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第1章　引言1

目录1

1-1 标准1

简明目录1

第1章　引言1

1-2　单位制3

1-3　量纲、单位和精确度4

1-4　解题方法8

2-1　标量和矢量11

第2章　矢量11

第2章　矢量11

2-2　矢量作图加法13

2-3　单位矢量和矢量分量15

2-4　矢量加法，分解法17

评述：矢量和J．威拉德·吉布斯19

第3章　一维运动25

第3章　一维运动25

3-1　位矢和位移26

3-2　速度和速率28

3-3　匀速运动31

3-4　加速度31

3-5　匀加速运动35

3-6 自由下落39

3-7　变加速，数值计算法41

评述：循序渐进学物理43

第4章　二维空间运动54

第4章 二维空间运动54

4-1　位置、速度和加速度55

4-2　恒定加速度：抛体运动58

4-3　匀速圆周运动62

4-4　相对运动64

4-5　空气阻力，数值方法67

评述：伽利略68

近代物理的精彩片段：黑夜天空的78

佯谬78

第5章　牛顿运动定律82

第5章　牛顿运动定律82

5-1 力和质量82

5-2　牛顿第一定律85

5-3　牛顿第二定律88

5-4　牛顿第三定律89

5-5 由地球产生的重量和引力92

5-6　解题方法：力学93

评述：经典力学与决定论96

第6章　牛顿运动定律的应用108

6-1　接触力：正压力和摩擦力108

第6章　牛顿运动定律的应用108

6-2　匀速圆周运动的动力学114

6-3　地球的自转117

评述：艾萨克·牛顿119

第7章　牛顿的万有引力定律130

第7章　牛顿的万有引力定律130

7-1　万有引力定律131

7-2　引力常量G134

7-3　引力和惯性质量137

7-4　地球表面g值的变化138

7-5　引力场139

7-6　轨道，数值方法141

7-7　引力定律的发现144

评述：基本力和统一论145

第8章　功和能159

8-1　恒力做功159

第8章　功和能159

8-2　点积161

8-3　变力做功163

8-4　功能定理和动能167

8-5　功率170

8-6　积分，数值方法171

评述：功和能172

第9章　能量守恒180

第9章　能量守恒180

9-1　一维保守系181

9-2　保守系的图解分析185

9-3　三维保守力和势能187

9-4　机械能守恒188

9-5　非保守力和内功189

9-6　能量守恒定律190

9-7　卫星运动和逃逸速率191

9-8　解题方法193

评述：什么是定律？194

近代物理的精彩片段：人存原理203

第10章　动量和系统的运动205

10-1 质心205

第10章　动量和系统的运动205

10-2　质心运动208

10-4 冲量210

10-3　动量210

10-5　动量守恒212

10-6　一维碰撞213

10-7　二维碰撞218

10-8　火箭运动220

10-9　解题方法222

评述：对称性和守恒定律222

近代物理的精彩片段：第五种力233

第11章　刚体的静力平衡237

第11章　刚体的静力平衡237

11-1 刚体的静力平衡237

11-2　绕轴的转矩239

11-4　解题方法241

11-3　静力平衡条件241

11-5 重心245

11-6　转矩和矢量的矢积246

评述：索和桥249

第12章　转动Ⅰ260

12-1 刚体的平动和转动260

第12章　转动Ⅰ260

12-2　角度测量261

12-3　角坐标、角速度和角加速度262

12-4　定轴转动运动学264

12-5　转动量和平动量之间的关系265

12-6　转动动能：转动惯量267

12-7　转动惯量268

12-8　滚动物体272

评述：在物理学中模型的使用274

第13章　转动Ⅱ283

13-1　质点的角动量283

第13章　转动Ⅱ283

13-2　质点系的角动量285

13-3　刚体绕定轴转动的动力学286

13-4　刚体的转动功和功率290

13-5　角动量守恒292

13-6　回转仪的运动294

第14章　振动307

第14章　振动307

14-1 简谐运动运动学307

14-2　简谐运动动力学311

14-3　简谐振子的能量312

14-4　简谐运动的例子314

14-5 简谐运动和匀速圆周运动318

14-6　阻尼谐运动319

14-7　受迫振动和共振321

评述：混沌322

15-1　应力与应变335

第15章　固体与流体335

第15章　固体与流体335

15-2 密度338

15-3　静止流体中的压强340

15-4　阿基米德原理344

15-5　伯努利方程345

15-6　粘滞性351

评述：阿基米德352

16-1　微观描述与宏观描述362

第16章　温度与传热362

第16章　温度与传热362

16-2　热平衡与热力学第零定律364

16-3　温度计与理想气体温标365

16-4　其他温标368

16-5　热膨胀369

16-6　传热371

第17章　热力学第一定律383

17-1　物态方程383

第17章　热力学第一定律383

17-2　比热与潜热386

17-3　功388

17-4　热力学第一定律391

17-5　第一定律的一些应用393

评述：本杰明·汤普孙，即伦福德伯爵397

第18章　气体动理论406

第18章　气体动理论406

18-1　理想气体的分子模型407

18-2　温度的微观解释409

18-3　能量的均分411

18-4　理想气体及元素固体的热容量412

18-5　理想气体的绝热过程416

18-6　分子速率分布418

近代物理的精彩片段：统计物理学426

第19章　热力学第二定律430

第19章　热力学第二定律430

19-1　热机与第二定律431

19-2　制冷机与第二定律434

19-3　可逆性与卡诺循环438

19-4　开尔文温度或热力学温度440

19-5　熵442

19-6　熵与第二定律445

评述：麦克斯韦妖447

近代物理的精彩片段：冷原子454

第20章　库仑定律和电场458

20-1　电荷和物质458

第20章　库仑定律和电场458

20-2　绝缘体和导体460

20-3　库仑定律461

20-4 电场464

20-5　电场的计算465

20-6 电场线471

20-7　均匀电场中的带电粒子472

第21章　高斯定律482

第21章　高斯定律482

21-1 通量482

21-2　高斯定律485

21-3　库仑定律演变成高斯定律486

21-4　运用高斯定律计算E489

21-5　导体的静电特性492

评述：M·法拉第495

第22章　电势504

第22章 电势504

22-1 电势能504

22-2　电势507

22-3 电势差510

22-4　E和？的关系512

22-5　等势面515

22-6　再论导体的静电特性515

第23章　电容、电能和绝缘体的性质527

23-1 电容器和电容527

第23章　电容、电能和绝缘体的性质527

23-2 电容器的串联和并联530

23-3　电能和能量密度533

23-4　绝缘体的静电特性535

23-5　绝缘体特性的原子描述537

24-1　电荷的流动549

第24章　电流和电阻549

第24章　电流和电阻549

24-2　电阻和欧姆定律552

24-3　电阻的串联和并联556

24-4　安培计和伏特计558

24-5　金属的德鲁德模型558

24-6　半导体的导电560

第25章　直流电路中的能量和电流571

25-1 电池组的电动势和内电阻571

第25章　直流电路中的能量和电流571

25-2　电能和功率574

25-3　基尔霍夫定律576

25-4　RC电路579

近代物理的精彩片段：新显微镜590

第26章　磁场594

第26章　磁场594

26-1　磁场595

26-2　作用在载流导体上的力597

26-3　作用在电流回路上的力矩599

26-4　电荷在电磁场中的运动602

评述：磁场与粒子加速器605

27-1　毕奥-萨伐尔定律615

第27章　磁场的源615

第27章　磁场的源615

27-2　安培定律619

27-3　安培定律的应用622

27-4　电流间的作用力625

27-5　磁通量和磁场的高斯定律626

27-6　位移电流与安培定律628

评述：詹姆斯·克拉克·麦克斯韦630

第28章　法拉第定律639

28-1　法拉第定律639

第28章　法拉第定律639

28-2　动生电动势642

28-3　发电机及交流发电机644

28-4　感应电场646

近代物理的精彩片段：自然界的空间螺旋特性656

29-1 自感电动势和自感661

第29章 电感661

第29章　电感661

29-2　LR电路663

29-3　LR电路中的能量转换665

29-4　互感667

29-5　变压器669

评述：约瑟夫·亨利671

第30章　物质中的磁场679

第30章　物质中的磁场679

30-1　原子电流、磁偶极子及其磁化强度680

30-2　抗磁性682

30-3　顺磁性683

30-4　铁磁性684

30-5　磁场强度H685

30-6　地磁场687

第31章　电磁振荡及交流电路693

31-1　LC振荡693

第31章　电磁振荡及交流电路693

31-2 串联RLC电路696

31-3　与一电阻器相连的交流电源698

31-4　与一电容器相连的交流电源699

31-5　与一电感器相连的交流电源700

31-6　一交流电源驱动的串联RLC电路701

31-7　一交流电源驱动的RLC电路之功率705

第32章　波715

32-1　波的特性715

第32章　波715

32-2　脉冲波717

32-3　简谐波720

32-4　由牛顿第二定律得到的波动方程722

32-5　波的功率724

32-6　简谐波的干涉726

评述：原子、驻波及量子化730

近代物理的精彩片段：孤子737

33-1 声波741

第33章　声741

第33章　声741

33-2　听觉744

33-3　周期性波的傅里叶分析746

33-4　声源747

33-5　声波的干涉和拍750

33-6　多普勒效应753

33-7　声的波动方程755

第34章　麦克斯韦方程组和电磁波765

第34章　麦克斯韦方程组和电磁波765

34-1　麦克斯韦方程组766

34-2　E和B的波动方程766

34-3 电磁波770

34-4 电磁波强771

34-5　辐射压773

34-6　电磁波的发射774

34-7　电磁波谱776

评述：光速776

35-1 几何光学784

第35章　几何光学784

第35章　几何光学784

35-2　反射成像790

35-3　折射成像795

35-4　透镜796

35-5　光学器件799

近代物理的精彩片段：精密度、准确度和哈勃太空望远镜811

第36章　干涉和衍射815

第36章　干涉和衍射815

36-1　杨氏双缝实验816

36-2　双缝干涉图样的强度分布819

36-3　衍射光栅821

36-4　X射线晶体衍射824

36-5　薄膜干涉825

36-6　迈克耳孙干涉仪827

评述：托马斯·杨827

近代物理的精彩片段：阿哈罗诺夫-玻姆效应837

第37章　衍射和偏振840

第37章　衍射和偏振840

37-1 衍射840

37-2　单缝衍射图样的描述841

37-3　单缝衍射的强度分布843

37-4　分辨率极限846

37-5　偏振847

37-6　偏振的测量848

37-7　使光偏振的方法850

评述：全息术853

第38章　相对论863

第38章　相对论863

38-1 变换864

38-2　相对性原理866

38-3　洛伦兹变换867

38-4　新时空观869

38-5　速度相加873

38-6　动量和能量874

评述：广义相对论876

第39章　电磁辐射的量子化886

第39章　电磁辐射的量子化886

39-1　光与物质的相互作用887

39-2　空腔辐射888

39-3　光电效应890

39-4　光子和电子892

39-5　线型谱893

39-6　玻尔的氢原子模型895

评述：尼尔斯·玻尔和他的氢原子模型899

第40章　量子力学907

第40章　量子力学907

40-1　德布罗意波908

40-2　电子衍射908

40-3　波粒二象性——双缝实验910

40-4　海森伯不确定关系911

40-5　波函数的解释914

40-6　薛定谔方程915

40-7　匣中的粒子916

40-8　简谐振子918

40-9　隧道效应919

评述：薛定谔猫920

第41章　氢原子和周期表928

第41章　氢原子和周期表928

41-1　量子力学和氢原子928

41-2　氢原子的波函数930

41-3　角动量和磁矩的量子化932

41-4　电子自旋934

41-5　氢原子的量子态936

41-6　元素周期表938

评述：激光器941

第42章　固体中的电子949

42-1 自由电子模型949

第42章　固体中的电子949

42-2　费米-狄拉克统计952

42-3 自由电子模型的导电理论954

42-4　电子能带956

42-5　半导体958

42-6　超导电性960

评述：高温超导电性963

第43章　原子核970

第43章　原子核970

43-1　核的性质971

43-2　核的质量与结合能974

43-3　液滴模型975

43-4　壳层模型977

43-5　放射性衰变979

43-6　核反应982

43-7　物质的基本构成基元983

评述：大爆炸986

第44章　恒星物理994

第44章　恒星物理994

44-1　恒星的特性995

44-2　恒星的形成996

44-3　恒星的能源997

44-4　太阳和其他主序星1001

44-5 白矮星1006

44-6　中子星和黑洞1009

44-7　褐矮星1014

第45章　未来能源1021

第45章　未来能源1021

45-1 能量与热力学定律1021

45-2　美国的能量流动1024

45-3　非再生资源的寿命1026

45-4　可再生能源1030

45-5　太阳能1032

45-6　核裂变1035

45-7　核聚变1039

评述：公共悲剧1040

附录A1046

附录A　天文数据1046

附录C1047

附录C　换算因子1047

附录D1050

附录D　微分学1050

附录F1051

附录F　基本常量1051

附录I　积分学1052

附录I1052

附录M1055

附录M　数学近似、公式与符号1055

附录P1058

附录P　元素周期表1058

附录T　三角学1060

附录T1060

部分奇数题号练习题和难题答案1062

照片表1082

索引1085

索引1085