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第1章 运动学1

1.1 运动学的一些基本概念1

1.1.1 参考系和坐标系1

1.1.2 时间和空间的计量1

1.1.3 质点和质点系2

1.2 描述质点运动的基本物理量2

1.2.1 位置矢量2

1.2.2 运动方程3

1.2.3 位移3

1.2.4 速度4

1.2.5 加速度5

1.3 平面曲线运动8

1.3.1 自然坐标系8

1.3.2 质点作圆周运动时的切向加速度和法向加速度9

1.3.3 一般平面曲线运动中的切向加速度和法向加速度10

1.3.4 圆周运动的角量描述10

1.3.5 角量和线量的关系12

1.4 刚体运动学15

1.4.1 刚体 平动和转动15

1.4.2 刚体定轴转动的角量描述16

1.5 相对运动18

习题121

第2章 动力学24

2.1 牛顿运动定律及其应用24

2.1.1 牛顿第一定律24

2.1.2 牛顿第二定律24

2.1.3 牛顿第三定律25

2.1.4 牛顿运动定律的适用范围26

2.1.5 力学中常见的几种力26

2.1.6 牛顿运动定律的应用28

2.1.7 惯性系和非惯性系32

2.1.8 伽利略变换 力学的相对性原理32

2.2 功 保守力 势能34

2.2.1 功34

2.2.2 几种常见力的功35

2.2.3 保守力和非保守力37

2.2.4 功率38

2.2.5 势能38

2.3 动能定理 机械能守恒定律40

2.3.1 动能定理40

2.3.2 质点系的功能原理42

2.3.3 机械能守恒定律43

2.3.4 能量守恒定律43

2.4 动量定理 动量守恒定律45

2.4.1 动量45

2.4.2 质点的动量定理46

2.4.3 质点系的动力学方程47

2.4.4 质点系的动量定理47

2.4.5 动量守恒定律49

2.4.6 碰撞52

2.5 角动量定理 角动量守恒定律54

2.5.1 角动量54

2.5.2 质点的角动量定理56

2.5.3 质点系的角动量定理57

2.5.4 质点的角动量守恒定律58

2.5.5 质点系的角动量守恒定律60

2.6 定轴转动刚体动力学62

2.6.1 刚体对定轴的角动量62

2.6.2 转动惯量的计算62

2.6.3 对转轴的力矩64

2.6.4 刚体的角动量定理65

2.6.5 刚体的角动量守恒定律65

2.6.6 刚体的定轴转动定律66

2.6.7 力矩的功69

2.6.8 刚体的动能69

2.6.9 刚体定轴转动的动能定理70

习题271

第3章 气体动理论77

3.1 热学的基本概念77

3.1.1 微观结构模型77

3.1.2 宏观量和微观量 状态参量78

3.1.3 统计规律和统计平均值78

3.1.4 平衡态 准静态过程79

3.1.5 理想气体状态方程80

3.2 理想气体的压强和温度的微观解释81

3.2.1 理想气体的压强公式及其统计意义81

3.2.2 理想气体的温度公式及其微观意义83

3.2.3 理想气体分子的方均根速率83

3.3 能量按自由度均分定理 理想气体的内能84

3.3.1 自由度84

3.3.2 能量按自由度均分定理85

3.3.3 理想气体的内能86

3.4 麦克斯韦分布律87

3.4.1 速率分布函数87

3.4.2 麦克斯韦速率分布律88

3.4.3 三种统计速率88

3.4.4 麦克斯韦速度分布律91

3.5 玻耳兹曼分布律91

3.5.1 玻耳兹曼分布律92

3.5.2 重力场中大气密度与压强按高度的分布92

3.6 气体分子的平均碰撞频率和平均自由程93

3.6.1 气体分子的平均碰撞频率94

3.6.2 气体分子的平均自由程94

习题395

第4章 热力学基础98

4.1 热力学第一定律98

4.1.1 功98

4.1.2 热量99

4.1.3 热力学第一定律99

4.2 理想气体的等体过程和等压过程 摩尔热容100

4.2.1 等体过程100

4.2.2 等压过程102

4.2.3 理想气体的摩尔定容热容和摩尔定压热容103

4.3 理想气体的等温过程和绝热过程106

4.3.1 等温过程106

4.3.2 绝热过程107

4.3.3 绝热线和等温线108

4.4 循环过程 卡诺循环110

4.4.1 循环过程110

4.4.2 卡诺循环113

4.4.3 可逆过程和不可逆过程 卡诺定理116

4.5 热力学第二定律117

4.5.1 自发过程的方向性117

4.5.2 热力学第二定律117

4.5.3 热力学第二定律的统计意义119

习题4122

第5章 静电场126

5.1 电荷 库仑定律126

5.1.1 电荷126

5.1.2 电荷守恒定律127

5.1.3 库仑定律127

5.1.4 静电力的叠加原理129

5.2 电场 电场强度131

5.2.1 电场131

5.2.2 电场强度132

5.2.3 点电荷的电场强度133

5.2.4 电场强度的叠加原理134

5.3 高斯定理139

5.3.1 电场线139

5.3.2 电通量140

5.3.3 高斯定理141

5.3.4 利用高斯定理求电场强度的分布143

5.4 静电场的环路定理 电势147

5.4.1 静电场的环路定理147

5.4.2 电势能148

5.4.3 电势 电势差149

5.4.4 电势的计算150

5.4.5 等势面153

5.5 静电场中的导体153

5.5.1 静电场中的导体154

5.5.2 电容 电容器160

5.5.3 传导电流 电动势163

5.6 静电场中的电介质166

5.7 电场的能量167

5.7.1 电容器储存的静电能167

5.7.2 静电场的能量168

习题5169

第6章 稳恒磁场174

6.1 磁场 磁感应强度174

6.1.1 磁场174

6.1.2 磁感应强度175

6.1.3 磁感应线176

6.2 毕奥-萨伐尔定律177

6.2.1 毕奥-萨伐尔定律177

6.2.2 运动电荷的磁场178

6.2.3 毕奥-萨伐尔定律的应用179

6.3 磁场的高斯定理183

6.3.1 磁通量183

6.3.2 磁场的高斯定理184

6.4 安培环路定理185

6.4.1 安培环路定理185

6.4.2 安培环路定理的应用187

6.5 洛伦兹力191

6.5.1 洛伦兹力191

6.5.2 带电粒子在磁场中的运动192

6.5.3 应用磁场控制带电粒子的实例193

6.5.4 霍耳效应195

6.6 安培力197

6.6.1 安培力公式197

6.6.2 载流线圈在磁场中受到的力矩200

6.7 磁介质中的磁场202

习题6204

第7章 变化的电磁场207

7.1 电磁感应定律207

7.1.1 电磁感应现象207

7.1.2 楞次定律207

7.1.3 法拉第电磁感应定律208

7.2 动生电动势210

7.2.1 动生电动势210

7.2.2 洛伦兹力做功问题211

7.2.3 动生电动势的计算212

7.3 感生电动势214

7.3.1 感生电动势214

7.3.2 感应电场与静电场215

7.3.3 感生电动势的计算215

7.3.4 电子感应加速器217

7.3.5 涡电流219

7.4 自感和互感219

7.4.1 自感220

7.4.2 互感222

7.5 磁场的能量223

7.6 位移电流225

7.6.1 位移电流225

7.6.2 全电流定律227

7.7 麦克斯韦电磁场方程组227

7.8 电磁波的性质和能量228

7.8.1 电磁波的性质228

7.8.2 电磁波的能量229

习题7229

第8章 机械振动和机械波233

8.1 简谐振动233

8.1.1 简谐振动的特征和运动方程233

8.1.2 描述简谐振动的特征量235

8.1.3 简谐振动的旋转矢量表示法239

8.1.4 简谐振动的能量243

8.2 简谐振动的合成244

8.2.1 同方向同频率的两个简谐振动的合成244

8.2.2 同方向不同频率的两个简谐振动的合成247

8.2.3 同频率相互垂直的两个简谐振动的合成248

8.2.4 不同频率相互垂直的两个简谐振动的合成249

8.3 阻尼振动 受迫振动251

8.3.1 阻尼振动251

8.3.2 受迫振动252

8.4 机械波的产生和传播253

8.4.1 机械波的产生253

8.4.2 描述波动的物理量254

8.5 平面简谐波255

8.5.1 平面简谐波的波函数255

8.5.2 波函数的物理意义256

8.5.3 波的能量260

8.6 波的干涉261

8.6.1 波的叠加原理261

8.6.2 波的干涉262

8.6.3 驻波265

8.6.4 半波损失267

8.7 惠更斯原理 波的衍射268

8.7.1 惠更斯原理268

8.7.2 波的衍射269

8.8 多普勒效应270

习题8272

第9章 波动光学277

9.1 光的相干性278

9.1.1 光源278

9.1.2 光的单色性279

9.1.3 光的相干性及相干光的获得279

9.1.4 光程 光程差280

9.1.5 薄透镜的等光程性281

9.1.6 明暗干涉条纹产生的条件282

9.2 杨氏双缝干涉282

9.2.1 杨氏双缝干涉282

9.2.2 应用分波面法的其他实验285

9.3 薄膜干涉287

9.3.1 薄膜干涉的基本原理287

9.3.2 等倾干涉288

9.3.3 增透膜与增反膜289

9.3.4 等厚干涉291

9.3.5 迈克尔逊干涉仪295

9.4 光的衍射现象297

9.4.1 惠更斯-菲涅耳原理297

9.4.2 单缝的夫琅禾费衍射298

9.5 圆孔衍射和光学仪器的分辨率302

9.5.1 圆孔的夫琅禾费衍射302

9.5.2 光学仪器的分辨率303

9.6 光栅衍射305

9.6.1 光栅305

9.6.2 光栅衍射306

9.7 光的偏振现象310

9.7.1 自然光和偏振光310

9.7.2 偏振片 马吕斯定律312

9.7.3 布儒斯特定律314

习题9316

第10章 狭义相对论320

10.1 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换320

10.1.1 狭义相对论的基本原理320

10.1.2 洛伦兹变换321

10.1.3 相对论速度变换324

10.2 狭义相对论的时空观327

10.2.1 同时的相对性327

10.2.2 时间膨胀效应330

10.2.3 长度收缩效应331

10.3 狭义相对论动力学333

10.3.1 相对论质量333

10.3.2 相对论动力学的基本方程335

10.4 相对论能量335

10.4.1 相对论动能335

10.4.2 相对论能量337

10.4.3 动量和能量的关系337

习题10339

第11章 量子力学基础341

11.1 黑体辐射 普朗克量子假说341

11.1.1 热辐射现象341

11.1.2 黑体辐射342

11.1.3 普朗克量子假说342

11.2 光电效应 爱因斯坦光子理论343

11.2.1 光电效应的实验规律343

11.2.2 经典物理学解释光电效应规律遇到的困难344

11.2.3 爱因斯坦光子理论345

11.3 康普顿效应 光的波粒二象性346

11.3.1 康普顿效应346

11.3.2 康普顿效应的理论解释347

11.3.3 光的波粒二象性348

11.4 玻尔的氢原子理论349

11.4.1 氢原子光谱的规律349

11.4.2 经典物理遇到的困难350

11.4.3 玻尔的氢原子理论351

11.4.4 氢原子光谱的能级公式351

11.4.5 玻尔氢原子理论的成功和缺陷353

11.5 德布罗意物质波 实物粒子的波粒二象性354

11.5.1 德布罗意物质波354

11.5.2 物质波的实验验证355

11.5.3 实物粒子的波粒二象性356

11.5.4 不确定关系356

11.6 波函数及其统计解释358

11.6.1 波函数的概念358

11.6.2 波函数的统计解释359

11.7 薛定谔方程360

11.7.1 一维粒子的运动方程360

11.7.2 一维粒子的薛定谔方程361

11.7.3 三维情况下的薛定谔方程362

11.8 薛定谔方程的简单应用363

11.8.1 一维无限深势阱363

11.8.2 一维势垒 隧道效应364

11.9 氢原子365

11.9.1 能量量子化365

11.9.2 角动量量子化366

11.9.3 角动量的空间量子化366

11.9.4 电子的波函数366

11.10 电子的自旋 原子的壳层结构367

11.10.1 施特恩-格拉赫实验367

11.10.2 电子的自旋368

11.10.3 四个量子数369

11.10.4 原子的壳层结构369

习题11370

习题参考答案373

参考文献382