定理375

一、磁场的安培环路定理375

二、利用安培环路定理求磁场的分布379

本章提要385

第一节 磁相互作用387

一、洛伦兹力387

第十二章 电磁相互作用387

二、带电粒子在电磁场中的运动390

三、霍尔效应398

四、量子霍尔效应402

第二节 磁场对电流的作用405

一、安培力及安培定律405

二、平行无限长载流直导线的相互作用力410

三、载流线圈在均匀磁场中所受的力矩414

四、磁力的功417

第三节 运动电荷的电磁场421

一、运动电荷的电场和磁场(非相对论的)421

二、电磁场的相对论性变换422

三、运动电荷的电磁场(相对论的)425

四、两个运动电荷之间的相互作用431

本章提要434