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第一篇 力学3

第1章　质点运动学3

1.1　质点，参考系和坐标系3

1.1.1　理想模型——质点3

1.1.2　参考系和坐标系3

1.2　时间和空间的测量3

1.2.1　时间的测量4

1.2.2　空间的测量5

1.3　位矢、速度和加速度5

1.3.1　位矢和运动方程6

1.3.2　位移6

1.3.3　速度6

1.3.4　加速度7

1.3.5　切向加速度和法向加速度8

1.4　运动学中的问题类型和常见运动9

1.4.1　直线运动10

1.4.2　理想的抛体运动应满足哪四个假设条件11

1.4.3　圆周运动12

1.5　相对运动14

思考题16

习题16

物理学与现代科学技术17

探索太空17

第2章　质点动力学22

2.1　牛顿运动定律22

2.1.1　牛顿第一定律22

2.1.2　牛顿第二定律22

2.1.3　牛顿第三定律23

2.1.4　牛顿运动定律的适用范围23

2.2 四种基本的力和力学中的常见力23

2.2.1 四种基本的相互作用力23

2.2.2　力学中的常见力24

2.3　牛顿运动定律的应用25

2.3.1 动力学问题的类型及解题的基本方法25

2.3.2　在使用牛顿定律解题时的解题步骤25

2.4　用有效质量替代法求解复合阿特伍德机27

2.4.1　简单阿特伍德机的有效质量27

2.4.2　求解复合机28

2.4.3　多次复合机28

2.4.4　学生练习29

2.5　非惯性系、非惯性系中的运动定律30

2.5.1　惯性系和非惯性系30

2.5.2　非惯性系中的运动定律30

2.5.3　惯性力30

2.5.4　宇航员遇到的超重和失重31

2.6　惯性离心力32

2.6.1　惯性离心力32

2.6.2　惯性离心力的典型事例及其应用32

2.6.3　科里奥利力简介32

思考题33

习题33

科学家介绍35

牛顿（Isaac Newton,1642—1727）35

第3章　运动守恒定律37

3.1　功、动能定理37

3.1.1 变力沿曲线所作的功37

3.1.2　功率39

3.1.3　动能　动能定理39

3.2　保守力和势能40

3.2.1　保守力、非保守力和耗散力40

3.2.2　势能41

3.3　功能原理、机械能守恒、能量守恒定律42

3.3.1　功能原理42

3.3.2　机械能守恒和转换定律43

3.3.3　能量守恒和转换定律43

3.3.4　第一、第二、第三宇宙速度44

3.4　动量定理46

3.4.1　质点的动量和动量定理46

3.4.2　冲力和冲量46

3.4.3　对动量定理的几点说明47

3.5 动量守恒48

3.5.1　质点系的动量定理48

3.5.2　动量守恒定律48

3.5.3　同一性问题50

3.6　火箭飞行原理50

3.6.1　单级火箭的飞行50

3.6.2　多级火箭51

3.6.3　火箭的推力及火箭的运动方程51

3.7　质点的角动量定理和角动量守恒52

3.7.1　力矩52

3.7.2　角动量53

3.7.3　质点的角动量定理和角动量守恒53

3.7.4　角动量守恒定律的应用54

3.8　刚体运动的描述55

3.8.1　刚体55

3.8.2　刚体的平动和转动55

3.8.3　刚体定轴转动的描述56

3.9　定轴转动的转动定律及转动惯量56

3.9.1　定轴转动的转动定律56

3.9.2　转动惯量的概念57

3.9.3　转动惯量的计算57

3.10　刚体的角动量定理和角动量守恒60

3.10.1　刚体的角动量60

3.10.2　刚体的角动量定理60

3.10.3　角动量守恒及其应用61

3.11　对称性与守恒定律62

3.11.1　对称性62

3.11.2　物理定律的对称性62

3.11.3　物理定律对称性与守恒定律63

思考题64

习题65

物理学与现代科学技术67

中国与其他强国重要科技成就时间比较67

第4章　狭义相对论基础68

4.1　伽利略变换和力学的相对性原理68

4.1.1　伽利略变换68

4.1.2　经典力学的时空观69

4.1.3　力学的相对性原理69

4.2　狭义相对论的基本原理70

4.2.1　经典力学的困难70

4.2.2　狭义相对论的基本原理70

4.3　洛仑兹变换71

4.3.1　洛仑兹71

4.3.2　洛仑兹变换72

4.3.3　相对论的速度变换式72

4.4　相对论的时空观74

4.4.1　同时性的相对性74

4.4.2　时间间隔的相对性74

4.4.3　空间长度的相对性76

4.5　狭义相对论动力学方程77

4.5.1　相对论质量与速率的关系77

4.5.2　相对论动量78

4.5.3　相对论动力学方程78

4.6　相对论动能和质能关系式79

4.6.1　相对论动能79

4.6.2　相对论质能关系式79

4.6.3　相对论能量和动量关系式80

4.7　广义相对论简介81

4.7.1　等效原理　广义相对性原理81

4.7.2　广义相对论效应及其实验验证82

思考题83

习题83

科学家介绍83

爱因斯坦（Albert Einstein,1879—1955）83

第5章　机械振动86

5.1　简谐振动86

5.1.1　弹簧振子模型86

5.1.2　简谐振动的动力学方程86

5.1.3　简谐振动的速度和加速度87

5.1.4　描绘简谐振动的三个特征参量——振幅、周期和相位88

5.1.5　相位差88

5.2　简谐振动的旋转矢量表示法91

5.3　简谐振动的能量92

5.4　简谐振动的合成93

5.4.1 同方向同频率的两简谐振动的合成94

5.4.2　两个互相垂直的同频率的简谐振动的合成95

5.5　阻尼振动、受迫振动及共振97

5.5.1　阻尼振动97

5.5.2　受迫振动　共振98

思考题98

习题99

物理学与现代科学技术100

混沌（chaos）100

第6章　机械波102

6.1　机械波的基本概念102

6.1.1　机械波的产生条件和传播特征102

6.1.2　机械波的类型103

6.1.3　波长、波速和波的频率103

6.2　平面简谐波的表达式104

6.2.1　平面波的研究方法104

6.2.2　平面简谐波的表达式104

6.2.3　平面简谐波表达式的物理意义105

6.2.4　计算题的类型106

6.3　波的能量和能流密度107

6.3.1 在波动存在的媒质内任一体积元△V中的能量107

6.3.2　波的能量传播特征108

6.3.3　能量密度108

6.3.4　能流、能流密度或波强108

6.3.5　声强和声强级109

6.4　波的叠加原理和波的干涉110

6.4.1　波的叠加原理110

6.4.2　波的干涉110

6.5　反射波的相位和驻波112

6.5.1　反射波的相位112

6.5.2　驻波113

6.6　多普勒效应114

思考题115

习题116

物理学与现代科学技术117

超声波的特性及其应用117

第二篇　热学123

第7章　气体动理论123

7.1　气体动理论的基本观点123

7.1.1　分子运动的基本观点123

7.1.2　气体系统的平衡态124

7.1.3　分子运动的统计规律性125

7.2　气体运动状态的描述125

7.2.1　物态参量125

7.2.2　物态方程125

7.2.3　道尔顿分压定律127

7.3　理想气体的压强公式和温度的意义127

7.3.1　克劳修斯的理想气体模型127

7.3.2　理想气体的压强公式128

7.3.3　温度的统计意义129

7.4　能量均分定理　理想气体的内能130

7.4.1　分子运动的自由度130

7.4.2　能量均分定理130

7.4.3　理想气体的内能131

7.5　麦克斯韦和玻耳兹曼统计分布律131

7.5.1　麦克斯韦速率分布定律131

7.5.2　分子速率的统计平均值132

7.5.3　玻耳兹曼分布定律134

7.5.4　大气密度和压强随高度的变化135

7.6　气体分子的碰撞135

7.6.1　平均碰撞频率135

7.6.2　平均自由程136

7.7　非平衡态下气体内的迁移现象137

7.7.1　粘滞现象137

7.7.2　热传导现象137

7.7.3　扩散现象138

7.8　液体的表面现象138

7.8.1　液体的表面张力138

7.8.2　弯曲液面下的附加压强140

7.8.3　润湿现象　毛细现象141

7.8.4　表面活性物质　表面吸附143

思考题144

习题144

第8章　热力学基础146

8.1　热力学第一定律146

8.1.1　热力学的一些基本概念146

8.1.2　热力学第一定律148

8.2　理想气体的热力学过程148

8.2.1　理想气体的等体过程149

8.2.2　理想气体的等压过程149

8.2.3　理想气体的等温过程151

8.2.4　理想气体的绝热过程152

8.2.5　理想气体的多方过程153

8.3　循环过程154

8.3.1　热机循环与致冷机循环154

8.3.2　卡诺循环156

8.4　热力学第二定理158

8.4.1 热力学第二定理的表述158

8.4.2　可逆过程和不可逆过程159

8.4.3　卡诺定理159

8.4.4　热力学第二定理的统计意义160

8.5　熵161

8.5.1　熵和熵增加原理161

8.5.2　熵变计算162

思考题164

习题164

物理学与现代科学技术165

熵与信息165

耗散结构167

第三篇 电磁学173

第9章　静电场173

9.1 电荷的基本性质和库仑定律173

9.1.1　电荷守恒173

9.1.2　电荷的量子化174

9.1.3　库仑定律174

9.1.4　静电力的叠加原理175

9.2　电场 电场强度177

9.2.1　电场177

9.2.2　电场强度177

9.2.3　点电荷的场强177

9.2.4　电场强度叠加原理178

9.3　高斯定理180

9.3.1　电力线180

9.3.2　电通量181

9.3.3　高斯定理181

9.3.4　利用高斯定理求场强183

9.4　静电场环路定理　电势185

9.4.1　静电场力做的功185

9.4.2　静电场的环路定理186

9.4.3　电势186

9.4.4　电势叠加原理188

9.5　静电场中的导体 电容器189

9.5.1　导体的静电平衡189

9.5.2　导体上的电荷分布190

9.5.3　导体表面的场强190

9.5.4　静电屏蔽191

9.5.5　电容器的电容191

9.6　静电场中的电介质194

9.6.1　有电介质的电容器194

9.6.2　电介质的极化195

9.6.3　电介质中的静电场196

9.6.4　有电介质时的高斯定理电位移矢量197

9.7　静电场的能量199

9.7.1　带电电容器的静电能199

9.7.2　电场的能量200

思考题201

习题202

物理学与现代科学技术204

生物的电现象及其应用204

第10章　稳恒磁场207

10.1　磁场　磁感应强度207

10.1.1　基本磁现象207

10.1.2　磁场208

10.1.3　磁感应强度208

10.2　毕奥—萨伐尔定律209

10.2.1　毕奥—萨伐尔定律209

10.2.2　运动电荷的磁场210

10.2.3　毕奥—萨伐尔定律的应用211

10.3　磁场的高斯定理213

10.3.1　磁感应线213

10.3.2　磁通量213

10.3.3　磁场的高斯定理214

10.4　安培环路定理214

10.4.1　安培环路定理的表述及验证214

10.4.2　安培环路定理的应用216

10.5　洛仑兹力 安培力218

10.5.1　洛仑兹力218

10.5.2　安培力219

10.5.3　磁约束原理220

10.6　介质中的磁场221

10.6.1　磁介质对磁场的影响221

10.6.2　有磁介质时的高斯定理222

10.6.3　有磁介质时的安培环路定理222

思考题223

习题224

物理学与现代科学技术226

超导的基本特性及其应用226

第11章 电磁感应 电磁场229

11.1 电磁感应的基本定律229

11.1.1　电磁感应现象229

11.1.2　电动势230

11.1.3　楞茨定律231

11.1.4　法拉第电磁感应定律231

11.2　动生电动势　感生电动势232

11.2.1　动生电动势233

11.2.2　感生电动势　感生电场234

11.3 自感 ＊互感236

11.3.1 自感现象236

11.3.2 自感电动势和自感系数236

11.3.3　互感237

11.4　磁场的能量238

11.4.1 自感磁能238

11.4.2　磁场的能量239

11.5　位移电流　麦克斯韦方程组239

11.5.1　位移电流240

11.5.2　麦克斯韦方程组241

11.6　电磁波242

11.6.1 电磁波存在的预言及证实242

11.6.2　电磁波的基本性质243

11.6.3　电磁波谱243

思考题244

习题245

科学家介绍246

法拉第（Michael Faraday,1791—1867）246

第四篇 波动光学251

第12章　光的干涉251

12.1　光干涉的基本原理251

12.1.1　光的干涉现象251

12.1.2　产生光干涉的基本条件251

12.1.3　光干涉的计算方法252

12.2　光干涉的实现方法及应用254

12.2.1　分波阵面的双光束干涉254

12.2.2　分振幅的双光束干涉257

12.2.3　光干涉在现代科技领域的应用263

思考题266

习题267

第13章　光的衍射269

13.1　光衍射的基本原理269

13.1.1　光的衍射现象269

13.1.2　产生光衍射的基本条件269

13.1.3　光衍射的分类及计算方法270

13.2　光衍射的实现方法及应用271

13.2.1　单缝夫琅禾费衍射271

13.2.2　圆孔夫琅禾费衍射274

13.2.3　光栅衍射275

13.2.4　光衍射在现代科技领域中的应用278

思考题283

习题283

第14章　光的偏振286

14.1　光偏振的基本原理286

14.1.1　光的偏振现象286

14.1.2　光偏振的产生及计算286

14.1.3　光偏振状态的分类及表示287

14.2　光偏振的实现方法及应用288

14.2.1　偏振片的起偏和检偏288

14.2.2　介质分界面上的反射和折射290

14.2.3　双折射292

14.2.4　光偏振在现代科技领域中的应用295

思考题298

习题299

第五篇 近代物理及其应用303

第15章　量子光学概论303

15.1　黑体辐射303

15.1.1　热辐射现象303

15.1.2　黑体辐射定律304

15.1.3　普朗克量子假设305

15.2　光电效应306

15.2.1　光电效应的实验规律306

15.2.2　爱因斯坦的光子假设和光电效应方程308

15.2.3　光电效应的应用308

15.3　康普顿效应309

15.3.1　康普顿效应309

15.3.2　光子理论的解释309

15.3.3　光的波粒二象性310

思考题311

习题311

第16章　量子力学简介312

16.1　早期量子论312

16.1.1　原子模型312

16.1.2　氢原子光谱313

16.1.3　玻尔氢原子理论314

16.2　量子力学基本概念315

16.2.1　物质波316

16.2.2　波函数及其统计解释318

16.2.3　不确定关系319

16.2.4　薛定谔方程320

思考题324

习题324

第17章 当代物理的新进展及应用简介325

17.1　现代光学及其应用325

17.1.1　激光325

17.1.2　激光全息术328

17.1.3　激光生物学与现代农业330

17.1.4　光通信332

17.2　亚原子物理简介333

17.2.1　原子核的基本结构334

17.2.2　放射性衰变和应用335

17.2.3　核反应及其应用335

17.2.4　粒子物理与宇宙演化341

思考题345

科学家介绍345

波尔（Niels Bohr,1885—1962）345

附录Ⅰ 矢量347

附录Ⅱ 常用物理常量表351

附录Ⅲ 有关银河系、太阳、地球、月球的数据352

附录Ⅳ 数学公式352

附录Ⅴ 希腊字母表353

习题答案354

主要参考文献361