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第一篇物理量和单位1

第一章物理量单位制1

一、国际单位制1

1.国际单位制的基本单位1

2.国际单位制的辅助单位3

3.国际单位制中具有专门名称的导出单位4

4.国际单位制的十进倍数和分数单位的词冠5

5.有关国际组织认可的一些非国际单位制单位5

二、力学量的非国际单位制10

1.厘米·克·秒制11

2.米·千克·秒制11

3.工程单位制11

三、电磁学量的非国际单位制11

1.厘米·克·秒绝对静电单位制12

2.厘米·克·秒绝对电磁单位制12

3.高斯单位制13

4.有理化米·千克·秒·安培单位制13

5.国际电学单位制14

四、英制单位15

五、我国的市制单位19

3.径向加速度和横向加速度61

四、直线运动61

1.匀速直线运动61

2.匀变速直线运动61

3.变加速直线运动62

五、一般曲线运动62

六、抛体运动63

1.平抛运动63

2.斜抛运动64

3.安全抛物线65

七、圆周运动65

1.角量66

2.角量与线量的关系67

3.圆周运动的运动学方程68

八、相对运动68

第四章质点动力学69

一、牛顿运动定律69

1.牛顿第一定律69

2.牛顿第二定律69

3.牛顿第三定律70

4.附注70

二、力70

1.力学中常见的几种力70

2.自然界中的基本相互作用74

三、质量75

1.惯性质量和引力质量75

2.高速运动物体的质量75

四、惯性力76

1.惯性系和非惯性系76

2.非惯性系中的力学规律76

3.平动非惯性系中的惯性力76

4.惯性离心力76

5.科里奥利力77

五、伽利略相对性原理77

1.伽利略相对性原理的表述77

2.伽利略坐标变换78

3.速度变换79

4.加速度变换79

六、动量守恒定律80

1.动量和冲量80

2.动量定理81

3.动量守恒定律81

七、机械能守恒定律82

1.功82

2.功率83

3.动能83

4.势能84

5.动能定理85

6.系统的功能原理86

7.机械能守恒定律86

8.能量守恒定律86

八、角动量守恒定律86

1.质点的角动量86

2.力矩88

3.角动量定理88

4.角动量守恒定律89

九、碰撞89

1.弹性碰撞90

2.完全非弹性碰撞91

3.非弹性碰撞91

十、变质量问题91

1.密舍尔斯基方程92

2.火箭运动92

十一、万有引力93

1.开普勒定律93

2.万有引力定律94

3.引力场94

4.宇宙速度95

5.质点在有心力场中的运动96

第五章刚体力学98

一、刚体的基本运动98

1.刚体98

2.平动98

3.转动98

二、刚体的平动98

1.质心99

2.刚体平动的动力学方程99

三、刚体的定轴转动100

1.力矩100

2.定轴转动定律101

3.转动惯量101

四、刚体定轴转动的角动量守恒定律104

1.刚体绕定轴的角动量104

2.刚体定轴转动的角动量定理105

3.刚体定轴转动的角动量守恒定律106

五、刚体定轴转动的动能定理106

1.力矩的功106

2.刚体定轴转动的动能定理106

3.刚体的重力势能107

六、刚体定轴转动和质点直线运动的比较107

七、刚体的平面平行运动108

八、刚体的定点运动109

1.定点转动109

2.进动109

第六章连续介质力学111

一、固体的弹性111

1.弹性体中的应力和应变111

2.直杆的拉伸或压缩111

3.剪切形变112

4.体形变113

二、流体静力学113

1.静止流体中的压强113

2.帕斯卡原理114

3.阿基米德原理114

三、理想流体的流动114

1.理想流体114

2.定常流动114

3.流量114

4.连续性原理115

5.伯努利方程115

四、粘性流体的流动116

1.流体的粘性116

2.粘性流体的伯努利方程116

3.泊肃叶定律117

4.斯托克斯粘滞公式117

5.层流和湍流117

第三篇振动和波动119

第七章振动119

一、简谐振动119

1.振动119

2.简谐振动119

3.简谐振动的特征参量120

4.简谐振动的能量122

二、阻尼振动123

1.阻尼振动的运动方程123

2.阻尼振动的三种运动方式123

3.品质因数125

三、受迫振动125

1.受迫振动的运动方程125

2.稳定状态的振动126

3.共振126

四、同方向简谐振动的合成127

1.同方向、同频率简谐振动的合成127

2.同方向、不同频率简谐振动的合成128

3.拍128

五、相互垂直简谐振动的合成129

1.两个同频率垂直方向简谐振动的合成129

2.两个不同频率方向垂直的简谐振动的合成131

六、振动的分解132

1.周期性振动的频谱分析133

2.非周期性振动的频谱分析135

七、电磁振荡135

1.无阻尼自由振荡136

2.阻尼振荡137

3.受迫振荡138

八、力电类比139

第八章波动141

一、简谐波141

1.波的类型141

2.描述简谐波的物理量142

3.波速143

4.平面简谐波的表式144

5.球面简谐波的表式145

6.波的能量146

二、波动方程147

三、波的一些传播规律148

1.波的反射148

2.波的折射148

3.波的散射149

4.波的衍射149

5.波的频散、群速度149

6.波的衰减151

四、波的叠加151

1.波的叠加原理151

2.波的干涉151

3.驻波153

五、多普勒效应155

1.机械波的多普勒效应155

2.电磁波的多普勒效应157

3.冲击波158

六、声波159

1.声速159

2.声压160

3.声强、声强级160

4.声波反射和折射的强度161

5.乐音162

6.噪声164

7.超声波和次声波165

七、电磁波166

1.电磁波的波动方程166

2.电磁波的性质166

3.电磁波的能量167

4.电磁波的动量168

5.电磁波的辐射168

6.电磁波的反射和折射169

7.电磁波谱170

第四篇热学173

第九章热力学173

一、物态方程173

1.平衡态173

2.状态参量173

3.气体的状态方程174

4.各向同性固体和液体的状态方程175

二、热力学定律175

1.热力学第零定律175

2.热力学第一定律176

3.热力学第二定律176

4.热力学第三定律177

三、热力学第一定律对理想气体准静态过程的应用177

1.准静态过程177

2.功177

3.摩尔热容178

4.热力学第一定律对理想气体准静态过程的应用179

5.理想气体准静态过程公式181

四、循环过程182

1.正循环和逆循环182

2.热机和制冷机182

3.卡诺循环、卡诺定理184

4.几种典型的循环过程186

五、熵190

1.可逆过程和不可逆过程190

2.熵的意义190

3.熵的计算191

4.熵增原理192

5.玻尔兹曼熵公式193

6.熵和信息193

第十章分子动理论194

一、气体分子热运动和统计规律194

1.分子运动的基本概念194

2.气体分子热运动的图景和特征195

3.理想气体的压强公式195

4.温度的微观意义196

5.理想气体的内能196

6.平均自由程199

二、统计规律的基本概念199

1.分布函数200

2.统计平均值201

3.涨落201

4.热力学概率202

三、麦克斯韦速度分布律和速率分布律203

1.麦克斯韦速度分布律203

2.麦克斯韦速率分布律204

3.分子速率的三种统计平均值204

四、玻尔兹曼分布律206

1.玻尔兹曼密度分布律206

2.等温气压公式206

3.麦克斯韦-玻尔兹曼能量分布律206

五、玻色-爱因斯坦分布和费米-狄拉克分布207

1.玻色子和费米子207

2.玻色-爱因斯坦分布律和费米-狄拉克分布律207

六、输运过程208

1.粘滞现象208

2.热传导现象209

3.扩散现象209

4.输运过程的微观解释210

七、液体的表面性质210

1.表面张力211

2.弯曲液面的附加压强211

3.润湿现象212

4.毛细现象213

八、相变214

1.物态和相214

2.相变214

3.气、液、固之间的相变215

第五篇电磁学217

第十一章静电场217

一、电相互作用217

1.电荷217

2.库仑定律218

3.静电力的叠加原理218

二、电场强度、电位移219

1.电场219

2.电场强度219

3.场强的叠加原理220

4.几种典型电荷分布的场强220

5.电位移224

三、电势225

1.电势能225

2.电势225

3.电势叠加原理227

4.几种典型电荷分布的电势227

5.电场强度与电势的关系228

四、静电场的基本规律229

1.静电场的高斯定理229

2.静电场的环路定律230

五、静电场中的导体231

1.静电场中导体的基本性质231

2.导体的面电荷与场强的关系231

3.导体壳空腔内的电场和电荷分布232

六、静电场中的电介质233

1.电介质的极化233

2.电极化强度235

3.几种特殊电介质237

七、电容238

1.孤立导体的电容238

2.电容器的电容238

3.几种典型电容器的电容239

4.电容器的串联和并联240

5.电容器的性能参数240

6.电容器的能量240

7.电容器的充电和放电过程240

八、静电场的能量242

1.点电荷系的相互作用能242

2.电荷连续分布的带电体的自能243

3.带电体系的静电能243

4.电场能量243

5.几种典型带电体的静电能244

第十二章恒定磁场245

一、磁感应强度、磁场强度245

1.磁场245

2.磁感应强度245

3.毕奥-萨伐尔定律246

4.运动电荷的磁场247

5.几种典型的电流分布的磁感应强度247

6.磁场强度251

7.磁场能量252

二、恒定磁场的基本规律252

1.磁场的高斯定理252

2.磁单极子252

3.安培环路定理253

三、磁场对载流导线的作用254

1.安培定律254

2.磁场对平面载流线圈的作用255

3.平行无限长载流直导线间的相互作用力256

4.电流强度单位“安培”的定义256

5.磁力的功256

四、磁场对运动电荷的作用256

1.洛伦兹力257

2.带电粒子在均匀磁场中的运动257

3.带电粒子在非均匀磁场中的运动258

4.霍耳效应259

五、磁介质261

1.磁介质的分类261

2.顺磁质和抗磁质的磁化261

3.磁化强度262

4.铁磁质264

第十三章电磁感应和电磁场268

一、电磁感应定律268

1.电磁感应现象268

2.法拉第电磁感应定律268

3.楞次定律269

二、动生电动势269

1.运动导线内的感应电动势270

2.转动线圈内的感应电动势270

三、自感和互感270

1.自感电动势270

2.自感电路中电流的增长和衰减271

3.自感磁能273

4.互感电动势273

5.互感系数274

6.串联线圈的自感系数274

7.互感磁能275

四、涡电流、趋肤效应275

1.涡电流275

2.趋肤效应276

五、感生电场和位移电流277

1.感生电场277

2.位移电流278

3.麦克斯韦方程组280

第十四章电路283

一、欧姆定律283

1.电流强度和电流密度283

2.电阻285

3.电动势286

4.欧姆定律286

二、基尔霍夫定律288

三、关于电路计算的几个定理289

1.等效电压源定理289

2.等效电流源定理291

3.叠加定理292

4．Y-△电路的等效代换292

四、交流电及简单交流电路293

1.交流电293

2.交流电路中的基本元件294

3.简单交流电路295

五.电功率298

1.直流电的功率298

2.焦耳定律299

3.交流电的功率299

六、温差电现象301

1.泽贝克效应301

2.佩尔捷效应301

3.汤姆孙效应302

第六篇光学303

第十五章几何光学303

一、几何光学基本定律303

1.光线的传播规律303

2.全反射304

3.棱镜与色散304

4.光路可逆原理306

二、费马原理306

1.光程306

2.费马原理表达式306

3.物像之间的等光程性307

三、光学系统的近轴成像307

1.光在单个球面上的折射和反射307

2.薄透镜310

四、像差312

1.球面像差312

2.彗形像差312

3.像散313

4.像场弯曲313

5.畸变313

6.色像差314

五、光度学315

1.辐射能通量和光通量315

2.发光强度和亮度316

3.照度318

六、色度学319

1.颜色视觉319

2.光源的颜色和物体的颜色321

第十六章波动光学323

一、光波的叠加323

1.光波的叠加原理323

2.光的相干叠加和非相干叠加323

3.光的相干条件324

4.获得相干光的方法324

二、杨氏双缝干涉325

1.干涉明暗条纹的位置325

2.双缝干涉的光强分布326

三、薄膜干涉327

1.等倾干涉条纹327

2.等厚干涉条纹328

3.增透膜和高反射膜331

四、迈克尔孙干涉仪333

五、光的衍射334

1.光的衍射现象334

2.衍射现象的分类334

3.惠更斯-菲涅耳原理334

六、单缝和圆孔的夫琅禾费衍射335

1.单缝衍射的明暗条件335

2.单缝衍射的光强分布336

3.圆孔的夫琅禾费衍射337

七、光栅衍射337

1.透射光栅的衍射337

2.X射线在晶体上的衍射339

八、光学仪器的分辨本领340

1.成像仪器的像分辨本领340

2.分光仪器的色分辨本领342

九、自然光和偏振光342

1.光的偏振态342

2.马吕斯定律345

十、获得偏振光的方法345

1.由反射获得线偏振光345

2.由折射获得线偏振光346

3.由晶体的双折射获得线偏振光347

4.椭圆偏振光和圆偏振光的获得350

十一、偏振光的干涉、人为双折射352

1.偏振光的干涉352

2.人为双折射352

3.旋光现象355

第十七章现代光学358

一、傅里叶光学358

1.傅里叶光学和信息论358

2.空间频率359

3.阿贝成像原理和空间滤波359

二、全息照相360

1.全息照相的特点360

2.全息照相的记录和再现360

3.全息照相的应用362

三、非线性光学362

1.非线性光学现象362

2.光学倍频363

3.光学混频364

4.自聚焦364

第七篇近代物理365

第十八章相对论365

一、狭义相对论的基本假设365

1.相对性原理365

2.光速不变原理365

二、狭义相对论的时空观365

1.洛伦兹变换式365

2.爱因斯坦速度变换式367

3.同时的相对性368

4.长度收缩效应368

5.时间延缓效应369

6.双生子佯谬371

三、狭义相对论动力学372

1.相对论质量372

2.狭义相对论动力学方程372

3.相对论的动能372

4.质能关系373

5.相对论能量和动量关系373

四、狭义相对论和电磁场373

1.电荷的相对论不变性373

2.电磁场量的相对论变换关系374

五、广义相对论374

1.广义相对论的基本原理374

2.广义相对论效应及实验验证374

第十九章早期量子理论376

一、普朗克的能量子假设376

1.热辐射的基本概念376

2.基尔霍夫定律和黑体377

3.黑体辐射的基本定律377

4.普朗克的能量子假设378

二、爱因斯坦的光子理论379

1.光电效应的实验规律379

2.爱因斯坦的光子理论379

3.光子380

4.康普顿效应380

三、玻尔的量子假设381

1.定态假设381

2.频率条件382

3.角动量量子化条件382

第二十章量子力学383

一、德布罗意物质波假设、微观粒子的波粒二象性383

二、不确定关系384

三、波函数及其统计解释384

1.波函数384

2.波函数的统计解释385

3.统计解释对波函数的要求385

四、薛定谔方程386

1.含时薛定谔方程386

2.定态薛定谔方程386

五、一维定态问题387

1.无限深方势阱387

2.线性谐振子389

3.势垒穿透、隧道效应390

第二十一章原子和分子物理393

一、玻尔氢原子理论393

1.氢原子光谱的实验规律393

2.玻尔的氢原子理论394

3.氢原子的轨道半径和能量394

4.玻尔理论的缺陷396

二、量子力学中的氢原子问题397

1.量子化条件和量子数397

2.氢原子中电子的概率分布398

三、电子的自旋399

四、多电子原子400

1.四个量子数400

2.原子的电子壳层结构401

3.电子在壳层上的分布401

五、分子光谱和分子能级402

1.分子光谱403

2.分子能级403

六、X射线404

1.X射线发射谱404

2.莫塞莱定律404

3.标识谱的产生405

七、激光405

1.受激吸收、自发辐射和受激辐射405

2.产生激光的基本条件406

3.激光器408

4.激光的特性和应用409

第二十二章固体物理411

一、晶体结构411

1.晶体的特征411

2.晶体空间点阵411

3.晶面与密勒指数412

4.晶系412

二、晶格振动、晶体的热容量413

1.晶格振动413

2.格波414

3.声子414

4.晶体的热容量414

三、固体的能带理论416

1.电子共有化416

2.能带的形成416

3.满带、导带和禁带417

4.导体、半导体和绝缘体的能带结构419

四、半导体420

1.本征半导体420

2.杂质半导体421

3.p-n结422

五、超导体423

1.超导电现象423

2.超导体的主要特性424

3.超导电性的BCS理论426

4.超导电性的应用426

第二十三章原子核物理和粒子物理427

一、原子核的基本性质427

1.原子核的组成427

2.原子核的电荷427

3.原子核的质量427

4.原子核的大小428

5.核力428

二、原子核的结合能、裂变和聚变429

1.原子核的结合能429

2.重核的裂变430

3.轻核的聚变431

三、原子核的放射性衰变433

1.放射性衰变现象433

2.放射性衰变定律434

3.放射性强度的单位435

四、粒子物理436

1.粒子的分类436

2.粒子间的相互作用441

3.粒子的守恒定律443

4.强子结构的夸克模型443

附录A诺贝尔物理学奖获得者一览表446

附录B常用物理公式463

附录C常用物理量数据表491

Ⅰ力学491

表Ⅰ.1 一些事物的空间尺度491

表Ⅰ.2 一些事物的时间尺度492

表Ⅰ.3 一些事物的速度492

表Ⅰ.4 一些物体的转速493

表Ⅰ.5 一些物体的加速度494

表Ⅰ.6 一些城市的重力加速度495

表Ⅰ.7 不同高度、不同纬度的重力加速度495

表Ⅰ.8 一些物体的质量496

表Ⅰ.9 一些力的量级497

表Ⅰ.10 滑动摩擦的摩擦系数497

表Ⅰ.11 物体之间或车辆在道路上的滚动摩擦系数498

表Ⅰ.12 一些功率的量级499

表Ⅰ.13 一些物体动能的量级500

表Ⅰ.14 能量的大小举例500

表Ⅰ.15 几种材料的恢复系数501

表Ⅰ.16 一些物体的角动量的量级501

表Ⅰ.17 一些事物的压强502

表Ⅰ.18 某些金属的弹性限度和最大弹性伸长503

表Ⅰ.19 常用材料的极限强度504

Ⅱ声学505

表Ⅱ.1 某些振动或作周期运动系统的周期505

表Ⅱ.2 某些声音(或波)的频率506

表Ⅱ.3 声音的传播速度507

表Ⅱ.4 声音的声强级及其响度509

表Ⅱ.5 音阶510

表Ⅱ.6某些材料的吸声系数510

表Ⅱ.7 一些介质的声阻抗512

Ⅲ热学512

表Ⅲ.1 某些物体的温度512

表Ⅲ.2 国际实用温标定义固定点513

表Ⅲ.3 气体和蒸汽分子的基本常数514

表Ⅲ.4 气体的密度515

表Ⅲ.5 液体的密度517

表Ⅲ.6 固体的密度519

表Ⅲ.7 固体的膨胀系数522

表Ⅲ.8 液体的体胀系数523

表Ⅲ.9 气体的体胀系数和压强系数523

表Ⅲ.10 气体压强跟体积的关系524

表Ⅲ.11 液体的压缩率524

表Ⅲ.12 液态物质的表面张力系数525

表Ⅲ.13 固体的比热526

表Ⅲ.14 液体的比热527

表Ⅲ.15 水、冰和水银在不同温度下的比热528

表Ⅲ.16 气体的定压比热和定体比热528

表Ⅲ.17 物质的熔点529

表Ⅲ.18 物质的熔解热531

表Ⅲ.19 物质的沸点532

表Ⅲ.20 物质的汽化热533

表Ⅲ.21 水的汽化热和温度的关系534

表Ⅲ.22 不同温度下饱和水汽的压强和密度535

表Ⅲ.23 不同温度下一些液体的饱和气压537

表Ⅲ.24 物质的临界温度和临界压强538

表Ⅲ.25 空气的相对湿度539

表Ⅲ.26 常用燃料的燃烧值540

表Ⅲ.27 物质的导热系数541

表Ⅲ.28 物质的粘性系数543

表Ⅲ.29 气体的扩散系数543

表Ⅲ.30 固体的扩散系数544

表Ⅲ.31 一些物质的三相点545

表Ⅲ.32 能量转换效率546

Ⅳ电磁学546

表Ⅳ.1 静电的摩擦次序546

表Ⅳ.2 有关雷电的一些参考数据547

表Ⅳ.3 电介质的相对电容率548

表Ⅳ.4 电介质的绝缘强度549

表Ⅳ.5 导体的电阻率550

表Ⅳ.6 绝缘体的电阻率551

表Ⅳ.7 某些金属的电阻温度系数552

表Ⅳ.8 温差电动势553

表Ⅳ.9 温差电系数554

表Ⅳ.10 一些金属的逸出功555

表Ⅳ.11 锗、硅的一些性质555

表Ⅳ.12 锗和硅中的杂质的电离能556

表Ⅳ.13 等离子体举例558

表Ⅳ.14 超导元素的临界温度和临界磁场559

表Ⅳ.15 超导合金和化合物临界温度和临界磁场559

表Ⅳ.16 高温超导体的临界温度560

表Ⅳ.17 某些磁场的磁感应强度561

表Ⅳ.18 顺磁质和抗磁质的相对磁导率562

表Ⅳ.19 一些软磁材料的性质563

表Ⅳ.20 一些硬磁材料的性质564

表Ⅳ.21 非铁磁金属的霍耳系数565

Ⅴ光学565

表Ⅴ.1 气体和液体的折射率565

表Ⅴ.2 常用晶体及光学玻璃的折射率566

表Ⅴ.3某些单轴双折射晶体的折射率566

表Ⅴ.4 最强的一些夫琅禾费谱线567

表Ⅴ.5 某些元素的标识谱线568

表Ⅴ.6 某些液体的克尔常量570

表Ⅴ.7 某些旋光物质的费尔德常量570

表Ⅴ.8 固体的旋光率570

表Ⅴ.9 液体的比旋光率571

表Ⅴ.10 关于照度的一些数据572

表Ⅴ.11 一些实际光源的亮度572

表Ⅴ.12 星等表573

表Ⅴ.13 一些恒星发光颜色与温度573

表Ⅴ.14 视见函数表573

表Ⅴ.15 几种金属材料的红限574

Ⅵ原子和原子核物理574

表Ⅵ.1 某些原子的半径和质量574

表Ⅵ.2 原子内电子的分布577

表Ⅵ.3 常用的放射性同位素580

表Ⅵ.4 某些核转变的反应能量581

Ⅶ天文方面的有关资料582

表Ⅶ.1 地球、太阳和月球的资料582

表Ⅶ.2 太阳系大行星的轨道和物理要素584

附录D 基本物理常数585

参考书目596