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第一章　力学基本定律　1

1.1　单位和量纲2

相关链接：理解时空3

1.2　物理量及其表述6

1.2.1 物理量6

1.2.2 质点6

1.2.3　参考系与坐标系6

1.2.4　矢量及其运算7

1.3　运动描述8

1.3.1 位置矢量与位移8

1.3.2　速度9

1.3.3　加速度10

1.4　牛顿运动定律12

1.4.1 牛顿运动定律12

1.4.2　功与功率13

1.4.3　动能　动能定理14

1.4.4　保守力 非保守力 势能14

1.4.5　功能原理15

1.4.6　机械能守恒定律16

1.4.7　动量 冲量 动量定理　动量守恒定律16

1.5　刚体定轴转动17

1.5.1 刚体定轴转动的运动描写18

1.5.2　刚体定轴转动定律20

1.5.3 刚体定轴转动的功和能24

1.5.4　角动量定理 角动量守恒定律26

1.5.5　进动28

思考题30

习题31

参考文献34

第二章　流体的运动　35

2.1　理想流体的定常流动36

2.1.1 流体运动的描述方法36

2.1.2　定常流动38

2.1.3　连续性方程38

2.2　理想流体的伯努利方程40

2.2.1 理想流体的伯努利方程40

2.2.2　伯努利方程的应用42

2.3　黏性流体的运动　47

2.3.1　黏性流体的运动47

相关链接：超流动性49

相关链接：流动相似性51

2.3.2　黏性流体的运动规律52

2.3.3　物体在黏性流体中的阻力54

思考题57

习题57

参考文献59

第三章　机械振动和机械波　61

3.1　弹簧振子和简谐振动62

3.2　运动方程及其图像　64

3.2.1 简谐振动图像64

3.2.2　简谐振动的能量67

3.3　简单的非理想振动67

3.3.1 阻尼振动68

3.3.2　受迫振动　共振69

3.4　简谐振动的合成与分解70

3.4.1 同方向同频率简谐振动合成70

3.4.2 同方向不同频率简谐振动的合成71

3.4.3　相互垂直简谐振动的合成72

3.4.4　运动的分解73

相关链接：傅里叶变换的应用75

3.5　简谐波76

3.5.1 机械波的产生和传播76

3.5.2　波动方程78

3.5.3　波的能量79

3.6 波的叠加原理、波的干涉81

3.6.1 波的叠加原理81

3.6.2　波的干涉82

3.6.3　驻波83

3.7　声波和超声波　85

3.7.1 声强和声强级86

3.7.2　多普勒效应86

3.7.3　超声波88

相关链接：脉冲反射式超声诊断仪89

3.7.4　次声波91

思考题91

习题91

参考文献92

第四章　分子动理论　93

4.1　物质的微观模型94

4.2　理想气体分子动理论95

4.2.1 理想气体的物态方程95

相关链接：玻意耳定律、查理定律和盖-吕萨克定律97

4.2.2　理想气体的微观模型98

4.2.3 理想气体的压强公式98

4.2.4　分子平均平动能 理想气体的温度100

4.2.5　能量基本公式100

相关链接：定体比热容实验101

4.3　气体分子速率分布和能量的统计规律102

4.3.1　伽尔顿板实验　103

4.3.2　速率分布函数　104

4.3.3　麦克斯韦速率分布律106

4.3.4　三种分子速率107

4.3.5　玻耳兹曼能量分布律109

4.4　液体的表面现象110

4.4.1 表面张力110

4.4.2　表面能112

4.4.3　表面活性物质和表面吸附113

4.4.4　弯曲液面的附加压强114

相关链接：表面活性物质在肺呼吸过程中的作用115

4.4.5 毛细现象115

4.4.6　气体栓塞117

思考题118

习题119

参考文献120

第五章　静电场　121

5.1　库仑定律122

5.1.1 电荷的性质122

5.1.2　库仑定律123

5.1.3 电场和电场强度124

5.2　高斯定理127

5.2.1 电场线127

5.2.2 电通量128

5.2.3 高斯定理130

5.3　静电场力的功　电势134

5.3.1　静电场力所作的功134

5.3.2　静电场的环路定理135

5.3.3 电势135

5.3.4 电场强度与电势的关系139

5.4　静电场中的电介质141

5.4.1 电介质及其结构141

5.4.2　电介质的极化142

5.4.3 电介质中的静电场144

相关链接：压电效应147

5.5　静电场的能量148

5.5.1 电容器及其电容148

5.5.2 电容器中的电能149

5.5.3　静电场的能量与能量密度150

思考题152

习题153

参考文献154

第六章　直流电　155

6.1 电流密度和欧姆定律的微分形式156

6.1.1 电流密度156

6.1.2　连续性方程 电流的稳恒条件157

6.1.3　欧姆定律的微分形式158

相关链接：欧姆定律的发现158

6.1.4　金属与电解质的导电性160

相关链接：超导电性162

6.2　电源的电动势163

6.2.1 电源及其电动势163

6.2.2　一段含源电路的欧姆定律164

6.3　基尔霍夫定律及其应用166

6.3.1 基尔霍夫定律167

6.3.2　基尔霍夫定律的应用168

6.4　电容器的充放电过程169

6.4.1 电容器的充电过程169

6.4.2 电容器的放电过程171

思考题171

习题172

参考文献174

第七章　磁场与电磁感应　175

7.1　磁场　磁感应强度176

7.1.1 磁场176

7.1.2　磁感应强度176

7.1.3　毕奥-萨伐尔定律　177

7.1.4　磁感线　磁通量180

7.1.5　安培环路定理182

7.2　磁场对运动电荷的作用力185

7.2.1 洛伦兹力185

7.2.2 霍耳效应186

相关链接：磁场是哪里来的187

7.3　磁场对载流导线的作用188

7.3.1 安培力188

7.3.2　磁场对载流线圈的作用 载流线圈的磁矩189

7.4　物质的磁性　191

7.4.1　磁介质的磁化　191

7.4.2　顺磁质、抗磁质和铁磁质192

7.4.3　有介质存在时的磁场 磁场强度193

7.5　电磁感应193

7.5.1 电磁感应定律194

7.5.2 自感196

7.5.3　RL电路196

7.5.4　磁场的能量197

相关链接：法拉第与电磁感应199

7.6　电磁场理论　201

思考题204

习题205

参考文献207

第八章　波动光学　209

8.1　光的干涉210

8.1.1　光的相干性　210

8.1.2　杨氏双缝干涉实验211

8.1.3　劳埃德镜实验　213

8.1.4　光程与光程差214

8.1.5　薄膜干涉215

8.2　光的衍射217

8.2.1　光的衍射现象217

8.2.2　惠更斯-菲涅尔原理218

8.2.3　单缝衍射218

8.2.4 圆孔衍射　光学仪器的分辨率221

8.2.5　衍射光栅　衍射光谱224

相关链接：全息照相226

8.3　光的偏振228

8.3.1 自然光与偏振光　228

8.3.2　偏振光的获得与检验229

8.3.3　反射和折射时光的偏振231

8.4　双折射现象　232

8.4.1　双折射现象232

8.4.2　惠更斯原理在双折射现象中的应用234

8.4.3 波片236

8.5　旋光现象237

8.6　光的吸收与散射238

8.6.1 光的吸收238

8.6.2　光的散射239

相关链接：光学信息处理241

思考题243

习题244

参考文献245

第九章　几何光学　247

9.1 几何光学的三个基本定律248

相关链接：光导纤维248

9.2　球面折射250

9.2.1　单球面折射250

9.2.2　共轴球面系统252

相关链接：眼睛　255

9.3　透镜256

9.3.1 薄透镜257

9.3.2　柱面透镜260

相关链接：眼睛的屈光不正与矫正261

9.3.3　透镜的像差262

9.4　放大镜　光学显微镜263

9.4.1 放大镜263

9.4.2　光学显微镜　264

思考题265

习题265

参考文献266

第十章　X射线　267

10.1　X射线的产生及其性质268

10.1.1　X射线的发生装置　268

相关链接：X射线的发现269

10.1.2　医用电子加速器269

10.1.3　X射线谱271

10.1.4　X射线的特性　273

10.1.5　X射线的强度与硬度274

10.1.6　物质对X射线的衰减　275

10.2　X射线的衍射　275

10.2.1　X射线的衍射275

10.2.2　X射线晶体结构分析276

相关链接：同步辐射与X射线生物分子结构分析278

10.3　X射线在医学上的应用280

10.3.1 X射线在诊断方面的应用280

10.3.2　X射线在治疗方面的应用283

思考题284

习题284

参考文献285

第十一章　狭义相对论基础　287

11.1　爱因斯坦相对性原理288

11.2　狭义相对论的时空观290

11.2.1 同时性290

11.2.2 时间延缓291

11.2.3　孪生子佯谬　293

11.2.4　长度收缩294

11.3 洛伦兹变换与相对论的速度叠加297

11.3.1　洛伦兹变换　297

11.3.2　相对论的速度叠加299

11.4　相对论动量和能量302

11.4.1　相对论动量302

11.4.2　相对论能量303

11.4.3　相对论能量和动量306

相关链接：广义相对论简介306

思考题309

习题309

参考文献310

第十二章　量子物理基础　311

12.1　黑体辐射312

12.1.1　辐射出射度和吸收因数313

12.1.2　黑体辐射的实验规律313

12.1.3　普朗克量子假设　315

相关链接：红外热像仪316

12.2　光电效应317

12.2.1 光电效应的实验规律317

12.2.2 爱因斯坦的光子理论318

12.3 康普顿效应319

12.4 波粒二象性320

12.4.1 粒子的波粒二象性320

12.4.2 电子双缝干涉实验322

12.5 不确定关系323

12.6 薛定谔方程325

12.6.1 波函数325

12.6.2 定态薛定谔方程326

12.7 薛定谔方程的应用328

12.7.1 一维无限深方势阱328

12.7.2 势垒 隧道效应329

相关链接：扫描隧道显微镜330

12.8 氢原子中的电子332

12.9 电子自旋333

思考题335

习题335

参考文献336

第十三章　原子核和放射性　337

13.1 原子核的基本性质338

13.1.1 原子核的组成338

相关链接：中子的发现339

13.1.2 原子核的结合能340

13.1.3 原子核的自旋和磁矩342

13.1.4 核力343

13.1.5 原子核的宇称344

13.2 原子核的衰变类型344

13.2.1 α衰变345

13.2 2 β衰变346

13.2.3 γ衰变和内转换347

13.3 原子核的衰变规律348

13.3.1 衰变规律348

13.3.2 半衰期348

13.3.3 放射性活度350

13.3.4 放射性平衡351

相关链接：放射性测定年代353

13.4 射线与物质的相互作用354

13.4.1 带电粒子与物质相互作用的机制354

13.4.2 重带电粒子与物质的相互作用355

13.4.3 β射线与物质的相互作用357

13.4.4 光子与物质的相互作用358

13.4.5 中子与物质的相互作用359

13.5 辐射剂量与防护360

13.5.1 辐射剂量及其单位360

13.5.2 辐射防护361

思考题362

习题362

参考文献363

习题答案364

附录 基本物理常量372