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第1章 质点力学1

1-1 质点运动的描述1

1-1-1 质点 参考系 运动方程1

1-1-2 质点的位移 速度 加速度3

1-1-3 质点的圆周运动9

1-1-4 相对运动12

1-2 牛顿运动定律13

1-2-1 力学中常见的几种力13

1-2-2 牛顿运动定律及应用16

1-3 动量和冲量19

1-3-1 冲量和动量 质点动量定理19

1-3-2 质点系动量定理 质点系动量守恒定律21

1-4 功和能23

1-4-1 功和功率24

1-4-2 质点的动能定理26

1-4-3 质点系的动能定理27

1-4-4 保守力 系统的势能28

1-4-5 质点系的功能原理 机械能守恒定律31

1-4-6 能量守恒定律33

应用案例 离子推进器34

思考题35

习题36

第2章 刚体的定轴转动38

2-1 刚体的运动38

2-1-1 刚体的平动38

2-1-2 刚体的定轴转动38

2-2 力矩 转动定律41

2-2-1 力矩41

2-2-2 刚体绕定轴转动时的转动定律43

2-2-3 转动惯量44

2-2-4 转动定律的应用45

2-3 质点的角动量和角动量守恒定律46

2-3-1 质点对定点的角动量47

2-3-2 质点的角动量定理47

2-3-3 质点的角动量守恒定律48

2-4 刚体定轴转动的角动量和角动量守恒定律48

2-4-1 刚体定轴转动的角动量48

2-4-2 刚体定轴转动的角动量定理49

2-4-3 刚体定轴转动的角动量守恒定律50

2-5 力矩的功 刚体定轴转动的动能定理51

2-5-1 力矩的功51

2-5-2 力矩的功率52

2-5-3 刚体的转动动能 定轴转动的动能定理52

应用案例 走钢丝表演中的物理——转动定律54

思考题56

习题56

第3章 气体动理论59

3-1 宏观与微观 统计规律59

3-1-1 宏观量与微观量 理想气体物态方程59

3-1-2 分子热运动和统计规律性61

3-2 理想气体的压强与温度63

3-2-1 理想气体的微观模型63

3-2-2 平衡态的统计假设64

3-2-3 压强公式的推导65

3-2-4 理想气体温度公式66

3-3 能量均分定理 理想气体的内能67

3-3-1 气体分子的自由度67

3-3-2 能量按自由度均分定理68

3-3-3 理想气体的内能69

3-4 气体分子热运动的速率分布70

3-4-1 分子的速率分布函数70

3-4-2 统计平均值72

3-4-3 麦克斯韦速率分布律74

3-4-4 气体分子速率分布的实验测定74

3-4-5 气体分子的特征速率75

3-5 气体分子的平均碰撞频率和平均自由程77

应用案例 保温瓶的真空度79

思考题81

习题82

第4章 热力学基础83

4-1 热力学第零定律 准静态过程83

4-1-1 热力学第零定律83

4-1-2 准静态过程84

4-2 热力学第一定律84

4-2-1 热量 功 内能84

4-2-2 热力学第一定律86

4-2-3 热力学第一定律的应用86

4-3 循环过程 卡诺循环91

4-3-1 循环过程91

4-3-2 热机和制冷机92

4-3-3 卡诺循环94

4-4 可逆和不可逆过程 热力学第二定律96

4-4-1 可逆过程和不可逆过程96

4-4-2 卡诺定理97

4-4-3 热力学第二定律的描述98

4-4-4 热力学第二定律的数学表示 熵100

应用案例 提高热机效率的两种方法100

思考题103

习题103

第5章 静电场105

5-1 库仑定律 电场 电场强度105

5-1-1 库仑定律105

5-1-2 电场 电场强度107

5-1-3 电场强度叠加原理109

5-1-4 电场强度的计算110

5-1-5 电场线113

5-2 高斯定理与环路定理115

5-2-1 电场强度通量115

5-2-2 高斯定理116

5-2-3 电场力的功120

5-2-4 静电场的环路定理 电势能122

5-3 电势 电场强度与电势梯度123

5-3-1 电势 电势差123

5-3-2 电势叠加原理 电势的计算125

5-3-3 等势面 电场强度与电势梯度127

5-4 静电场中的导体与电介质130

5-4-1 静电场中的导体130

5-4-2 静电场中的电介质134

5-5 电容 电容器 静电场的能量138

5-5-1 电容 电容器138

5-5-2 静电场的能量142

应用案例 超级电容器144

思考题145

习题146

第6章 恒定磁场150

6-1 磁场 磁感应强度150

6-1-1 磁现象150

6-1-2 磁感应强度151

6-2 磁通量 磁场的高斯定理152

6-2-1 磁感线152

6-2-2 磁通量 磁场的高斯定理153

6-3 毕奥-萨伐尔定律154

6-3-1 毕奥-萨伐尔定律154

6-3-2 毕奥-萨伐尔定律应用举例155

6-4 安培环路定理及其应用158

6-4-1 安培环路定理158

6-4-2 安培环路定理的应用159

6-5 带电粒子在磁场中所受作用及其运动162

6-5-1 洛伦兹力162

6-5-2 带电粒子在均匀磁场中的运动162

6-5-3 霍耳效应164

6-6 磁场对载流导线的作用165

6-6-1 安培定律165

6-6-2 磁场对载流线圈的作用167

6-7 磁介质中的磁场168

6-7-1 磁介质 磁化强度168

6-7-2 磁介质中的安培环路定理 磁场强度170

应用案例 托卡马克装置的磁场173

思考题176

习题177

第7章 电磁感应 电磁场180

7-1 电磁感应定律180

7-1-1 电磁感应现象180

7-1-2 法拉第电磁感应定律181

7-2 动生电动势和感生电动势183

7-2-1 动生电动势183

7-2-2 感生电动势和感生电场185

7-3 自感和互感187

7-3-1 自感187

7-3-2 互感189

7-4 磁场的能量190

7-5 位移电流 电磁场基本方程的积分形式193

7-5-1 位移电流 全电流安培环路定理193

7-5-2 电磁场 麦克斯韦电磁场方程的积分形式197

7-5-3 电磁波的产生及基本性质198

7-5-4 电磁波谱198

应用案例 无线输电技术199

思考题201

习题202

第8章 机械振动 机械波205

8-1 简谐振动的描述205

8-1-1 简谐振动的基本特征205

8-1-2 描述简谐振动的物理量207

8-1-3 简谐振动的旋转矢量表示法210

8-2 常见的简谐振动——单摆213

8-3 简谐振动的能量213

8-4 简谐振动的合成215

8-4-1 同方向、同频率简谐振动的合成215

8-4-2 同方向、不同频率简谐振动的合成拍216

8-5 阻尼振动 受迫振动 共振218

8-5-1 阻尼振动218

8-5-2 受迫振动218

8-5-3 共振219

8-6 机械波的产生和传播219

8-6-1 机械波的产生 横波和纵波219

8-6-2 波动过程的描述220

8-7 平面简谐波的波动方程222

8-7-1 平面简谐波的波动方程222

8-7-2 波动方程的物理含义223

8-8 波的能量225

8-8-1 波的能量225

8-8-2 声强与声强级226

8-9 惠更斯原理 波的衍射和干涉227

8-9-1 惠更斯原理227

8-9-2 波的衍射228

8-9-3 波的干涉与驻波229

8-10 多普勒效应235

8-10-1 机械波的多普勒效应235

8-10-2 电磁波的多普勒效应237

应用案例 用薄板共振控制噪声238

思考题239

习题240

第9章 光学242

9-1 光的相干性242

9-1-1 光源242

9-1-2 相干光243

9-2 分波阵面双光束干涉243

9-2-1 杨氏双缝干涉实验243

9-2-2 劳埃德镜实验245

9-2-3 半波损失246

9-3 分振幅薄膜干涉246

9-3-1 光程和光程差246

9-3-2 薄膜干涉248

9-3-3 等厚干涉250

9-3-4 迈克耳孙干涉仪253

9-4 光的衍射254

9-4-1 光的衍射现象254

9-4-2 菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射255

9-4-3 惠更斯-菲涅耳原理255

9-5 夫琅禾费单缝衍射255

9-6 平面衍射光栅258

9-6-1 光栅258

9-6-2 光栅衍射259

9-6-3 光栅光谱261

9-7 自然光 偏振光262

9-8 起偏和检偏 马吕斯定律262

9-8-1 偏振片 起偏和检偏262

9-8-2 马吕斯定律263

9-9 反射和折射时光的偏振264

9-10 几何光学简介266

9-10-1 几何光学的基本实验定律266

9-10-2 全反射267

9-10-3 光在平面上的反射、折射成像267

9-10-4 光在球面上的反射、折射成像267

9-10-5 薄透镜269

9-10-6 显微镜、望远镜和照相机271

应用案例 应用激光干涉探测引力波273

思考题275

习题277

第10章 近代物理基础280

10-1 狭义相对论的基本概念281

10-1-1 伽利略变换式 经典时空观281

10-1-2 狭义相对论的基本原理282

10-1-3 洛伦兹变换式283

10-2 狭义相对论的时空观284

10-2-1 同时的相对性284

10-2-2 长度的收缩285

10-2-3 时间的延缓286

10-3 狭义相对论动力学基础287

10-3-1 相对论性质量和动量287

10-3-2 质量与能量的关系287

10-3-3 动量和能量的关系288

10-4 黑体辐射 普朗克能量子假设289

10-4-1 黑体 黑体辐射289

10-4-2 黑体辐射的经典公式及其困难291

10-4-3 普朗克的能量子假设291

10-5 光电效应 光子理论292

10-5-1 光电效应及其实验规律293

10-5-2 光的波动理论的困难294

10-5-3 爱因斯坦光子理论294

10-5-4 光的波粒二象性295

10-6 康普顿效应296

10-6-1 康普顿效应296

10-6-2 经典电磁理论的困难297

10-6-3 光子理论的解释297

10-7 玻尔的氢原子理论298

10-7-1 氢原子光谱的规律298

10-7-2 卢瑟福的原子模型299

10-7-3 玻尔的氢原子理论及其缺陷300

10-8 德布罗意波 实物粒子的波粒二象性302

10-8-1 德布罗意波302

10-8-2 德布罗意波的实验证明303

10-9 量子力学简介304

10-9-1 矩阵力学和波动力学304

10-9-2 波函数304

10-9-3 薛定谔方程305

应用案例 原子能306

思考题307

习题308

习题参考答案309