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绪论1

前言页1

第一章 质点的运动4

1-1 质点和参考系4

一、质点4

二、参考系5

1-2 描述质点运动的物理量5

一、时刻和时间5

三、位移和路程6

二、位置矢量6

四、速度和速率8

五、加速度10

1-3 描述质点运动的坐标系12

一、直角坐标系12

二、平面极坐标系17

三、自然坐标系21

一、牛顿第一定律23

1-4 牛顿运动定律23

二、牛顿第二定律24

三、牛顿第三定律26

1-5 力学中常见的力27

一、万有引力27

二、弹性力30

三、摩擦力33

1-6 伽利略相对性原理36

一、伽利略相对性原理36

二、伽利略变换37

三、惯性力39

习题43

第二章 机械能守恒定律48

2-1 功和功率48

一、功48

二、功率50

2-2 动能和动能定理52

2-3 势能55

一、引力势能和重力势能55

二、弹力势能57

三、保守力58

四、势能曲线59

2-4 机械能守恒定律61

一、功能原理61

二、机械能守恒定律63

习题68

第三章 动量守恒定律71

3-1 动量和动量定理71

3-2 质点系动量定理和质心运动定理74

一、质点系动量定理74

二、质心76

三、质心运动定理77

3-3 动量守恒定律78

二、完全弹性碰撞81

3-4 碰撞81

一、碰撞现象81

三、完全非弹性碰撞83

3-5 运载火箭的运动84

习题86

第四章 角动量守恒定律89

4-1 力矩89

一、力矩的一般意义89

二、力对轴的力矩90

4-2 质点角动量守恒定律91

一、角动量91

二、角动量定理92

三、质点角动量守恒定律93

4-3 质点系角动量守恒定律96

习题99

一、平动和转动101

5-1 刚体的运动101

第五章 刚体和流体101

二、刚体的定轴转动102

5-2 刚体动力学103

一、刚体的转动动能103

二、刚体的转动惯量104

三、力矩作的功107

四、动能定理109

五、转动定理109

5-3 定轴转动刚体的角动量守恒定律113

一、刚体对转轴的角动量113

二、刚体对转轴的角动量定理113

三、刚体对转轴的角动量守恒定律114

5-4 固体的形变和弹性115

一、固体在外力作用下的一般情形115

二、固体的弹性形变116

一、流体的压强118

5-5 理想流体及其运动规律118

二、关于理想流体的几个概念120

三、理想流体的连续性方程121

四、伯努利方程123

5-6 黏性流体的运动127

一、流体的黏性127

二、黏性流体的运动规律130

四、湍流和雷诺数131

三、泊肃叶定律131

五、斯托克斯黏性公式132

习题133

第六章 振动和波动136

6-1 简谐振动136

一、简谐振动的基本特征136

二、描述简谐振动的特征量138

三、简谐振动的矢量图解法和复数解法139

四、简谐振动的能量142

一、同一直线上两个同频率简谐振动的合成145

6-2 简谐振动的叠加145

二、同一直线上两个频率相近的简谐振动的合成147

三、两个互相垂直的简谐振动的合成149

四、振动的分解152

6-3 阻尼振动、受迫振动和共振153

一、阻尼振动153

二、受迫振动155

三、共振156

6-4 关于波动的基本概念158

一、波的产生和传播158

二、横波和纵波158

三、波线和波面159

四、波速、波长以及波的周期和频率160

五、波动所遵从的基本原理161

6-5 简谐波163

一、一维波动方程166

6-6 波动方程和波的能量166

二、波的能量170

三、波的能流和能流密度171

6-7 波的干涉172

一、波的干涉现象和规律172

二、驻波174

6-8 多普勒效应177

一、多普勒效应177

一、声波181

二、冲击波181

6-9 声波、超声波和次声波181

二、超声波和次声波185

习题187

第七章 狭义相对论192

7-1 狭义相对论的基本原理192

一、伽利略变换与经典时空观念192

二、狭义相对论产生的背景和条件193

三、狭义相对论的基本原理194

7-2 狭义相对论的时空观197

一、同时性的相对性197

二、时间延缓效应198

三、长度收缩效应198

四、速度变换法则200

7-3 狭义相对论动力学201

一、质速关系201

二、相对论动力学基本方程203

三、质能关系204

四、能量-动量关系205

习题206

第八章 气体、固体和液体的基本性质208

8-1 气体动理论和理想气体模型208

一、气体的分子状况208

二、理想气体模型210

三、理想气体状态的描述211

8-2 理想气体的压强和温度213

一、理想气体的压强公式213

二、热力学第零定律215

三、温度的微观解释216

8-3 理想气体的内能218

一、分子运动自由度218

二、能量均分定理219

三、理想气体的内能220

8-4 麦克斯韦速率分布律222

一、麦克斯韦速率分布律222

二、用速率分布函数求分子速率的统计平均值223

三、麦克斯韦速率分布律的实验验证225

8-5 范德瓦耳斯方程226

一、范德瓦耳斯方程的导出226

二、范德瓦耳斯等温线和临界点229

一、气体分子的碰撞频率和平均自由程231

8-6 气体内的输运过程231

二、黏性233

三、热传导236

四、扩散237

8-7 固体的性质及晶体结构的一般概念238

一、固体的一般性质238

二、关于晶体结构的一些概念240

一、晶体的结合242

8-8 晶体中粒子的相互作用242

二、结合力的共同特征245

8-9 非晶态固体的结构和应用247

一、非晶态固体的微观结构247

二、非晶态固体的应用250

8-10 液体和液晶的微观结构251

一、液体的微观结构251

二、液晶的类型和结构253

一、表面张力254

8-11 液体的表面性质254

二、弯曲液面下的附加压强257

三、与固体接触处液面的性质258

四、毛细现象259

习题261

第九章 电荷和静电场265

9-1 电荷和库仑定律265

一、电荷265

二、库仑定律267

9-2 电场和电场强度269

一、电场269

二、电场强度269

三、电场强度的计算270

9-3 高斯定理275

一、电场线275

二、电通量276

三、高斯定理278

一、静电场属于保守场282

9-4 电势及其与电场强度的关系282

二、电势能、电势差和电势284

三、电势的计算285

四、等势面287

五、电势与电场强度的关系288

9-5 静电场中的金属导体291

一、金属导体的静电平衡291

二、导体表面的电荷和电场293

三、导体空腔294

四、导体静电平衡性质的应用295

9-6 电容和电容器298

一、孤立导体的电容298

二、电容器298

三、电容的计算299

四、电容器的联接301

一、电介质的极化302

9-7 静电场中的电介质302

二、极化强度矢量303

三、极化强度与极化电荷的关系303

四、极化电荷对电场的影响304

五、电介质存在时的高斯定理306

六、边界条件307

9-8 静电场的能量311

习题314

一、电流强度和电流密度320

第十章 电流和恒磁场320

10-1 恒定电流条件和导电规律320

二、电流的连续性方程和恒定电流条件322

三、导体的电阻323

四、导体的电阻率323

五、欧姆定律325

六、电功率和焦耳定律325

七、电动势326

一、磁现象327

10-2 磁场和磁感应强度327

二、磁感应强度328

三、磁感应线和磁通量330

10-3 毕奥-萨伐尔定律331

10-4 磁场的高斯定理和安培环路定理334

一、磁场的高斯定理334

二、安培环路定理335

10-5 磁介质的磁化338

一、物质磁性的概述338

二、磁化的磁介质内的磁感应强度339

三、磁化强度与磁化电流的关系340

四、有磁介质存在时的安培环路定理342

五、边界条件343

10-6 抗磁性345

10-7 铁磁性347

二、居里温度348

三、铁磁体内的磁畴结构348

一、自发磁化强度348

四、磁滞现象349

习题350

习题答案354

附录367

(一)物理学常用常量367

(二)矢量分析中的常用关系式369

(三)国际单位制的有关规定371

索引372

第十一章 电与磁的相互作用和相互联系387

11-1 电磁感应及其基本规律387

一、电磁感应现象387

二、电磁感应定律389

三、感应电动势390

11-2 互感和自感394

一、互感现象394

二、自感现象395

一、涡流397

11-3 涡流和趋肤效应397

二、趋肤效应398

11-4 磁场的能量399

11-5 磁场对电流的作用402

一、安培定律402

二、两平行长直电流之间的相互作用403

三、磁场对载流线圈的作用404

11-6 带电粒子在磁场中的运动406

一、洛伦兹力和粒子的运动方程406

二、带电粒子在匀强磁场中的运动407

三、带电粒子比荷的测定408

四、霍耳效应410

五、电子感应加速器413

11-7 运动电荷激发的电磁场414

一、不同参考系之间电磁场的变换414

二、运动点电荷激发的电场415

三、运动点电荷激发的磁场417

一、超导体的主要电磁特性419

11-8 超导体的电磁特性419

二、对超导体主要电磁特性的解释420

11-9 麦克斯韦电磁理论424

一、位移电流424

二、麦克斯韦方程组426

11-10 电磁波的产生和传播428

一、从电磁振荡到电磁波428

二、偶极振子发射的电磁波429

三、赫兹实验429

四、电磁波的波谱430

11-11 电磁波理论431

11-12 电磁场的能量和动量434

一、电磁场的能量密度和能流密度434

二、电磁场的动量和光压437

习题440

一、基尔霍夫第一定律445

12-1 基尔霍夫定律445

第十二章 电路和磁路445

二、基尔霍夫第二定律446

三、注意几个问题447

12-2 交流电和交流电路的基本概念448

一、交流电的类型448

二、描述简谐交流电的特征量449

三、单元件的阻抗和相位差450

12-3 交流电路的矢量图解法453

一、串联电路453

二、并联电路454

12-4 交流电路的复数解法456

一、交流电简谐量与复数的对应关系456

二、元件和电路的复阻抗457

三、交流电路的基尔霍夫方程组及其复数形式458

12-5 交流电的功率460

一、平均功率和有功功率460

二、视在功率和无功功率461

三、提高功率因数的意义和方法462

12-6 串联共振电路464

一、串联共振现象464

二、串联共振电路的品质因数(Q值)465

三、串联共振电路的频率选择性466

12-7 磁路和磁路定律467

一、在磁介质分界面上磁感应线的折射467

二、磁路的概念468

三、磁路定律469

习题470

第十三章 波动光学473

13-1 光波及其相干条件473

一、光波473

二、光程475

三、相干条件476

四、获得相干光波的方法477

一、杨氏实验478

13-2 分波前干涉478

二、对干涉条纹可见度的分析480

13-3 分振幅干涉484

一、薄膜干涉484

二、迈克耳孙干涉仪488

13-4 惠更斯-菲涅耳原理和衍射现象分类491

一、惠更斯-菲涅耳原理491

二、衍身现象的分类492

13-5 单缝和圆孔的夫琅禾费衍射493

一、单缝的夫琅禾费衍射493

二、圆孔的夫琅禾费衍射496

13-6 衍射光栅497

13-7 衍射规律的应用502

一、光学系统分辨本领的分析502

二、X射线在晶体中的衍射503

13-8 信息光学505

一、光学信息处理505

二、全息照相508

13-9 光的偏振态511

一、自然光和线偏振光511

二、部分偏振光512

三、椭圆偏振光和圆偏振光512

13-10 偏振光的获得和检测513

一、偏振光的获得513

二、偏振光的检测516

一、旋光现象518

13-11 旋光现象和电磁场的光效应518

二、磁致旋光效应519

三、电光效应520

13-12 光的吸收、色散和散射521

一、光的吸收521

二、光的色散523

三、光的散射525

习题526

一、热辐射530

第十四章 波与粒子530

14-1 黑体辐射530

二、黑体辐射的基本规律532

三、普朗克辐射公式和能量子的概念533

14-2 光电效应535

一、光电效应的实验规律535

二、经典理论遇到的困难537

三、爱因斯坦的光子论及其对光电效应的解释538

14-3 康普顿效应540

一、康普顿效应及其观测540

二、光子论对康普顿效应的解释541

三、光的波粒二象性542

14-4 氢原子光谱和玻尔的量子论544

一、原子的核型结构模型及其与经典理论的矛盾544

二、氢原子光谱的规律性545

三、玻尔的量子论547

一、德布罗意波及其实验观测549

14-5 微观粒子的波动性549

二、不确定关系551

习题554

第十五章 量子力学基础557

15-1 波函数及其统计诠释557

15-2 薛定谔方程560

一、含时薛定谔方程560

二、定态薛定谔方程562

三、概率守恒和概率流密度矢量563

15-3 力学量的算符表示和平均值564

一、力学量的算符表示564

二、本征函数、本征值和平均值565

15-4 一维势阱和势垒问题566

一、一维无限深方势阱566

二、势垒穿透和隧道效应569

一、一维谐振子的定态薛定谔方程572

15-5 一维谐振子问题572

二、一维谐振子的本征函数和能量本征值573

15-6 氢原子576

一、有心力场中的薛定谔方程576

二、角动量的本征函数和相应的量子数578

三、径向波函数和氢原子的能级580

四、能量的本征函数和能级的简并度581

五、类氢离子583

15-7 氢原子中电子的概率分布583

一、电子概率的径向分布583

二、电子概率的角度分布585

习题586

第十六章 电子的自旋和原子的壳层结构588

16-1 原子的轨道磁矩和正常塞曼效应588

一、原子的轨道磁矩588

二、外磁场对轨道磁矩的作用和正常塞曼效应590

一、施特恩-格拉赫实验592

16-2 电子的自旋592

二、电子自旋和自旋磁矩594

三、碱金属原子光谱的精细结构595

四、自旋-轨道相互作用596

五、单电子体系的原子磁矩599

六、反常塞曼效应600

16-3 LS耦合和jj耦合601

一、原子的电子组态601

二、LS耦合602

三、jj耦合604

四、选择定则605

16-4 原子的壳层结构606

一、元素性质的周期性606

二、原子中电子的壳层结构607

三、原子的基态609

一、X射线的发射和发射谱610

16-5 X射线610

二、俄歇电子和同步辐射613

16-6 激光614

一、激光原理614

二、激光的应用617

习题618

第十七章 热力学与统计物理学概述620

17-1 热力学第一定律620

一、热力学中的基本概念620

二、热力学第一定律624

三、热容和焓625

17-2 理想气体的热力学过程626

一、等体过程626

二、等压过程627

三、等温过程628

四、绝热过程628

五、多方过程630

一、循环633

17-3 卡诺循环633

二、卡诺循环634

17-4 热力学第二定律636

一、可逆过程和不可逆636

二、热力学第二定律的两种表述638

三、热力学第二定律的实质639

17-5 卡诺定理640

一、熵的概念642

17-6 熵增加原理642

二、熵增加原理和热力学基本关系式644

三、理想气体的熵645

17-7 自由能和自由焓648

一、自由能和最大功原理648

二、自由焓和化学势649

17-8 热力学第三定律650

一、获得超低温的有效方法650

二、热力学第三定律651

17-9 统计物理学的基本概念654

一、粒子运动状态的描述654

二、系统微观运动状态的描述656

三、三种系统及其微观态数657

四、等概率假设659

17-10 玻耳兹曼统计659

一、玻耳兹曼系统的最概然分布--玻耳兹曼分布659

二、麦克斯韦速度分布律661

三、在重力场中粒子按高度的分布662

四、固体的热容和爱因斯坦理论664

17-11 玻色统计和费米统计665

一、玻色系统和费米系统的最概然分布665

二、光子气体666

三、玻色-爱因斯坦凝聚669

四、金属中的自由电子气体671

五、晶格振动--声子以及元激发的概念673

习题675

第十八章 原子核和粒子679

18-1 原子核的一般性质679

一、原子核的组成679

二、原子核的质量数和电荷数680

三、原子核的大小和形状681

18-2 原子核的量子性质682

一、原子核的自旋和磁矩682

二、核磁共振683

三、原子核的电四极矩684

四、原子核的宇称和统计性685

18-3 核力686

一、核力的性质686

二、核力的介子场理论687

三、核力的夸克模型688

18-4 原子核的结构模型概述689

一、壳层模型689

二、集体模型691

18-5 原子核的稳定性和结合能693

一、核素图和β稳定线693

二、原子核的结合能694

三、结合能的释放和利用696

18-6 原子核衰变的基本规律699

一、放射性衰变699

二、放射性衰变的规律700

三、放射系703

18-7 三类放射性衰变704

一、α衰变和衰变能的概念704

二、β衰变和中微子假说706

三、γ衰变和穆斯堡尔效应709

四、放射性同位素的应用712

18-8 对粒子的探索和研究714

18-9 粒子及其相互作用719

一、关于“基本”粒子719

二、粒子内在属性的描述720

三、物质存在的基本形式723

四、粒子的相互作用724

五、粒子的分类724

六、强子结构的夸克模型725

18-10 粒子物理的标准模型726

一、三代费米子727

二、基本相互作用727

三、规范玻色子728

习题729

习题答案732

附录740

(一)物理学常用常量740

(二)矢量分析中的常用关系式742

(三)国际单位制的有关规定744

主要参考资料745

索引746