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概 述篇3

第0章 概述物理学3

0.1物理学和物质世界3

0.1.1物质世界3

0.1.2关于两个前沿的基本理论3

0.1.3物理学使人们深刻认识物质世界4

0.2物理学与科学思维5

0.2.1物理学的研究方法5

0.2.2物理学家的科学态度6

0.3物理学与其他的学科发展6

0.3.1物理学为其他学科创立原理和技术6

0.3.2物理学为一切学科提供了基本的实验手段和基本研究方法6

0.3.3物理知识是促进各学科发展的重要基础知识6

0.4物理学中的基本研究思路7

0.4.1物理学的分支7

0.4.2物理学研究问题的共同思路7

力 学篇11

第1章 牛顿运动定律11

1.1理想模型 自由度11

1.1.1质点 刚体11

1.1.2机械运动的基本形式 自由度11

1.2质点运动的描述12

1.2.1描述质点运动的物理量12

1.2.2运动的坐标表述13

1.3质点运动学问题举例15

1.3.1直线运动15

1.3.2抛体运动16

1.3.3圆周运动16

1.4牛顿运动定律17

1.4.1牛顿运动定律17

1.4.2牛顿运动定律与惯性参考系18

1.5牛顿运动定律的应用举例18

1.6非惯性系中的惯性力20

1.6.1加速平动参考系中的惯性力20

1.6.2均匀转动参考系中的惯性力——惯性离心力、科里奥利力20

1.6.3地球因公转、自转引起的力学现象21

习题23

教学参考1-1矢量的基本运算和单位矢量的变化率24

教学参考1-2常见力26

教学参考1-3科里奥利力27

第2章 运动与时空31

2.1相对性原理和变换31

2.1.1力学相对性原理和伽利略变换31

2.1.2狭义相对论的基本原理32

2.1.3爱因斯坦-洛伦兹变换34

2.2狭义相对论的运动学效应36

2.2.1时间膨胀（运动时钟变慢）36

2.2.2长度缩短（运动尺度收缩）37

2.2.3时空不变量37

2.3相对论速度变换38

2.4狭义相对论质量和动量39

2.4.1相对论性质量和动量39

2.4.2狭义相对论运动方程39

2.4.3相对论性动能和能量40

2.4.4相对论动量能量关系41

2.5广义相对论简介42

2.5.1等效原理42

2.5.2广义相对性原理43

2.5.3史瓦西场中固有时与真实距离43

2.5.4史瓦西半径和黑洞45

2.5.5广义相对论的可观测效应45

习题46

教学参考2-1洛伦兹变换的导出47

第3章 对称性与守恒定律50

3.1动量定理和动量守恒定律50

3.1.1质点的动量定理50

3.1.2质点系的动量定理51

3.1.3动量守恒定律52

3.2角动量定理和角动量守恒定律54

3.2.1质点对定点的角动量54

3.2.2质点的角动量定理和质点的角动量守恒54

3.2.3质点系的角动量定理和角动量守恒定律55

3.3动能定理和机械能守恒定律56

3.3.1功和功率56

3.3.2质点的动能定理57

3.3.3质点系的动能定理58

3.3.4一对内力的功58

3.3.5保守力58

3.3.6势能60

3.3.7机械能守恒定律61

3.4对称性与守恒定律63

3.4.1对称性和对称操作（变换）64

3.4.2对称性和因果律——对称性原理64

3.4.3对称性与守恒定律65

3.5质心和质心运动定理65

3.5.1质心65

3.5.2质心的速度66

3.5.3质心运动定理67

3.6质心参考系67

3.6.1质心参考系67

3.6.2质心系中的动力学规律68

3.7刚体的定轴转动69

3.7.1刚体的定轴转动69

3.7.2定轴转动的基本方程69

3.7.3转动惯量及其计算70

3.7.4转动动能和力矩的功72

3.7.5刚体定轴转动的角动量守恒73

3.8牛顿力学的内在随机性74

习题75

教学参考3-1定轴转动定律和力矩的功77

教学参考3-2旋进78

波 动篇85

第4章 振动85

4.1简谐振动的描述85

4.1.1简谐振动的特征85

4.1.2谐振动的旋转矢量图示86

4.1.3谐振动的运动微分方程87

4.1.4谐振动的能量90

4.2同方向简谐振动的合成90

4.3垂直方向谐振动的合成93

习题94

教学参考4-1阻尼振动96

教学参考4-2受迫振动96

第5章 波动99

5.1平面简谐波的描述99

5.1.1波的产生100

5.1.2平面简谐波的传播100

5.1.3平面简谐波的余弦表达式（波函数）101

5.1.4简谐波的复数表示 复振幅103

5.1.5波的能量103

5.2波的衍射106

5.2.1惠更斯原理106

5.2.2惠更斯原理给出所有波都具有衍射现象107

5.2.3惠更斯作图法的应用举例107

5.3波的干涉108

5.3.1波的叠加原理和线性方程108

5.3.2波的干涉现象109

5.3.3驻波110

5.4多普勒效应113

5.4.1机械波的多普勒效应113

5.4.2光波的多普勒效应116

5.5光的横波性与偏振现象117

5.5.1平面电磁波的波动方程和表达式117

5.5.2基本偏振态118

5.5.3光在各向同性介质表面反射折射时的偏振现象120

5.5.4散射光的偏振现象120

5.5.5光在各向异性晶体中的双折射现象121

5.6光的干涉123

5.6.1获得相干光的基本原则123

5.6.2光程124

5.6.3典型干涉实验124

5.6.4椭圆偏振光 圆偏振光134

5.7光的衍射135

5.7.1光的衍射现象 惠更斯-菲涅耳原理135

5.7.2单缝的夫琅禾费衍射136

5.7.3光栅的夫琅禾费衍射139

5.7.4圆孔的夫琅禾费衍射140

5.7.5 X射线的衍射142

习题143

电 磁篇147

第6章 恒定电场和恒定磁场147

6.1真空中的静电场147

6.1.1电荷量守恒定律和库仑定律147

6.1.2电场和电场强度148

6.1.3电场强度的计算149

6.1.4静电场的性质方程之一——高斯定理150

6.1.5静电场的性质方程之二——环路定理155

6.1.6电势的计算156

6.1.7等势面与电力线157

6.2导体存在时的静电场157

6.2.1金属导体的静电平衡158

6.2.2导体的应用之一——静电屏蔽161

6.2.3导体的应用之二——电容器的电容162

6.3有电介质时的静电场164

6.3.1电介质的极化可改变场的分布164

6.3.2自由电荷和极化电荷共同产生电场165

6.3.3电介质存在时的高斯定理168

6.3.4电场能量密度169

6.4恒定电流的电场171

6.4.1电流 电流的连续性方程171

6.4.2恒定电流的电场性质172

6.4.3恒定电场和恒定电流的关系172

6.4.4电动势 电源的作用174

6.5真空中的稳恒磁场175

6.5.1基本磁现象 磁性的起源175

6.5.2磁场 磁感应强度176

6.5.3磁感强度的计算176

6.5.4稳恒磁场的性质方程178

6.5.5应用安培环路定理求典型电流的磁场179

6.5.6洛伦兹（磁）力的应用182

6.5.7载流导线在磁场中受力 安培力184

6.6磁介质185

6.6.1磁介质对磁场的影响185

6.6.2有介质时的磁场性质方程186

习题187

第7章 电磁场的统一性和相对性193

7.1感生电场193

7.1.1法拉第电磁感应定律193

7.1.2感生电动势和感生电场195

7.1.3实际电路中的感生电场196

7.1.4磁场能量197

7.2感生磁场198

7.2.1电流概念的推广 全电流定理198

7.2.2感生磁场200

7.3麦克斯韦电磁场方程组201

7.3.1麦克斯韦电磁场方程组的积分形式201

7.3.2麦克斯韦电磁场方程组的微分形式202

7.3.3麦克斯韦方程组与宏观电磁理论202

7.4电磁场的物质性 统一性 相对性203

7.4.1电磁场的物质性203

7.4.2电磁场的统一性和相对性204

7.4.3电磁场量的相对论变换204

习题205

统计量子篇209

第8章 热学基础概念209

8.1概述209

8.1.1热学的研究对象209

8.1.2热力学和统计物理209

8.1.3系统的理想特征210

8.1.4理想气体状态方程210

8.2分子动理论的理想气体压强公式211

8.2.1平衡态下气体分子微观量分布的等概率假设211

8.2.2理想气体的微观图像211

8.2.3气体分子动理论的压强公式211

8.2.4温度的本质212

8.2.5理想气体分子运动的方均根速率213

8.3能量均分定理 理想气体的内能213

8.3.1能量按自由度均分定理213

8.3.2分子的平均动能214

8.3.3理想气体的内能214

8.4分布函数 麦克斯韦速率分布率215

8.4.1分布函数215

8.4.2麦克斯韦速率分布函数216

8.4.3平均速率（速率的算术平均值）和方均根速率216

8.4.4玻耳兹曼粒子密度分布律217

8.5平均自由程和平均碰撞次数218

8.6范德瓦耳斯气体方程220

8.7热力学第一定律221

8.7.1热力学第一定律221

8.7.2热力学第一定律对理想气体准静态过程的应用222

8.7.3自由膨胀223

8.7.4循环过程 卡诺循环223

8.8热力学第二定律225

8.8.1自然过程的不可逆性225

8.8.2热力学第二定律的宏观表述225

8.8.3热力学第二定律的微观解释225

8.8.4熵增加原理226

8.8.5克劳修斯熵公式226

习题227

第9章 量子物理基础229

9.1量子概念的形成229

9.1.1黑体辐射 普朗克的能量子假说229

9.1.2光电效应 爱因斯坦的光量子假说231

9.1.3氢光谱 玻尔的量子论232

9.2量子力学的基本原理233

9.2.1德布罗意波 实物粒子的波粒二象性233

9.2.2玻恩的统计假设 概率波234

9.2.3不确定关系 力学量的统计不确定性235

9.2.4薛定谔方程236

9.2.5定态薛定谔方程237

9.3量子力学重要结果举例238

9.3.1体会量子力学解题过程 一维无限深方势阱中的粒子239

9.3.2隧道效应 扫描隧道显微镜240

9.3.3氢原子的量子力学结果242

9.3.4电子自旋角动量 四个量子数243

9.3.5原子核外电子的排布243

9.4量子力学仍在发展244

习题244

第10章 耗散结构和社会科学245

10.1耗散结构及其意义246

10.1.1自组织现象246

10.1.2开放系统的熵变246

10.1.3研究耗散结构的意义246

10.1.4西方和东方文化传统247

10.2耗散结构的基元248

10.3耗散结构的结构特征250

10.3.1结构的层次性和自相似性250

10.3.2耗散结构的开放特性250

10.3.3耗散结构基元间的相互作用251

10.3.4耗散结构和超循环251

10.3.5耗散结构的时间响应特征252

10.4耗散结构的状态特征253

10.4.1耗散结构状态分类253

10.4.2耗散结构稳态的特征254

10.4.3耗散结构的混沌状态特征255

10.4.4位垒和位垒参数256

10.4.5耗散结构的稳定度256

10.4.6混沌边缘状态256

10.5耗散结构的演化特性257

10.5.1量子跃迁257

10.5.2耗散结构的突变257

10.5.3耗散结构的渐变258

10.5.4小结构突变对结构的影响258

10.5.5耗散结构突变对内部结构和环境的影响259

10.5.6渐变的积累导致突变的发生260

10.5.7耗散结构演化的结构性、层次性、自相似性260

10.5.8耗散结构演化的可预测性261

10.6耗散结构的生成、变异和解体261

10.6.1耗散结构形成的过程262

10.6.2耗散结构生成过程的结构性、层次性、自相似性262

10.6.3涌现性及耗散结构特征的结构性、层次性、自相似性263

10.6.4耗散结构的变异263

10.6.5耗散结构的解体264

10.6.6创生的宇宙、创生的规律、没有终极意义的科学探索265

10.7类比分析当今经济学266

10.7.1经济学基元分析266

10.7.2广义帕累托均衡267

10.7.3新的人性269

10.7.4有形手无形手272

10.7.5做事方法，做人道理273

习题276

附录Ⅰ数值表277

附录Ⅱ部分题解279