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第一编 守恒定律1

第一章 运动和力1

1.1 质点运动的描述1

1.1.1 质点2

1.1.2 参考系和坐标系2

1.1.3 位置矢量 运动方程3

1.1.4 速度5

1.1.5 加速度7

1.2 牛顿运动定律14

1.2.1 牛顿第一定律15

1.2.2 牛顿第二定律15

1.2.3 牛顿第三定律16

1.3 力与质点的运动17

1.3.1 万有引力 重力17

1.3.2 电磁力19

1.3.3 弹性力20

1.3.4 摩擦力23

1.3.5 应用牛顿定律的基本方法25

思考题29

习题30

第二章 动量守恒33

2.1 质点动量定理33

2.1.1 质点的动量33

2.1.2 相对论质量和相对论动量34

2.1.3 力的冲量35

2.1.4 质点动量定理35

2.2 质点系动量定理和动量守恒定律38

2.2.1 质点系动量定理38

2.2.2 动量守恒定律39

2.2.3 质点系动量守恒定律的应用40

2.2.4 火箭飞行原理41

思考题43

习题43

第三章 角动量守恒45

3.1 质点角动量定理及角动量守恒定律45

3.1.1 质点的角动量45

3.1.2 力矩47

3.1.3 质点的角动量定理及角动量守恒定律48

3.2 质点系角动量定理及角动量守恒定律52

3.2.1 质点系角动量定理52

3.2.2 质点系角动量守恒定律54

思考题54

习题55

第四章 能量守恒56

4.1 功和功率56

4.1.1 恒力做的功56

4.1.2 变力做的功57

4.1.3 功率58

4.2 动能定理160

4.2.1 质点动能定理60

4.2.2 质点系动能定理62

4.2.3 相对论的动能公式 质量能量关系式63

4.3 势能64

4.3.1 保守力与非保守力64

4.3.2 势能 势能曲线66

4.4 功能原理和机械能守恒定律69

4.4.1 质点系的功能原理69

4.4.2 机械能守恒定律71

4.5 能量守恒定律75

4.5.1 热力学第一定律75

4.5.2 能量守恒定律76

4.6 热力学第一定律应用于理想气体77

思考题82

习题82

第二编 热现象86

第五章 气体动理论86

5.1 气体动理论的基本概念86

5.2 理想气体的物态方程88

5.3 理想气体的压强和温度91

5.3.1 理想气体的微观模型92

5.3.2 压强公式92

5.3.3 温度与分子平均平动能的关系95

5.4 气体分子的速率分布律96

5.4.1 葛正权实验96

5.4.2 统计规律98

5.4.3 麦克斯韦速率分布律98

5.5 能量按自由度均分定理102

5.5.1 分子运动的自由度数102

5.5.2 能量按自由度均分定律103

5.5.3 理想气体的内能104

5.6 气体分子的平均自由程104

5.6.1 分子间的碰撞105

5.6.2 平均自由程和碰撞频率105

思考题107

习题109

第六章 宏观过程的方向性111

6.1 宏观过程的方向性111

6.1.1 几个实例111

6.1.2 不可逆过程112

6.2 热力学第二定律112

6.2.1 不可逆过程是互相关联的112

6.2.2 热力学第二定律113

6.3 热力学第二定律的微观实质114

6.3.1 宏观状态和微观状态114

6.3.2 热力学概率117

6.3.3 无序性117

6.3.4 热力学第二定律的统计意义118

6.4 熵 熵增加原理118

思考题与习题119

第三编 电磁场121

第七章 静电场121

7.1 电荷121

7.2 库仑定律123

7.2.1 点电荷123

7.2.2 库仑定律123

7.2.3 静电力叠加原理125

7.3 电场 电场强度矢量125

7.3.1 电场125

7.3.2 电场强度矢量126

7.3.3 场强叠加原理127

7.3.4 场强的计算128

7.3.5 电场线129

7.4 静电场力的功 电势131

7.4.1 静电场力的功与路径无关131

7.4.2 电势能132

7.4.3 电势差和电势132

7.4.4 电势叠加原理134

7.4.5 电势的计算134

7.4.6 等势面135

7.5 高斯定理和环路定理136

7.5.1 电通量136

7.5.2 高斯定理138

7.5.3 高斯定理应用举例139

7.5.4 静电场的环量和环路定理141

7.6 电容器 静电场的能量142

7.6.1 电容器142

7.6.2 电容器储能143

7.6.3 静电场能144

7.7 静电场中的电介质145

7.7.1 电介质的极化145

7.7.2 电介质内的电场147

7.7.3 有电介质的平行板电容器148

思考题148

习题150

第八章 稳恒磁场152

8.1 磁现象的电本质152

8.1.1 早期发现的磁现象152

8.1.2 电流的磁效应153

8.1.3 磁现象的电本质154

8.2 磁场 磁感应强度矢量154

8.2.1 磁场154

8.2.2 磁感应强度矢量155

8.2.3 磁感应线156

8.3 毕奥-萨伐尔定律157

8.3.1 毕奥-萨伐尔定律157

8.3.2 应用举例158

8.4 磁场的高斯定理和安培环路定理161

8.4.1 磁场的高斯定理161

8.4.2 安培环路定理162

8.5 磁场对运动电荷及通电导线的作用164

8.5.1 磁场对运动电荷的作用164

8.5.2 带电粒子在均匀磁场中的运动165

8.5.3 磁场对通电导线的作用169

8.5.4 磁场作用于通电线圈的力矩170

8.6 磁性材料172

8.6.1 物质的磁性172

8.6.2 磁性材料内的磁场173

8.6.3.有铁心的磁铁173

思考题174

习题175

第九章 电磁感应179

9.1 电磁感应现象179

9.2 电磁感应的基本规律179

9.2.1 感应电动势的方向 楞次定律179

9.2.2 感应电动势的大小 法拉弟电磁感应定律181

9.3 电磁感应的本质183

9.3.1 电动势183

9.3.2 动生电动势184

9.3.3 感生电动势186

9.4 电磁感应的应用187

9.4.1 互感187

9.4.2 自感189

9.4.3 涡电流190

9.4.4 电子感应加速器191

9.5 磁场的能量192

9.5.1 通电线圈储能192

9.5.2 磁场的能量193

思考题194

习题195

第十章 电磁场和电磁波197

10.1 电磁场 麦克斯韦方程组197

10.1.1 涡旋电场和位移电流197

10.1.2 电磁场199

10.1.3 麦克斯韦方程组199

10.2 电磁波201

10.2.1 电磁波的传播201

10.2.2 电磁波的产生202

10.2.3 赫兹实验203

10.2.4 电磁波的基本性质204

10.2.5 电磁波的能流密度——玻印亭矢量206

10.2.6 电磁波谱207

思考题208

习题8

第四编 波动121

第十一章 波动209

11.1 简谐振动209

11.1.1 简谐振动及其特征量209

11.1.2 简谐振动的旋转矢量描述法215

11.1.3 简谐振动的能量218

11.2 同一直线上简谐振动的合成219

11.2.1 同一直线上同频率简谐振动的合成219

11.2.2 同一直线上不同频率简谐振动的合成拍221

11.3 简谐波 波的传播223

11.3.1 弹性媒质中简谐波的形成与传播简谐波的特征223

11.3.2 平面简谐波的表达式 波动微分方程227

11.3.3 波的能量和能流231

11.3.4 惠更斯原理 波的反射和折射233

11.4 波的叠加235

11.4.1 波的叠加原理235

11.4.2 波的干涉235

11.4.3 驻波238

11.5 多普勒效应242

11.5.1 波源静止，观测者以速率υ0运动242

11.5.2 波源以速率υs运动，观测者静止243

11.5.3 一般情况，波源与观测者都运动244

思考题246

习题246

第十二章 光波250

12.1 光波250

12.1.1 光源与光的传播251

12.1.2 光程与光程差253

12.1.3 光的非相干叠加与相干叠加255

12.2 光的干涉256

12.2.1 杨氏干涉实验256

12.2.2 薄膜干涉261

12.2.3 迈克耳孙干涉仪266

12.3 光的衍射267

12.3.1 衍射现象267

12.3.2 惠更斯-菲涅耳原理268

12.3.3 单缝夫琅禾费衍射270

12.3.4 光学成像仪器的分辨本领277

12.3.5 光栅衍射与光栅光谱279

12.4 光的偏振283

12.4.1 自然光与偏振光283

12.4.2 起偏与检偏 反射与折射光的偏振285

12.4.3 双折射现象289

思考题291

习题293

第五编 波和粒子295

第十三章 波和粒子295

13.1 光的波粒二象性295

13.1.1 光电效应295

13.1.2 爱因斯坦光子理论297

13.1.3 光的波粒二象性299

13.2 实物粒子的波粒二象性300

13.2.1 德布罗意物质波假说300

13.2.2 电子衍射实验301

13.2.3 海森伯不确定关系302

13.2.4 波函数305

思考题307

习题307

第六编 狭义相对论309

第十四章 经典力学309

14.1 经典力学简介309

14.1.1 坐标系和同时性定义309

14.1.2 惯性定律和伽利略坐标系310

14.1.3 伽利略相对性原理和牛顿第二定律311

14.1.4 伽利略坐标变换311

14.1.5 牛顿绝对时空观311

14.2 经典物理学的困难312

第十五章 狭义相对论314

15.1 狭义相对论的两个基本假设314

15.2 惯性坐标系与爱因斯坦同时性定义314

15.3 洛伦兹变换和相对性原理315

15.4 洛伦兹变换与伽利略变换的差别315

15.5 运动学效应316

15.5.1 极限速度316

15.5.2 爱因斯坦速度相加定理316

15.5.3 同时性的相对性和因果律317

15.5.4 长度收缩318

15.5.5 时间延缓319

15.5.6 光波频率的多普勒移动319

15.5.7 狭义相对论的时空观320

15.6 闵可夫斯基时空（四维平直时空）320

15.7 相对论力学321

15.7.1 相对论力学定律 质速关系 质能关系321

15.7.2 物体的极限速度和光子的静质量322

15.8 其他相对论性的动力学理论322

15.8.1 运动介质的电动力学323

15.8.2 相对论性量子力学323

15.8.3 广义相对论323

思考题与习题324

第十六章 狭义相对论的实验检验325

16.1 狭义相对性原理和光速不变原理的检验325

16.2 时钟变慢的实验检验326

16.3 相对论力学实验326

16.4 缓慢运动介质的电磁实验327

附录1 SI单位和量纲328

附录2 常用的重要物理常量330

附录3 常用的重要物理性质331

附录4 常用的重要换算因子331

习题答案332