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第一篇 力学2

第一章 质点运动学2

第一节 质点运动学基本概念2

一、参考系2

二、坐标系2

三、质点3

第二节 质点运动的矢量描述3

一、位置矢量3

二、位移4

三、速度4

四、加速度6

第三节 曲线运动7

一、自然坐标系7

二、圆周运动8

三、运动学中的两类问题10

第四节 相对运动12

阅读材料 全球定位系统（GPS）的原理及应用13

思考题15

习题16

第二章 质点动力学18

第一节 牛顿运动定律18

一、牛顿三定律的表述与物理意义18

二、常见的力20

三、牛顿运动定律的应用24

第二节 动量定理和动量守恒定律26

一、冲量26

二、质点的动量定理27

三、质点系的动量定理29

四、质点系的动量守恒定律30

第三节 功机械能和机械能守恒定律32

一、功与功率32

二、质点的动能定理34

三、质点系的动能定理35

四、机械能功能原理37

五、机械能守恒定律39

六、能量守恒定律40

阅读材料航天中的力学41

思考题44

习题45

第三章 刚体力学基础48

第一节 刚体运动的描述48

一、刚体48

二、刚体运动的几种形式48

三、刚体定轴转动的描述49

第二节 刚体定轴转动定律50

一、力矩50

二、转动惯量 转动定律51

三、转动定律的应用55

第三节 刚体定轴转动的角动量守恒定律57

一、刚体定轴转动的角动量定理57

二、刚体定轴转动的角动量守恒定律57

第四节 刚体定轴转动的动能定理59

一、力矩的功59

二、刚体定轴转动的动能定理60

三、刚体定轴转动的功能原理与机械能守恒定律60

阅读材料 角动量守恒定律在运动中的应用63

思考题65

习题65

第四章 流体力学69

第一节 流体流动的基本概念69

一、理想流体的稳定流动69

二、连续性原理70

第二节 伯努利方程及其应用70

一、伯努利方程70

二、伯努利方程的应用实例71

第三节 黏滞流体的运动规律73

一、牛顿黏滞定律73

二、湍流74

三、泊肃叶公式75

四、斯托克斯定律76

阅读材料 离心分离原理77

思考题79

习题79

第二篇 热学82

第五章 气体动理论82

第一节 气体动理论的基本概念82

一、分子动理论的基本观点82

二、理想气体的微观模型83

三、平衡态 状态方程84

四、理想气体的统计性假设84

第二节 理想气体的压强和温度85

一、压强公式85

二、温度公式87

第三节 能量按自由度均分定理 内能90

一、分子的自由度90

二、能量按自由度均分定理91

三、理想气体的内能91

第四节 气体分子的速率分布律92

一、速率分布函数93

二、麦克斯韦速率分布律93

三、三种速率94

四、麦克斯韦速率分布律的实验验证96

五、玻尔兹曼分布律96

第五节 气体分子的输运规律98

一、气体的黏滞现象98

二、气体分子的扩散98

三、气体的热传导现象99

第六节 气体分子的平均碰撞频率和平均自由程99

一、分子的平均碰撞频率99

二、分子的平均自由程100

阅读材料 生物圈中臭氧、二氧化碳和水的生态学意义与新自然观101

思考题104

习题104

第六章 热力学基础107

第一节 热力学的基本概念107

一、热力学系统107

二、热力学过程108

三、功和热量108

第二节 热力学第一定律及其在理想气体中的应用110

一、热力学第一定律110

二、热力学第一定律在理想气体等值过程中的应用110

三、理想气体的绝热过程112

四、焓114

五、循环过程116

第三节 热力学第二定律119

一、可逆过程与不可逆过程119

二、热力学第二定律120

三、热力学第二定律的统计意义120

第四节 熵熵增加原理122

一、卡诺定理122

二、熵122

三、熵增加原理124

四、非平衡状态中负熵流的概念125

第五节 吉布斯自由能126

一、吉布斯自由能126

二、标准生成吉布斯自由能128

阅读材料 “热寂说”与宇宙的未来128

思考题129

习题130

第七章 液体的表面性质133

第一节 液体的表面张力133

一、表面张力现象 表面能133

二、表面张力系数134

第二节 弯曲液面下的附加压强136

第三节 毛细现象138

一、润湿与不润湿现象138

二、毛细现象139

三、气体栓塞现象140

第四节 弯曲液面上方的饱和蒸气压142

阅读材料 肺泡的表面活性物质144

呼吸窘迫症144

思考题144

习题145

第三篇 电磁学148

第八章 静电场148

第一节 电场强度148

一、库仑定律148

二、电场强度149

三、电场强度的计算 场强叠加原理149

第二节 高斯定理及其应用155

一、电场线155

二、电通量155

三、真空中的高斯定理156

四、高斯定理的应用157

第三节 电势能 电势159

一、静电场力的功 静电场环路定理159

二、电势能与电势160

三、电场强度与电势的关系162

第四节 静电场中的导体与电介质164

一、静电场中的导体164

二、电介质的极化现象165

三、电极化强度矢量166

四、电介质中的电场166

五、有电介质时的高斯定理168

六、电容器170

第五节 静电场的能量172

阅读材料 静电技术的应用174

思考题176

习题176

第九章 稳恒磁场179

第一节 稳恒电流179

一、电流与电阻179

二、电动势181

第二节 磁感应强度 毕奥-萨伐尔定律182

一、磁场182

二、磁感应强度183

三、毕奥-萨伐尔定律184

四、应用举例184

第三节 磁场中的高斯定理和安培环路定理188

一、磁感应线188

二、磁通量 磁场中的高斯定理189

三、真空中的安培环路定理189

四、安培环路定理的应用191

第四节 磁场对电流和运动电荷的作用193

一、磁场对载流导线的作用193

二、磁场对载流线圈的作用194

三、磁场对运动电荷的作用195

四、霍尔效应197

第五节 磁场中的磁介质199

一、磁介质199

二、磁介质的磁化机制199

三、磁化强度200

四、磁介质中的安培环路定理200

五、磁滞现象 磁滞回线200

阅读材料 生物与磁场202

量子反常霍尔效应203

思考题203

习题204

第十章 电磁感应与电磁波206

第一节 电磁感应定律206

一、法拉第电磁感应定律206

二、楞次定律207

第二节 动生电动势与感生电动势207

一、动生电动势208

二、感生电动势209

第三节 自感和互感211

一、自感211

二、互感212

第四节 磁场的能量213

第五节 电磁场与电磁波214

一、位移电流214

二、麦克斯韦方程组216

三、平面电磁波217

阅读材料 微波的生物学效应及应用218

超级天眼——500m口径球面射电望远镜219

思考题220

习题220

第四篇 波动与光学223

第十一章 机械振动与机械波223

第一节 简谐振动223

一、简谐振动的运动方程223

二、简谐振动的有关物理量224

三、简谐振动的矢量表示法225

四、简谐振动的能量225

五、简谐振动的合成226

第二节 机械波231

一、机械波有关概念和物理量231

二、简谐波的波动方程233

三、惠更斯原理 波的衍射235

四、波的叠加原理 波的干涉236

五、多普勒效应240

六、波的能量 能流密度242

阅读材料 超声波及其应用243

思考题244

习题245

第十二章 波动光学248

第一节 光学的基本概念248

一、电磁波的特征248

二、光的相干性249

三、光程 光程差250

四、光源250

第二节 光的干涉251

一、分波阵面法干涉实验251

二、分振幅法的干涉实验254

第三节 光的衍射260

一、光的衍射现象 惠更斯-菲涅尔原理260

二、单缝夫琅禾费衍射260

三、圆孔衍射 光学仪器的分辨率263

四、光栅衍射265

第四节 光的偏振267

一、自然光与偏振光267

二、偏振光的产生方法268

三、起偏振与检偏振 马吕斯定律270

四、椭圆偏振光271

五、旋光现象273

第五节 旋光色散和圆二色性在生物学中的应用273

一、旋光色散的基础理论273

二、圆二色性的基础理论274

三、旋光色散和圆二色性在分子生物学研究中的应用275

阅读材料 激光生物学效应275

医学光学成像技术276

紫外成像在电力设备放电检测中的应用277

立体电影277

思考题278

习题278

第十三章 光度学281

第一节 能量标准的基本物理量281

一、辐射通量281

二、辐射强度281

三、面光源的辐出度282

四、辐照度 照度定律282

第二节 视觉标准的基本物理量283

一、视见函数283

二、光通量284

三、点光源的发光强度285

四、面光源的光出射度285

五、光照度286

第三节 光能的测量287

一、光照度的测量 照度计287

二、辐照度的测量 辐射计287

三、光合有效辐射的测量 量子照度计288

第四节 光的吸收288

阅读材料 光的生态作用与生物的适应289

思考题290

习题290

第五篇 近代物理简介293

第十四章 狭义相对论简介293

第一节 牛顿时空观与电动力学的矛盾293

一、牛顿时空观293

二、牛顿时空观与电动力学的矛盾295

第二节 狭义相对论基本原理 洛伦兹变换295

一、狭义相对论的两个基本原理295

二、洛伦兹变换296

第三节 相对论时空观297

一、同时的相对性297

二、时间间隔的相对性（钟慢效应）298

三、空间间隔的相对性（尺缩效应）299

第四节 洛伦兹速度变换300

第五节 相对论动力学302

一、相对论质量302

二、相对论动量303

三、相对论动能304

四、质能关系式304

五、相对论动量与能量的关系306

阅读材料 孪生子佯谬306

核电站307

思考题308

习题308

第十五章 量子物理简介310

第一节 早期量子论310

一、黑体辐射310

二、光电效应312

三、康普顿效应313

四、玻尔氢原子理论315

第二节 微观粒子的波粒二象性及测不准关系317

一、微观粒子的波粒二象性317

二、不确定关系318

第三节 波函数321

一、波函数321

二、波函数的统计意义321

三、波函数的标准条件322

第四节 薛定谔方程322

第五节 氢原子的能级和波函数324

一、氢原子的能级与量子化条件324

二、氢原子的波函数326

第六节 多电子原子的能级与原子光谱327

一、原子中电子的耦合和光谱项327

二、跃迁规则328

阅读材料 我们身边的量子力学329

思考题332

习题332

第十六章 近代物理技术应用334

第一节 激光334

一、自发辐射和受激辐射334

二、粒子数反转335

三、光学谐振腔335

四、激光在生物工程和农业上的应用336

第二节 红外辐射336

一、红外辐射336

二、红外辐射干燥337

三、红外CO2分析仪339

四、红外遥感技术339

第三节 X射线342

一、X射线的产生及X射线光谱342

二、X射线的衍射343

三、X射线成分分析及其在生物学上的应用347

四、放射性核物理及其在生物学上的应用348

第四节 核磁共振352

一、原子核的自旋和磁矩353

二、原子核在磁场中的能级354

三、核磁共振355

四、核磁共振仪355

五、化学位移356

六、自旋-自旋耦合359

附录361

附录Ⅰ 矢量361

一、矢量的基本概念361

二、矢量的加减361

三、矢量的标积和矢积362

附录Ⅱ 我国的法定计量单位和常用物理数据363

一、单位制和单位363

二、常用物理数据365

参考文献367