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第0章 预篇1

0.1 物理学 物理量及其单位1

0.1.1 物理学1

0.1.2 物理量 标量和矢量1

0.1.3 物理量的基准单位1

0.2 法定计量单位 量纲2

0.2.1 法定计量单位2

0.2.2 在本书中使用法定计量单位的方法和具体要求4

0.2.3 量纲5

习题06

第1章 质点运动学7

1.1 参考系和坐标系 位矢、位移和路程7

1.1.1 参考系7

1.1.2 坐标系7

1.1.3 位矢8

1.1.4 运动函数 轨道方程9

1.1.5 位移9

1.2 速度与加速度10

1.2.1 速度 速率10

1.2.2 加速度11

1.3 直线运动13

1.4 抛体运动16

1.5 圆周运动17

1.5.1 变速圆周运动17

1.5.2 圆周运动的角量描述19

问题121

习题122

第2章 质点动力学的基本定律23

2.1 牛顿运动定律23

2.1.1 牛顿第一定律23

2.1.2 牛顿第二定律24

2.1.3 牛顿第三定律25

2.2 力学中常见的力26

2.2.1 万有引力 重力26

2.2.2 弹性力27

2.2.3 摩擦力29

2.3 牛顿运动定律的应用示例30

2.4 宇宙速度 黑洞33

2.4.1 第一宇宙速度33

2.4.2 第二宇宙速度34

2.4.3 第三宇宙速度35

2.4.4 黑洞35

问题235

习题236

第3章 力学中的守恒定律38

3.1 功 动能定理38

3.1.1 功 功率38

3.1.2 动能定理39

3.1.3 系统的动能定理40

3.2 保守力的功 系统的势能42

3.2.1 保守力及其做功的特点42

3.2.2 势能44

3.3 系统的功能定理 机械能守恒定律 能量守恒定律45

3.3.1 系统的功能定理45

3.3.2 机械能守恒定律46

3.3.3 能量守恒定律48

3.4 冲量与动量 质点的动量定理48

3.5 系统的动量定理 动量守恒定律51

3.5.1 系统的动量定理51

3.5.2 系统的动量守恒定律51

3.6 碰撞53

3.6.1 弹性碰撞54

3.6.2 完全非弹性碰撞54

3.7 角动量 力矩 质点的角动量守恒定律55

3.7.1 质点的角动量56

3.7.2 力矩56

3.7.3 质点的角动量定理57

3.7.4 质点的角动量守恒定律57

3.8 狭义相对论简介及牛顿力学的适用范围58

问题360

习题361

第4章 刚体的定轴转动64

4.1 刚体的基本运动64

4.1.1 刚体的平动64

4.1.2 刚体的定轴转动64

4.2 刚体定轴转动的转动动能 转动惯量67

4.2.1 刚体定轴转动的转动动能67

4.2.2 刚体的转动惯量67

4.3 力矩的功 刚体定轴转动的动能定理69

4.3.1 力矩69

4.3.2 力矩的功70

4.3.3 刚体定轴转动的动能定理70

4.4 刚体的定轴转动定律73

4.5 刚体定轴转动的角动量定理 角动量守恒定律75

4.5.1 角动量 冲量矩 角动量定理75

4.5.2 角动量守恒定律75

问题477

习题477

第5章 固体的弹性 流体力学简介80

5.1 固体的形变和弹性80

5.1.1 固体的形变80

5.1.2 应力与应变80

5.1.3 胡克定律 材料的弹性模量81

5.1.4 梁的弯曲82

5.1.5 杆的扭转82

5.1.6 弹性极限和强度极限83

5.2 流体的压强83

5.2.1 静止流体内的压强83

5.2.2 静止流体内各点的压强分布规律84

5.2.3 帕斯卡定律86

5.2.4 阿基米德原理86

5.3 理想流体 连续性方程87

5.3.1 理想流体87

5.3.2 定常流动88

5.3.3 流线 流管 总流88

5.3.4 连续性方程89

5.4 理想流体定常流动的总流伯努利方程89

5.5 实际流体定常流动的总流伯努利方程 层流和湍流92

问题592

习题593

第6章 静电学94

6.1 电荷 库仑定律94

6.1.1 电荷 电荷守恒定律94

6.1.2 库仑定律95

6.1.3 静电力叠加原理95

6.2 电场 电场强度96

6.2.1 电场96

6.2.2 电场强度96

6.2.3 电场强度叠加原理97

6.3 电通量 高斯定量100

6.3.1 电场线100

6.3.2 电通量100

6.3.3 高斯定理101

6.4 电势104

6.4.1 静电力的功 静电场的环路定理104

6.4.2 电势能 电势 电势差105

6.4.3 电势的计算106

6.4.4 等势面107

6.4.5 电场强度和电势的关系108

6.5 静电场中的导体和电介质108

6.5.1 金属导体的静电平衡条件108

6.5.2 尖端放电现象和静电屏蔽109

6.5.3 电介质的极化现象110

6.6 电容 电容器 静电场的能量111

6.6.1 电容 电容器111

6.6.2 静电场的能量113

问题6114

习题6115

第7章 稳恒电流117

7.1 电流 电流密度117

7.1.1 电流117

7.1.2 电流密度117

7.2 直流电路 电阻 欧姆定律118

7.2.1 直流电路118

7.2.2 电阻118

7.2.3 欧姆定律119

7.3 电流的功 焦耳定律119

7.3.1 电流的功和功率119

7.3.2 焦耳定律119

7.4 电动势 一段含源电路的欧姆定律120

7.4.1 电源及电动势120

7.4.2 闭合电路的欧姆定律121

7.4.3 一段含源电路的欧姆定律121

7.5 基尔霍夫定律122

7.5.1 基尔霍夫第一定律122

7.5.2 基尔霍夫第二定律123

问题7124

习题7125

第8章 稳恒磁场126

8.1 磁场 磁感应强度126

8.1.1 磁的基本现象126

8.1.2 磁场126

8.1.3 磁感应强度127

8.2 磁通量 高斯定理127

8.2.1 磁感应线127

8.2.2 磁通量 磁场的高斯定理128

8.3 毕奥-萨伐尔定律及其应用129

8.3.1 毕奥-萨伐尔定律129

8.3.2 直电流的磁场130

8.3.3 圆电流轴线上的磁场131

8.3.4 载流长直螺线管内部的磁场132

8.4 安培环路定理132

8.5 磁场对运动电荷的作用134

8.5.1 洛伦兹力134

8.5.2 带电粒子在电场和磁场中的运动135

8.6 磁场对电流的作用137

8.6.1 安培定律137

8.6.2 两根长直平行载流导线间的相互作用力138

8.6.3 矩形载流线圈在均匀磁场中所受的力矩138

8.7 物质的磁性139

8.7.1 磁介质 磁导率139

8.7.2 磁滞回线 磁性材料及其应用140

问题8141

习题8142

第9章 电磁感应 电磁场简介145

9.1 电磁感应的基本定律145

9.1.1 电磁感应现象 楞次定律145

9.1.2 法拉第电磁感应定律146

9.2 动生电动势和感生电动势148

9.2.1 动生电动势148

9.2.2 感生电动势149

9.3 自感和互感150

9.3.1 自感150

9.3.2 互感151

9.4 磁场的能量153

9.5 位移电流 麦克斯韦电磁场理论简介154

9.5.1 位移电流 全电流定律154

9.5.2 麦克斯韦电磁场理论简介156

问题9156

习题9157

第10章 机械振动和机械波160

10.1 简谐运动160

10.1.1 简谐运动的基本特征160

10.1.2 简谐运动的表达式161

10.2 描述简谐运动的基本物理量162

10.2.1 周期 频率与角频率162

10.2.2 相位 初相163

10.2.3 相位差163

10.2.4 振幅、初相与初始条件的关系164

10.2.5 简谐运动的能量167

10.3 同方向、同频率简谐运动的合成168

10.4 阻尼振动 受迫振动 共振170

10.4.1 阻尼振动170

10.4.2 受迫振动 共振171

10.5 机械波172

10.5.1 机械波的产生和传播172

10.5.2 横波和纵波的描述173

10.6 描述机械波的一些物理量 波的几何表示174

10.6.1 周期、频率、波长与波速174

10.6.2 波的几何表示174

10.7 平面简谐波的波动表达式 波的能量175

10.7.1 平面简谐波的波动表达式175

10.7.2 波动表达式的物理意义176

10.7.3 波的能量178

10.8 惠更斯原理 波的衍射、反射和折射179

10.8.1 惠更斯原理179

10.8.2 波的衍射180

10.8.3 波的反射和折射181

10.9 波的干涉 驻波182

10.9.1 波的叠加原理182

10.9.2 波的干涉182

10.9.3 驻波184

10.10 声波 超声波185

10.10.1 声波185

10.10.2 超声波187

10.10.3 声波的多普勒效应187

问题10190

习题10191

第11章 电磁振荡 电磁波194

11.1 电磁振荡194

11.2 电磁波196

11.2.1 电磁波的概念196

11.2.2 电磁波的辐射和传播197

11.2.3 电磁波的性质198

11.2.4 电磁波的能量199

11.3 电磁波谱200

问题11202

习题11202

第12章 波动光学203

12.1 光的相干性 杨氏双缝实验203

12.1.1 光的相干性203

12.1.2 杨氏双缝实验204

12.1.3 洛埃德镜实验206

12.2 光程 光程差207

12.3 增透膜和增反膜208

12.4 劈形膜 牛顿环209

12.4.1 劈形膜的干涉209

12.4.2 牛顿环210

12.5 单缝衍射212

12.5.1 光的衍射现象 惠更斯-菲涅耳原理212

12.5.2 夫琅禾费单缝衍射213

12.6 衍射光栅 光栅衍射光谱216

12.6.1 衍射光栅216

12.6.2 光栅公式 光栅衍射光谱216

12.7 自然光和偏振光 马吕斯定律217

12.7.1 偏振现象217

12.7.2 自然光和偏振光218

12.7.3 起偏和检偏219

12.7.4 马吕斯定律219

12.8 反射光和折射光的偏振 光的双折射现象220

12.8.1 反射光和折射光的偏振220

12.8.2 光的双折射现象221

问题12222

习题12223

第13章 热力学基础224

13.1 热力学系统及其平衡态 准静态过程224

13.1.1 热力学系统 平衡态224

13.1.2 物态参量225

13.1.3 准静态过程225

13.2 气体的物态方程226

13.2.1 气体的实验定律 理想气体226

13.2.2 理想气体的物态方程227

13.2.3 实际气体的物态方程229

13.3 热力学第一定律229

13.3.1 系统的内能 功与热的等效性229

13.3.2 热力学第一定律及其应用230

13.3.3 功和热量的计算231

13.4 热力学第一定律对理想气体热力学过程的应用233

13.4.1 等容过程233

13.4.2 等压过程233

13.4.3 等温过程234

13.4.4 绝热过程235

13.5 循环过程237

13.5.1 循环过程简介237

13.5.2 正循环 热机的效率238

13.5.3 逆循环 制冷机的效率239

13.6 热力学第二定律 卡诺定理241

13.6.1 自发过程的不可逆性241

13.6.2 热力学第二定律241

13.6.3 卡诺定理242

13.7 卡诺循环242

问题13244

习题13244

第14章 气体动理论基础246

14.1 气体动理论的基本观点246

14.2 气体分子热运动及其统计规律性248

14.2.1 气体分子热运动的图景248

14.2.2 大量分子热运动服从统计规律249

14.2.3 分子运动的速率分布249

14.2.4 气体分子的碰撞251

14.3 理想气体的压强公式和温度公式251

14.3.1 理想气体的微观模型251

14.3.2 理想气体的压强公式252

14.3.3 理想气体的温度公式254

14.4 理想气体的内能255

14.5 热力学第二定律的统计意义256

习题14257

第15章 量子物理简介258

15.1 热辐射和普朗克能量子假设258

15.1.1 热辐射258

15.1.2 普朗克能量子假设258

15.2 光电效应和爱因斯坦方程259

15.2.1 光电效应的实验规律259

15.2.2 用经典理论解释光电效应时遇到的困难260

15.2.3 爱因斯坦的光量子假设 爱因斯坦方程260

15.2.4 光电效应的应用261

15.2.5 光的波粒二象性262

15.3 氢原子光谱 玻尔的氢原子理论262

15.3.1 氢原子光谱的规律性262

15.3.2 玻尔的氢原子理论264

15.4 微观粒子运动的一些基本特征266

15.4.1 德布罗意波266

15.4.2 不确定关系266

15.4.3 用四个量子数描述原子中电子的运动状态267

参考文献269