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第0章 物理学导论1

0.1 改变世界的物理学1

0.1.1 物理学与科学技术1

0.1.2 物理学改善人们的物质生活3

0.1.3 物理学改变人们对世界的认识3

0.2 物理学及发展概况4

0.2.1 物理学是自然科学的基础4

0.2.2 物理学的研究内容4

0.2.3 物理学的发展简介4

0.2.4 物理学的发展趋势5

0.3 物理学与人才培养5

0.3.1 物理学的特征5

0.3.2 物理学是科学的世界观和方法论的基础6

0.3.3 学习物理学的方法6

0.4 单位制和量纲6

0.5 矢量和标量简介8

0.5.1 矢量和标量8

0.5.2 矢量的运算8

第1章 质点的运动与力12

1.1 质点运动的描述12

1.1.1 物理模型——坐标系12

1.1.2 质点运动的描述13

1.2 平面曲线运动 圆周运动19

1.2.1 切向加速度和法向加速度19

1.2.2 圆周运动 角量21

1.2.3 线量与角量的关系22

1.3 相对运动23

1.4 力学中几种常见的力24

1.4.1 万有引力25

1.4.2 弹性力25

1.4.3 摩擦力26

1.5 牛顿运动定律27

1.5.1 牛顿第一定律27

1.5.2 牛顿第二定律27

1.5.3 牛顿第三定律28

1.6 牛顿定律的应用举例29

习题132

第2章 运动的守恒量与守恒定律40

2.1 动量与冲量40

2.1.1 动量40

2.1.2 冲量40

2.1.3 质点的动量定理41

2.1.4 质点系的动量定理43

2.1.5 质点系的动量守恒定律44

2.2 功46

2.2.1 功46

2.2.2 功率47

2.2.3 一对作用力和反作用力的功48

2.2.4 摩擦力的功48

2.3 动能定理48

2.3.1 质点的动能和动能定理48

2.3.2 质点系的动能定理49

2.4 保守力 势能50

2.4.1 保守力做功50

2.4.2 势能52

2.5 机械能守恒定律 能量守恒与转换定律52

2.5.1 功能原理52

2.5.2 机械能守恒定律53

2.5.3 能量守恒定律53

2.5.4 功能原理及能量守恒定律应用举例54

习题255

第3章 刚体的定轴转动61

3.1 刚体运动的描述61

3.1.1 刚体的运动61

3.1.2 描述刚体转动的角量62

3.2 刚体绕定轴的转动定律64

3.2.1 力矩64

3.2.2 刚体定轴转动定律66

3.2.3 转动惯量68

3.2.4 刚体定轴转动的应用举例70

3.3 刚体的动能和势能72

3.3.1 刚体定轴转动的动能72

3.3.2 刚体的重力势能72

3.3.3 刚体的机械能守恒定律73

3.4 刚体的角动量 角动量守恒定律73

3.4.1 质点对轴的角动量（动量矩）73

3.4.2 质点的角动量（动量矩）定理73

3.4.3 质点的角动量守恒定律74

3.4.4 刚体定轴转动的角动量75

3.4.5 刚体定轴转动的角动量定理75

3.4.6 刚体的角动量守恒定律76

习题378

第4章 机械振动83

4.1 简谐振动及描述83

4.1.1 简谐振动的基本特征83

4.1.2 描述简谐振动的特征量84

4.1.3 旋转矢量法87

4.2 常见的几种简谐振动88

4.2.1 弹簧振子88

4.2.2 单摆和复摆88

4.3 简谐运动的能量89

4.3.1 系统的动能89

4.3.2 系统的势能90

4.3.3 系统的机械能90

4.4 简谐运动的合成91

4.4.1 两个同方向、同频率简谐运动的合成91

4.4.2 两个同方向、不同频率简谐运动的合成92

4.4.3 拍93

4.5 阻尼振动、受迫振动、共振94

4.5.1 阻尼振动94

4.5.2 受迫振动95

4.5.3 共振96

习题496

第5章 机械波100

5.1 机械波的形成和传播100

5.1.1 机械波的产生和传播100

5.1.2 波动的描述101

5.2 平面简谐波102

5.2.1 平面简谐波的波函数102

5.2.2 波函数的物理意义103

5.3 惠更斯原理、波的干涉105

5.3.1 惠更斯原理105

5.3.2 波的叠加原理、波的干涉106

5.4 驻波108

5.4.1 驻波的产生108

5.4.2 驻波的波函数109

5.4.3 相位跃变、半波损失110

5.4.4 驻波的能量111

5.5 多普勒效应112

5.5.1 波源S相对于介质静止，观察者A以速度v0相对于介质运动112

5.5.2 观察者相对于介质静止，波源S以速度vs相对于介质运动112

5.5.3 波源S和观察者同时相对于介质运动113

5.5.4 冲击波114

习题5115

第6章 热力学基础118

6.1 热力学基本概念118

6.1.1 热力学系统118

6.1.2 状态参量118

6.1.3 平衡态119

6.1.4 准静态过程119

6.1.5 理想气体的物态方程120

6.2 内能 功和热量121

6.2.1 准静态过程的功121

6.2.2 准静态过程中热量的计算121

6.2.3 内能122

6.3 热力学第一定律122

6.4 热力学第一定律在理想气体等值过程中的应用123

6.4.1 等体过程123

6.4.2 等压过程124

6.4.3 等温过程125

6.5 绝热过程126

6.6 循环过程 卡诺循环128

6.6.1 循环过程128

6.6.2 热机及正循环128

——6.6.3 制冷机及逆循环129

6.6.4 卡诺循环130

6.7 热力学第二定律131

6.7.1 可逆过程与不可逆过程131

6.7.2 热力学第二定律132

习题6133

第7章 气体动理论基础137

7.1 分子热运动理论137

7.2 理想气体的压强公式137

7.2.1 理想气体的分子模型137

7.2.2 理想气体的压强公式138

7.3 温度的微观本质139

7.4 能量均分定理 理想气体的内能140

7.4.1 分子的自由度140

7.4.2 能量均分定理140

7.4.3 理想气体的内能141

7.5 麦克斯韦气体分子速率分布141

7.5.1 分子运动的图景142

7.5.2 麦克斯韦速率分布律142

第8章 真空中的静电场148

8.1 电荷的基本性质148

8.1.1 电荷及相互作用148

8.1.2 电荷的量子性148

8.1.3 电荷守恒定律149

8.1.4 电荷的相对论不变性149

8.2 库仑定律149

8.2.1 库仑定律的表述149

8.2.2 电场力的叠加原理150

8.3 电场、电场强度151

8.3.1 静电场151

8.3.2 电场强度及叠加原理151

8.3.3 电偶极子的电场强度153

8.4 电通量、高斯定理156

8.4.1 电场线156

8.4.2 电通量157

8.4.3 高斯定理159

8.4.4 高斯定理的应用160

8.5 静电场的环路定理164

8.5.1 静电力做功164

8.5.2 静电场的环路定理165

8.6 电势能、电势165

8.6.1 电势能165

8.6.2 电势166

8.6.3 电势差166

8.6.4 电势的计算167

习题8170

第9章 静电场中的导体与电介质176

9.1 静电场中的导体176

9.1.1 导体的静电感应 静电平衡176

9.1.2 静电平衡时导体上电荷的分布177

9.1.3 导体表面电场强度178

9.1.4 孤立导体表面的电荷分布178

9.1.5 静电屏蔽179

9.1.6 有导体存在时的静电场分布180

9.2 静电场中的电介质182

9.2.1 电介质及其极化182

9.2.2 电极化强度184

9.2.3 电介质中的电场强度、极化电荷与自由电荷的关系184

9.3 电容、电容器185

9.3.1 孤立导体的电容185

9.3.2 电容器186

9.3.3 电介质对电容的影响——相对电容率189

9.3.4 电介质的击穿189

9.4 电介质中的高斯定理、电位移190

9.4.1 电介质中的高斯定理190

9.4.2 电位移190

9.5 静电场的能量191

9.5.1 电容器储存的电能191

9.5.2 静电场的能量、能量密度191

习题9193

第10章 恒定电流的磁场196

10.1 恒定电流196

10.1.1 电流、电流密度196

10.1.2 电阻定律、欧姆定律的微分形式197

10.1.3 稳恒电场的建立199

10.2 恒定电流的磁场 毕奥—萨伐尔定律200

10.2.1 磁的基本现象201

10.2.2 磁场 磁感应强度201

10.2.3 毕奥—萨伐尔定律202

10.2.4 载流线圈的磁矩204

10.2.5 运动电荷的磁场205

10.3 磁场的高斯定理206

10.3.1 磁通量206

10.3.2 磁场的高斯定理207

10.4 磁场的安培环路定理208

10.4.1 安培环路定理208

10.4.2 安培环路定理的应用举例209

10.5 带电粒子在磁场中的运动211

10.5.1 带电粒子在电场和磁场中所受的力211

10.5.2 带电粒子在磁场中的运动212

10.5.3 霍尔效应213

10.6 磁场对电流及载流线圈的作用214

10.6.1 磁场对电流的作用214

10.6.2 两无限长平行载流直导线间的相互作用 电流单位“安培”的定义216

10.6.3 磁场对载流线圈的作用217

习题10217

第11章 磁场中的磁介质223

11.1 磁介质的磁化 磁化强度223

11.2 磁介质中的安培环路定理225

11.3 铁磁质226

习题11228

第12章 电磁感应 电磁波230

12.1 电磁感应现象 法拉第电磁感应定律230

12.1.1 电磁感应现象230

12.1.2 法拉第电磁感应定律230

12.1.3 楞次定律231

12.2 动生电动势233

12.3 感生电动势、感生电场235

12.3.1 感生电场235

12.3.2 感生电动势235

12.3.3 涡电流及应用236

12.4 自感和互感237

12.4.1 自感电动势、自感238

12.4.2 互感电动势、互感239

12.5 磁场的能量240

12.5.1 自感的储能241

12.5.2 磁场能量密度241

12.6 Maxwell电磁场理论简介243

12.6.1 位移电流和全电流243

12.6.2 电磁场、Maxwell电磁场方程组246

习题12246

第13章 波动光学基础252

13.1 光的微粒说与波动说简介252

13.1.1 光的微粒学说252

13.1.2 光的波动学说的崛起253

13.1.3 光的波动说的困难254

13.2 光源、光的相干性254

13.2.1 光源254

13.2.2 相干光254

13.2.3 光程和光程差255

13.3 杨氏双缝干涉257

13.3.1 杨氏双缝干涉实验257

13.3.2 杨氏双缝干涉条纹特征257

13.4 薄膜的等倾干涉259

13.4.1 薄膜等倾干涉的光路259

13.4.2 薄膜干涉特征260

13.4.3 相邻条纹对应薄膜厚度差261

13.4.4 薄膜等倾干涉的应用261

13.5 薄膜的等厚干涉262

13.5.1 劈尖干涉262

13.5.2 牛顿环265

13.6 光的衍射、惠更斯—菲涅耳原理267

13.6.1 光的衍射267

13.6.2 惠更斯—菲涅耳原理267

13.6.3 衍射分类267

13.7 单缝的夫琅禾费衍射268

13.7.1 半波带法268

13.7.2 衍射条纹特征269

13.8 圆孔衍射 光学仪器的分辨本领271

13.8.1 圆孔衍射271

13.8.2 光学仪器的分辨本领271

习题13273

第14章 狭义相对论基础277

14.1 经典时空观 伽利略变换277

14.1.1 牛顿力学的时空观277

14.1.2 伽利略变换277

14.1.3 经典力学的相对性原理278

14.1.4 经典力学的困难278

14.2 狭义相对论的基本原理279

14.2.1 狭义相对论的基本假设279

14.2.2 洛伦兹变换式279

14.2.3 狭义相对论的时空观280

14.3 狭义相对论的动力学基础283

14.3.1 相对论力学的基本方程283

14.3.2 质量—能量关系式284

14.3.3 动量和能量关系式285

习题14286

第15章 量子物理基础288

15.1 黑体辐射、普朗克的量子假说288

15.1.1 黑体辐射288

15.1.2 黑体辐射的基本规律289

15.1.3 普朗克假设和普朗克黑体辐射公式291

15.2 光电效应、康普顿效应292

15.2.1 光电效应实验的规律292

15.2.2 爱因斯坦的光量子论293

15.2.3 康普顿效应294

15.2.4 光的波粒二象性295

15.3 德布罗意波、实物粒子的二象性295

15.4 不确定关系297

习题15298

第16章 物理学原理在工程技术中的应用301

16.1 摩擦与自锁——螺旋千斤顶301

16.2 跳台跳水游泳池的深度设计302

16.3 汽车的动力学303

16.3.1 汽车的驱动力303

16.3.2 汽车的打滑303

16.3.3 翻车的动力学分析304

16.4 超导与磁悬浮列车304

16.5 雷达、微波通信和光纤通信306

16.5.1 雷达306

16.5.2 激光雷达307

16.5.3 微波通信与光纤通信307

16.6 物理学与激光技术308

16.7 物理学与新能源技术312

16.7.1 风能312

16.7.2 磁流体发电技术314

16.7.3 水力发电技术314

16.7.4 核能315

16.7.5 太阳能——永恒的能源315

附：习题参考答案318

参考文献329