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上册2

第0章 物理学导论2

0.1 物理学的地位与意义2

0.1.1 什么是物理学2

0.1.2 物理学的地位2

0.1.3 物理学与科学技术2

0.2 物理学方法3

0.2.1 物理学是一门实验科学3

0.2.2 物理思想、物理模型3

0.2.3 物理学是一门定量科学4

0.3 单位制和量纲4

0.4 矢量简介5

0.4.1 矢量和标量5

0.4.2 矢量的加减法6

0.4.3 矢量的正交分解与合成7

0.4.4 矢量的乘法8

第一篇 经典力学11

第一章 质点运动学12

1.1 质点运动的描述12

1.1.1 描述质点在空间中的位置——位置矢量13

1.1.2 描述质点位置变化的大小和方向——位移14

1.1.3 描述质点位置变动的快慢和方向——速度14

1.1.4 描写质点运动速度变化的快慢和方向——加速度15

1.2 平面曲线运动18

1.2.1 抛体运动18

1.2.2 圆周运动19

1.2.3 一般曲线运动21

1.2.4 圆周运动的角量描述22

1.3 相对运动23

思考题26

习题26

第二章 质点动力学29

2.1 牛顿运动定律及其应用29

2.1.1 牛顿运动定律29

2.1.2 常见的几种力30

2.1.2 牛顿定律应用举例32

2.2 非惯性系中的力学问题35

2.2.1 惯性参考系35

2.2.2 非惯性系中的力学问题36

2.3 功与能37

2.3.1 功37

2.3.2 动能 质点的动能定理39

2.3.3 保守力与非保守力 势能40

2.4 机械能守恒定律41

2.4.1 质点系的动能定理41

2.4.2 功能原理与机械能守恒定律42

2.5 动量定理与动量守恒定律45

2.5.1 冲量 质点的动量定理45

2.5.2 质点系的动量定理46

2.5.3 动量守恒定律47

2.6 碰撞49

2.7 质心 质心运动定律50

2.7.1 质心50

2.7.2 质心运动定理52

思考题53

习题53

第三章 刚体力学55

3.1 刚体的运动55

3.2 转动定律57

3.2.1 力矩57

3.2.2 转动定律58

3.2.3 转动惯量60

3.2.4 转动定律应用举例62

3.3 转动中的功与能64

3.3.1 力矩做功64

3.3.2 刚体的转动动能和重力势能64

3.3.3 定轴转动的动能定理65

3.4 角动量 角动量守恒定律66

3.4.1 质点的角动量和角动量守恒定律66

3.4.2 刚体的角动量和角动量守恒定律68

思考题71

习题72

物理与人文之——伽利略的新物理学75

第二篇 热学79

第四章 气体动理论80

4.1 理想气体及其状态描述80

4.1.1 平衡态 状态参量80

4.1.2 理想气体状态方程81

4.2 理想气体的压强和温度82

4.2.1 分子热运动的统计规律82

4.2.2 理想气体的微观模型82

4.2.3 理想气体压强公式的推导83

4.2.4 理想气体的温度公式85

4.3 能量均分定理 理想气体的内能86

4.3.1 分子的自由度86

4.3.2 能量均分定理87

4.3.3 理想气体的内能87

4.4 麦克斯韦速率分布律88

4.4.1 速率分布的描述89

4.4.2 速率分布函数90

4.4.3 麦克斯韦速率分布律90

4.4.4 三种统计速率91

4.5 气体分子的平均碰撞频率和平均自由程92

4.6 范德瓦耳斯方程94

思考题95

习题96

第五章 热力学基础98

5.1 热力学第一定律98

5.1.1 准静态过程98

5.1.2 功、热量、内能99

5.1.3 热力学第一定律99

5.2 理想气体的等值过程101

5.2.1 等体过程101

5.2.2 等压过程102

5.2.3 等温过程104

5.3 绝热过程105

5.3.1 绝热过程方程106

5.3.2 绝热过程的功107

5.3.3 绝热线与等温线107

5.4 循环过程108

5.4.1 循环过程108

5.4.2 循环效率109

5.4.3 卡诺循环111

5.5 热力学第二定律113

5.5.1 可逆过程与不可逆过程114

5.5.2 热力学第二定律115

5.5.3 卡诺定理116

5.6 热力学第二定律的统计意义116

5.6.1 热力学第二定律的统计意义116

5.6.2 玻尔兹曼熵118

思考题119

习题119

物理与人文之——自然定律123

第三篇 波动与光学127

第六章 机械振动128

6.1 简谐振动128

6.1.1 简谐振动的基本特征128

6.1.2 描述简谐振动的物理量129

6.1.3 单摆和复摆132

6.1.4 简谐振动的能量133

6.2 简谐振动的旋转矢量法135

6.3 简谐振动的合成137

6.3.1 两个同方向同频率简谐振动的合成137

6.3.2 两个同方向不同频率简谐振动的合成138

6.3.3 两个相互垂直的同频率简谐振动的合成140

6.4 阻尼振动 受迫振动 共振141

6.4.1 阻尼振动141

6.4.2 受迫振动 共振142

思考题143

习题143

第七章 机械波146

7.1 机械波的产生和传播146

7.1.1 机械波的产生146

7.1.2 横波和纵波146

7.1.3 波动的描述147

7.2 平面简谐波149

7.2.1 简谐波的波动方程149

7.2.2 波动方程的物理意义150

7.3 波的能量152

7.3.1 波动的能量152

7.3.2 能流 能流密度154

7.4 惠更斯原理 波的衍射154

7.4.1 惠更斯原理154

7.4.2 波的衍射155

7.5 波的叠加原理 波的干涉156

7.5.1 波的叠加原理156

7.5.2 波的干涉156

7.5.3 驻波158

7.6 多普勒效应161

7.6.1 波源不动，接收器以速度vR相对介质运动161

7.6.2 接收器不动，波源以速度vS相对介质运动162

7.6.3 波源与接收器同时相对介质运动163

思考题164

习题164

第八章 波动光学168

8.1 光的相干性168

8.1.1 光源的发光机理168

8.1.2 相干光168

8.1.3 获得相干光的方法170

8.2 光程 光程差170

8.3 杨氏双缝干涉172

8.3.1 杨氏双缝干涉172

8.3.2 洛埃德镜实验174

8.4 薄膜干涉175

8.4.1 厚度均匀薄膜的干涉175

8.4.2 劈尖干涉178

8.4.3 牛顿环180

8.5 迈克尔逊干涉仪181

8.6 光的衍射 惠更斯-菲涅耳原理182

8.6.1 光的衍射现象182

8.6.2 惠更斯-菲涅耳原理183

8.7 单缝夫琅禾费衍射183

8.7.1 单缝夫琅禾费衍射183

8.7.2 圆孔夫琅禾费衍射187

8.8 光栅衍射188

8.8.1 光栅衍射188

8.8.2 缺级现象189

8.8.3 X射线衍射191

8.9 光的偏振192

8.9.1 光的偏振性192

8.9.2 马吕斯定理193

8.9.3 反射光和折射光的偏振194

8.10 光的双折射195

8.10.1 晶体的双折射现象195

8.10.2 双折射现象的解释196

思考题197

习题197

物理与人文之——波粒战争202

下册207

第四篇 电磁学207

第九章 真空中的静电场208

9.1 库仑定律208

9.1.1 电荷及其基本属性208

9.1.2 库仑定律209

9.2 电场 电场强度210

9.2.1 电场210

9.2.2 电场强度210

9.2.3 电场强度的计算211

9.3 静电场的高斯定理216

9.3.1 电场线216

9.3.2 电通量217

9.3.3 高斯定理218

9.3.4 高斯定理的应用220

9.4 静电场的环路定理223

9.4.1 电场力做功的特征223

9.4.2 静电场的环路定理223

9.5 电势224

9.5.1 电势 电势差224

9.5.2 电势的计算225

9.6 电场强度与电势的微分关系228

9.6.1 等势面228

9.6.2 电势与电场强度的微分关系229

思考题230

习题230

第十章 静电场中的导体和电介质234

10.1 静电场中的导体234

10.1.1 导体的静电平衡条件234

10.1.2 静电平衡时导体上电荷的分布235

10.1.3 空腔导体与静电屏蔽236

10.1.4 有导体存在时电场的分析与计算238

10.2 静电场中的电介质238

10.2.1 电介质的极化238

10.2.2 电位移矢量 有电介质时的高斯定理240

10.3 电容 电容器242

10.3.1 孤立导体的电容242

10.3.2 电容器及其电容242

10.3.3 充满电介质的电容器244

10.4 电场的能量246

10.4.1 电容器的能量246

10.4.2 电场的能量密度246

思考题247

习题248

第十一章 恒定磁场251

11.1 恒定电流的基本概念251

11.1.1 电流和电流密度251

11.1.2 欧姆定律的微分形式252

11.2 磁场 磁感应强度253

11.2.1 基本磁现象253

11.2.2 磁感应强度254

11.3 毕奥-萨伐尔定律255

11.3.1 毕奥-萨伐尔定律255

11.3.2 毕奥-萨伐尔定律应用举例256

11.3.3 运动电荷的磁场259

11.4 磁场的高斯定理259

11.4.1 磁感应线 磁通量259

11.4.2 磁场的高斯定理261

11.5 磁场的安培环路定理261

11.5.1 安培环路定理262

11.5.2 安培环路定理的应用263

11.6 磁场对运动电荷的作用265

11.6.1 洛伦兹力265

11.6.2 带电粒子在均匀磁场中的运动266

11.6.3 霍尔效应267

11.7 磁场对载流导线的作用269

11.7.1 安培力269

11.7.2 磁场对载流线圈的作用271

11.8 物质的磁性273

11.8.1 磁介质及其磁化机制273

11.8.2 磁化强度与磁化电流275

11.8.3 有磁介质时的安培环路定理275

11.9 铁磁质278

11.9.1 磁畴278

11.9.2 铁磁质的磁化规律279

11.9.3 铁磁质分类280

思考题281

习题281

第十二章 电磁感应 电磁波286

12.1 电源 电动势286

12.2 电磁感应定律287

12.2.1 电磁感应现象287

12.2.2 法拉第电磁感应定律288

12.3 动生电动势290

12.4 感生电动势293

12.4.1 感生电场293

12.4.2 涡电流295

12.5 自感和互感296

12.5.1 自感297

12.5.2 互感299

12.6 磁场的能量301

12.7 位移电流 麦克斯韦方程303

12.7.1 位移电流 全电流安培环路定律303

12.7.2 麦克斯韦方程组306

12.8 电磁振荡和电磁波308

12.8.1 电磁波的辐射308

12.8.2 电磁波的性质309

12.8.3 电磁波的能量310

12.8.4 电磁波谱310

思考题312

习题312

物理与人文之——电磁理论与对称性316

第五篇 近代物理基础319

第十三章 狭义相对论320

13.1 经典力学时空观320

13.2 狭义相对论基本原理 洛伦兹变换式321

13.2.1 狭义相对论基本原理321

13.2.2 洛伦兹变换322

13.3 狭义相对论时空观325

13.3.1 同时的相对性325

13.3.2 长度的收缩326

13.3.3 时间的延缓327

13.4 相对论速度变换式328

13.5 狭义相对论动力学330

13.5.1 相对论质量330

13.5.2 相对论动力学的基本方程331

13.5.3 质量与能量的关系331

附：广义相对论建立简介333

思考题335

习题335

第十四章 量子物理基础337

14.1 热辐射 普朗克的量子假设337

14.1.1 热辐射337

14.1.2 黑体辐射实验定律338

14.1.3 普朗克量子假设339

14.2 光电效应 爱因斯坦光子理论340

14.2.1 光电效应的实验规律及其与经典理论的矛盾340

14.2.2 爱因斯坦的光子理论341

14.2.3 光的波粒二象性342

14.3 康普顿效应343

14.3.1 康普顿效应343

14.3.2 康普顿效应的量子解释344

14.4 玻尔的氢原子理论347

14.4.1 氢原子光谱的实验规律347

14.4.2 玻尔氢原子理论348

14.5 实物粒子的波粒二象性351

14.5.1 德布罗意假设351

14.5.2 物质波的实验验证352

14.6 不确定关系355

14.7 波函数 薛定谔方程357

14.7.1 波函数357

14.7.2 波函数的统计诠释358

14.7.3 薛定谔方程359

14.8 一维定态问题360

14.8.1 一维无限深势阱360

14.8.2 一维方势垒 隧道效应362

思考题364

习题365

物理与人文之——波粒战争终结了吗？367