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第0章 物理学导论1

0.1物理学及发展概况1

0.1.1物理学的研究对象1

0.1.2物理学的地位和作用1

0.1.3 21世纪物理学发展趋势2

0.1.4学习物理学的意义4

0.2单位制和量纲5

0.3矢量和标量简介6

0.3.1矢量和标量6

0.3.2矢量的运算7

第一篇 力学10

第1章 质点运动学10

1.1物理模型 参考系10

1.1.1质点11

1.1.2刚体11

1.2运动的描述11

1.2.1位置矢量11

1.2.2运动方程12

1.2.3位移 速度 加速度12

1.3平面曲线运动17

1.3.1切向加速度和法向加速度17

1.3.2圆周运动 角量20

1.3.3线量与角量的关系21

1.4相对运动22

习题124

第2章 质点动力学27

2.1牛顿运动定律27

2.1.1牛顿第一定律27

2.1.2牛顿第二定律27

2.1.3牛顿第三定律28

2.2力学中几种常见的力28

2.2.1万有引力28

2.2.2弹性力29

2.2.3摩擦力30

2.3牛顿定律的应用举例30

习题233

第3章 动量守恒与能量守恒定律37

3.1动量与冲量37

3.2功43

3.3动能定理45

3.4保守力 势能46

3.4.1保守力做功46

3.4.2势能48

3.5机械能守恒定律 能量守恒与转换定律49

习题352

第4章 刚体的定轴转动57

4.1刚体的运动57

4.1.1刚体的运动57

4.1.2描述刚体转动的角物理量58

4.2刚体绕定轴的转动定律60

4.3刚体的动能和势能68

4.4刚体的角动量 角动量守恒定律69

习题474

第二篇 振动和波78

第5章 机械振动78

5.1简谐振动及描述78

5.1.1简谐振动的基本特征78

5.1.2描述简谐振动的特征量 周期、振幅、相位79

5.1.3单摆82

5.1.4旋转矢量法83

5.2简谐运动的能量85

5.3简谐运动的合成87

5.4阻尼振动 受迫振动 共振90

5.4.1阻尼振动90

5.4.2受迫振动92

5.4.3共振92

习题593

第6章 机械波96

6.1机械波的形成和传播96

6.1.1机械波的产生和传播96

6.1.2波动的描述97

6.1.3物体的弹性和波速98

6.2平面简谐波的波动方程98

6.2.1平面简谐波的波函数98

6.2.2波函数的物理意义100

6.3惠更斯原理 波的叠加102

6.3.1惠更斯原理102

6.3.2波的叠加原理 波的干涉103

6.4驻波105

6.4.1驻波的产生105

6.4.2驻波的波函数106

6.4.3相位跃变 半波损失107

6.4.4驻波的能量107

6.4.5振动的简正模式107

6.5多普勒效应108

习题6111

第三篇 热学113

第7章 气体动理论基础113

7.1平衡态 理想气体状态方程113

7.1.1分子热运动 热力学系统113

7.1.2平衡态 状态参量113

7.1.3理想气体的物态方程114

7.2理想气体的压强公式116

7.2.1理想气体的分子模型116

7.2.2理想气体的压强公式116

7.3温度的微观本质117

7.4能量均分定理 理想气体的内能119

7.4.1分子的自由度119

7.4.2能量均分定理120

7.4.3理想气体的内能120

7.5麦克斯韦气体分子速率分布定律121

7.5.1分子运动的图景121

7.5.2麦克斯韦速率分布律122

习题7126

第8章 热力学基础128

8.1内能 功和热量 准静态过程128

8.1.1准静态过程128

8.1.2准静态过程的功128

8.1.3准静态过程中热量的计算129

8.1.4内能130

8.2热力学第一定律130

8.3热力学第一定律在理想气体等值过程中的应用130

8.3.1等体过程131

8.3.2等压过程132

8.3.3等温过程133

8.4绝热过程134

8.5循环过程 卡诺循环136

8.5.1循环过程136

8.5.2热机及正循环137

8.5.3制冷机及逆循环137

8.5.4卡诺循环138

8.6热力学第二定律 卡诺定理140

8.6.1可逆过程与不可逆过程140

8.6.2热力学第二定律141

8.6.3卡诺定理142

习题8142

第四篇 电磁学146

第9章 真空中的静电场146

9.1电荷的基本性质146

9.1.1电荷的种类146

9.1.2电荷的量子性147

9.1.3电荷守恒定律147

9.1.4电荷的相对论不变性147

9.2库仑定律147

9.2.1库仑定律的表述148

9.2.2电场力的叠加原理149

9.3电场 电场强度149

9.3.1静电场149

9.3.2电场强度及叠加原理150

9.3.3电偶极子的电场强度152

9.4电通量 高斯定理158

9.4.1电场线158

9.4.2电通量159

9.4.3高斯定理（Gauss theorem）160

9.4.4高斯定理的应用162

9.5静电场的环路定理165

9.5.1静电力做功165

9.5.2静电场的环流定理166

9.6电势能 电势166

9.6.1电势能166

9.6.2电势167

9.6.3电势差168

9.6.4电势的计算168

9.7电场强度与电势的关系 等势面171

9.7.1等势面（电势图示法）171

9.7.2电势梯度171

习题9174

第10章 静电场中的导体与电介质179

10.1静电场中的导体179

10.1.1导体的静电感应 静电平衡179

10.1.2静电平衡时导体上电荷的分布180

10.1.3导体表面电场强度与电荷面密度的关系181

10.1.4孤立导体表面的电荷分布181

10.1.5静电屏蔽182

10.1.6有导体存在时静电场的分布及计算183

10.2静电场中的电介质185

10.2.1电介质及其极化185

10.2.2电极化强度矢量187

10.2.3电介质中的电场强度极化电荷与自由电荷的关系187

10.2.4电介质的击穿188

10.3电容 电容器189

10.3.1孤立导体的电容189

10.3.2电容器189

10.3.3电容器的连接192

10.4静电场的能量194

10.4.1电容器储存的电能194

10.4.2静电场的能量 能量密度195

习题10196

第11章 恒定电流的磁场199

11.1恒定电流199

11.1.1电流 电流密度199

11.1.2电阻定律 欧姆定律的微分形式202

11.1.3稳恒电场的建立204

11.2恒定电流的磁场 毕奥-萨伐尔定律206

11.2.1磁的基本现象206

11.2.2磁场 磁感应强度206

11.2.3毕奥-萨伐尔定律207

11.2.4载流线圈的磁矩210

11.2.5运动电荷的磁场210

11.3磁场的高斯定理212

11.3.1磁通量212

11.3.2磁场的高斯定理212

11.4磁场的安培环路定理213

11.4.1安培环路定理213

11.4.2安培环路定理的应用举例215

11.5带电粒子在磁场中的运动216

11.5.1带电粒子在电场和磁场中所受的力216

11.5.2带电粒子在磁场中的运动217

11.6磁场对载流线圈的作用218

11.6.1磁场对电流的作用218

11.6.2两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219

11.6.3磁场对载流线圈的作用220

11.7物质的磁性221

11.7.1磁介质的磁化 磁化强度221

11.7.2磁介质中的安培环路定理223

11.7.3铁磁质224

习题11226

第12章 电磁感应 电磁波231

12.1电磁感应现象 法拉第电磁感应定律231

12.1.1电磁感应现象231

12.1.2法拉第电磁感应定律231

12.1.3楞次定律232

12.2动生电动势234

12.3感生电动势 感生电场236

12.4自感应和互感应238

12.4.1自感电动势 自感系数238

12.4.2互感电动势 互感240

12.5磁场的能量241

12.6 Maxwell电磁场理论简介244

12.6.1位移电流和全电流244

12.6.2电磁场Maxwell电磁场方程组247

12.6.3电磁波247

习题12250

第五篇 波动光学及近代物理基础254

第13章 波动光学基础254

13.1光源 光的相干性254

13.1.1光源254

13.1.2相干光255

13.1.3光程和光程差255

13.2杨氏双缝干涉257

13.3薄膜的等倾干涉260

13.3.1薄膜等倾干涉的光路260

13.3.2薄膜干涉特征260

13.3.3相邻条纹对应薄膜厚度差261

13.3.4薄膜等倾干涉的应用262

13.4薄膜的等厚干涉263

13.4.1劈尖干涉263

13.4.2牛顿环266

13.5迈克尔逊干涉仪267

13.6光的衍射 惠更斯-菲涅耳原理268

13.6.1光的衍射268

13.6.2惠更斯-菲涅耳原理269

13.6.3衍射分类269

13.7单缝的夫琅禾费衍射269

13.8圆孔衍射 光学仪器的分辨本领272

13.8.1圆孔衍射272

13.8.2光学仪器的分辨本领273

习题13274

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

14.2狭义相对论的基本原理279

14.2.1狭义相对论的基本原理279

14.2.2洛伦兹变换式280

14.2.3狭义相对论的时空观281

14.3狭义相对论的动力学基础284

14.3.1相对论力学的基本方程284

14.3.2质量-能量关系式285

14.3.3动量和能量关系式286

习题14287

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296

15.4不确定关系297

习题15299

第六篇 物理学的应用示例302

第16章 物理学原理在工程技术中的应用302

16.1摩擦与自锁——螺旋千斤顶302

16.2跳台跳水游泳池的深度设计303

16.3汽车的驱动与制动304

16.3.1汽车的驱动力304

16.3.2汽车的打滑304

16.3.3翻车305

16.4气体放电光源与五彩缤纷的灯305

16.4.1气体放电及其形式305

16.4.2气体放电光源的基本原理307

16.4.3常见的气体放电光源308

16.5超导与磁悬浮列车308

16.6核磁共振及其医学成像原理310

16.7雷达 微波通信和光纤通信311