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绪论1

第1章 力学概论5

1.1　牛顿和他的《原理》5

1.1.1 牛顿生平5

1.1.2 《原理》的基本内容6

1.1.3　牛顿的自然观和科学方法9

1.2　质点的运动10

1.2.1　质点运动的描述10

1.2.2　牛顿运动定律13

1.2.3　机械能与机械能守恒定律15

1.2.4　动量与动量守恒定律17

1.3　刚体的运动19

1.3.1　刚体的转动19

1.3.2　转动定律20

1.3.3 刚体绕定轴转动的功能关系23

1.3.4　角动量和角动量守恒定律24

1.4　机械振动与机械波27

1.4.1　简谐振动27

1.4.2　简谐振动的能量30

1.4.3　简谐振动的合成31

1.4.4　阻尼振动　受迫振动　共振32

1.4.5　机械波的一般概念32

1.4.6　平面简谐波33

1.4.7　波的衍射35

1.4.8　波的干涉35

1.4.9　多普勒效应37

1.4.10　声波39

1.5　宇宙的起源与演化40

1.5.1　宇宙学与宇宙学原理40

1.5.2　宇宙的起源——宇宙大爆炸40

1.5.3　哈勃定律44

1.5.4　宇宙的年龄45

1.5.5　地球的年龄46

1.5.6　太阳的年龄46

1.5.7　银河系的年龄47

1.5.8　天体运动中的混沌现象47

思考题与习题49

第2章　热学概论52

2.1　热现象的微观理论52

2.1.1　气体动理论的几个基本概念52

2.1.2　理想气体压强与温度的微观解释54

2.1.3 能量均分定理 内能56

2.2　麦克斯韦气体速率分布律58

2.2.1　分子速率分布函数59

2.2.2　麦克斯韦气体分子速率分布律59

2.2.3　三种统计速率60

2.2.4　气体分子的碰撞理论61

2.2.5　大气的组成62

2.3　经典热力学的形成和发展63

2.3.1　热力学第一定律的建立64

2.3.2　热力学第二定律的建立69

2.3.3　热力学第三定律的建立72

2.4　热力学定律及其应用73

2.4.1　热力学第一定律73

2.4.2　热力学第二定律80

2.5　熵、信息和能量82

2.5.1　熵82

2.5.2　熵与信息84

2.5.3　熵与能量87

2.6　经典力学、热学与第一次技术革命88

2.6.1　经典力学与科学革命88

2.6.2　经典热学与技术革命89

思考题与习题94

第3章 电磁学概论96

3.1　静电场的概念与规律96

3.1.1　电荷及相关定律96

3.1.2　电场97

3.1.3　静电场中的导体和电介质103

3.2　稳恒磁场的概念与规律104

3.2.1　磁场与磁感应强度104

3.2.2　毕奥-萨伐尔定律106

3.2.3　磁场高斯定理107

3.2.4　安培环路定理109

3.2.5　磁场对运动电荷的作用111

3.2.6　载流导线在磁场中所受的力111

3.2.7　磁场中的磁介质112

3.3 电磁感应的概念与规律113

3.3.1 电磁感应现象113

3.3.2 电磁感应相关定律113

3.3.3　感应电动势114

3.3.4 自感和互感117

3.3.5 电磁感应的应用118

3.4　麦克斯韦与电磁场理论123

3.4.1　麦克斯韦简介123

3.4.2　位移电流与电磁场基本方程的积分形式126

3.4.3　麦克斯韦方程组128

3.5　经典电磁理论与第二次技术革命129

3.5.1　第二次技术革命的科学理论支持129

3.5.2　经典电磁理论与电动机、发电机的发明129

3.5.3　新通信工具的发明与应用131

3.5.4　静电的应用132

3.5.5　电磁场的应用135

3.6　现代通信与信息社会137

3.6.1 电磁波138

3.6.2　无线电通信139

3.6.3 电磁屏蔽技术141

思考题与习题144

第4章　光学概论146

4.1　光的电磁理论与光的特性146

4.1.1　光的电磁理论146

4.1.2　光矢量147

4.1.3　光程147

4.2　光的干涉149

4.2.1　相干光的获得149

4.2.2　双缝干涉150

4.2.3　洛埃镜实验152

4.2.4　薄膜干涉152

4.3　光的衍射157

4.3.1　光的衍射现象157

4.3.2　惠更斯-菲涅耳原理157

4.3.3　单缝夫琅和费衍射158

4.3.4　光栅衍射159

4.3.5　光学仪器的分辨本领162

4.4　光的偏振164

4.4.1　线偏振光与自然光164

4.4.2　马吕斯定律165

4.4.3　布儒斯特定律166

4.5　光学的工程应用167

4.5.1　光纤通信167

4.5.2　液晶技术168

4.5.3　光弹性效应170

4.5.4　克尔效应170

4.5.5　旋光效应171

4.5.6　磁光效应171

4.5.7　立体电影172

4.5.8　数码照相机173

思考题与习题174

第5章　相对论基础176

5.1　狭义相对论产生的历史背景176

5.1.1 电磁理论在伽利略变换下的非协变性176

5.1.2　迈克耳孙-莫雷实验的零结果178

5.1.3　洛伦兹的理论179

5.1.4　庞加莱的卓见181

5.2　相对论的时空观183

5.2.1　爱因斯坦小传183

5.2.2　洛伦兹变换的导出185

5.2.3　速度的变换187

5.2.4　狭义相对论的时空观188

5.2.5　相对论的几何描述194

5.3　相对论动力学197

5.3.1　相对论质量197

5.3.2　质能关系198

5.3.3　能量-动量关系201

5.4　相对论的启迪201

5.4.1　相对论对物理学的影响201

5.4.2　相对论对人类思维发展的影响202

5.4.3　相对论对哲学的影响203

思考题与习题205

第6章　量子论基础207

6.1　黑体辐射与普朗克量子假设207

6.1.1　历史背景207

6.1.2　黑体辐射208

6.1.3　普朗克公式211

6.1.4　黑体辐射应用212

6.2　光电效应及康普顿效应213

6.2.1　光电效应213

6.2.2　爱因斯坦光子假说214

6.2.3　康普顿效应215

6.3　玻尔的氢原子理论217

6.3.1　氢原子光谱的实验规律217

6.3.2　玻尔的氢原子理论219

6.3.3　玻尔理论对氢原子光谱的解释221

6.4　物质波与不确定关系222

6.4.1　德布罗意波223

6.4.2　德布罗意波的统计解释223

6.4.3　不确定关系225

6.5　量子力学基础225

6.5.1　微观粒子状态的描述225

6.5.2　波函数的物理意义226

6.5.3　薛定谔方程227

6.6　哥本哈根学派与EPR学派的争论229

6.7　近代物理学与第三次技术革命234

6.7.1 近代物理学的建立和发展234

6.7.2　第三次技术革命236

6.7.3　近代物理学的实际应用239

6.8　激光与红外243

6.8.1　激光器的发明243

6.8.2　激光的原理245

6.8.3　激光的特性248

6.8.4　激光的应用249

6.8.5　红外技术251

6.9　固体能带与半导体254

6.9.1　固体的能带254

6.9.2　绝缘体、导体和半导体255

6.9.3　半导体的导电机理256

6.9.4　P-N结257

思考题与习题258

附录A　历届诺贝尔物理学奖汇总260

附录B　世界十大经典物理实验268

附录C　著名物理学家英语生平271

附录D 部分习题参考答案278

参考文献282