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第1章 物理学 物质世界1

1.1微观粒子及其相互作用1

1.1.1从原子到原子核1

1.1.2基本粒子的物理属性4

1.1.3粒子间的相互作用4

1.1.4基本粒子的分类6

1.1.5 CPT定理及对称破缺简介8

1.2物质存在的基本形式9

1.2.1实物及物态相9

1.2.2场11

1.3物质运动与时空12

1.3.1运动是物质的基本属性12

1.3.2时间和空间12

1.3.3两种时空观13

1.4物理学及其研究对象与研究方法14

1.4.1物理学14

1.4.2物理学的研究对象14

1.4.3物理学的研究方法15

1.4.4物理学与科学世界观15

1.4.5物理学与科学技术16

1.5单位和量纲17

1.5.1国际单位制（SI）17

1.5.2量纲18

1.5.3常用基本物理常数19

参考文献19

第2章 力学基本定律20

2.1物理量及其表述20

2.1.1质点20

2.1.2参考系与坐标系21

2.1.3矢量及其运算21

2.2运动的描述24

2.2.1位置矢量与位移24

2.2.2速度25

2.2.3加速度25

2.2.4位矢、速度和加速度的相互关系26

2.2.5曲线运动28

2.2.6相对运动31

2.3牛顿运动定律32

2.3.1牛顿运动定律32

2.3.2功和功率38

2.3.3动能 动能定理39

2.3.4保守力 非保守力势能40

2.3.5功能原理43

2.3.6机械能守恒定律44

2.3.7动量 冲量 动量定理动量守恒定律44

2.4刚体定轴转动47

2.4.1刚体定轴转动的描述47

2.4.2刚体定轴转动定律48

2.4.3刚体定轴转动的功和能52

2.4.4角动量定理 角动量守恒定律54

2.4.5进动56

2.5对称性原理与守恒定律57

2.5.1对称性与对称性原理57

2.5.2对称性原理与守恒定律58

2.5.3对称性与对称性破缺58

2.6最小作用量原理（哈密顿原理）58

2.6.1哈密顿函数H58

2.6.2最小作用量原理（哈密顿原理）59

思考题62

习题64

参考文献67

第3章 流体的运动68

3.1理想流体的定常流动68

3.1.1理想流体68

3.1.2定常流动69

3.1.3连续性方程69

3.2理想流体的伯努利方程70

3.2.1理想流体的伯努利方程70

3.2.2伯努利方程的应用71

3.3黏性流体的运动74

3.3.1层流的黏滞定律74

3.3.2泊肃叶公式75

3.3.3层流与湍流76

3.3.4物体在黏性流体中的阻力77

思考题79

习题79

参考文献80

第4章 狭义相对论81

4.1狭义相对论的基本假设81

4.1.1伽利略相对性变换81

4.1.2经典力学相对性原理82

4.1.3经典力学的绝对时空观83

4.1.4狭义相对论的基本原理83

4.2狭义相对论的时空观84

4.2.1同时性的相对性84

4.2.2时间延缓85

4.2.3长度收缩86

4.2.4孪生子佯谬88

4.3洛伦兹变换与相对论的速度叠加88

4.3.1洛伦兹变换88

4.3.2相对论的速度叠加90

4.4相对论动量和能量91

4.4.1相对论动量91

4.4.2相对论能量92

4.4.3相对论能量与动量的关系92

4.5广义相对论简介93

4.5.1广义相对论94

4.5.2支持广义相对论的实验95

4.5.3宇宙大爆炸97

4.5.4暗物质与暗能量97

思考题98

习题99

参考文献100

第5章 热力学基础101

5.1热力学系统101

5.1.1热力学系统101

5.1.2平衡态 准静态过程101

5.1.3理想气体的状态方程102

5.2热力学第一定律103

5.2.1改变系统内能的两种途径104

5.2.2热力学第一定律的数学描述104

5.2.3准静态过程中热量、功和内能105

5.3热力学第一定律对理想气体的应用106

5.3.1 3个等值过程107

5.3.2绝热过程111

5.4循环过程113

5.4.1循环过程113

5.4.2热机与制冷机115

5.4.3卡诺循环及其效率115

5.5热力学第二定律121

5.5.1热力学过程的方向性121

5.5.2热力学第二定律122

5.5.3卡诺定理122

5.5.4熵 熵变 熵增加原理122

思考题125

习题126

参考文献130

第6章 气体动理论131

6.1气体动理论的基本概念131

6.1.1分子动理论的基本观点131

6.1.2分子热运动与统计规律132

6.1.3理想气体的微观模型132

6.2理想气体状态方程的微观解释133

6.2.1理想气体压强的统计意义133

6.2.2温度的微观解释135

6.2.3真实气体的范德瓦耳斯方程136

6.3能量按自由度均分定理138

6.3.1自由度138

6.3.2能量按自由度均分定理138

6.3.3理想气体的内能和摩尔热容140

6.4麦克斯韦速率分布律141

6.4.1麦克斯韦速率分布函数141

6.4.2气体分子速率分布的测定144

6.4.3气体分子的3种统计速率144

6.5玻耳兹曼能量分布律147

6.5.1重力场中气体分子数密度分布147

6.5.2玻耳兹曼能量分布律148

6.6气体分子的平均碰撞频率和平均自由程149

6.6.1分子的平均碰撞频率149

6.6.2分子的平均自由程149

6.7气体的输运现象——在非平衡态系统的一些性质150

6.7.1黏滞现象150

6.7.2热传导现象151

6.7.3扩散现象152

6.8熵与热力学第二定律152

6.8.1等几率原理与热力学第二定律的统计意义152

6.8.2熵与热力学概率——玻耳兹曼公式154

思考题155

习题156

参考文献159

第7章 液体的表面现象160

7.1表面张力160

7.1.1表面张力的微观模型161

7.1.2表面张力的性质162

7.2弯曲液面的附加压强165

7.3毛细现象167

7.4气体栓塞171

思考题172

习题172

参考文献173

第8章 振动和波动174

8.1简谐振动174

8.1.1简谐振动的基本特征174

8.1.2描述简谐振动的物理量176

8.1.3简谐振动的旋转矢量图示法178

8.1.4简谐振动的能量180

8.2振动的合成与分解182

8.2.1振动的合成182

8.2.2振动的分解 频谱分析187

8.3阻尼振动、受迫振动和共振188

8.3.1阻尼振动188

8.3.2受迫振动189

8.3.3共振189

8.4非线性振动190

8.4.1非线性振动190

8.4.2混沌191

8.5平面简谐波191

8.5.1机械波的产生和传播191

8.5.2平面简谐波的波函数194

8.5.3波动方程197

8.5.4波的能量198

8.6波的叠加原理 波的干涉200

8.6.1波的叠加原理200

8.6.2波的干涉200

8.6.3驻波203

8.7多普勒效应207

8.8声波、超声波和次声波209

8.8.1声强和声强级209

8.8.2次声波与超声波210

思考题212

习题212

参考文献215

第9章 静电场216

9.1库仑定律216

9.1.1电荷的性质216

9.1.2库仑定律217

9.2电场强度 场强叠加原理218

9.2.1电场218

9.2.2电场强度219

9.2.3电场强度叠加原理221

9.3高斯定理及应用225

9.3.1电场线225

9.3.2 E通量226

9.3.3高斯定理227

9.3.4高斯定理的应用230

9.4静电场的环路定理 电势233

9.4.1静电场的环路定理233

9.4.2电势能235

9.4.3电势 电势差236

9.4.4电势叠加原理237

9.4.5等势面242

9.4.6电场强度与电势的关系243

9.5静电场中的导体244

9.5.1导体的静电平衡244

9.5.2静电平衡时导体上的电荷分布246

9.5.3静电屏蔽248

9.6静电场中的电介质249

9.6.1电介质及电介质的极化249

9.6.2极化强度250

9.6.3有介质时的高斯定理251

9.6.4压电效应253

9.7静电场的能量255

9.7.1电容器255

9.7.2带电系统的能量257

9.7.3电容器中的电能257

9.7.4静电场的能量与能量密度258

思考题259

习题260

参考文献262

第10章 恒定磁场264

10.1恒定电流264

10.1.1电流密度264

10.1.2连续性方程 电流的恒定条件265

10.2电源的电动势266

10.3磁场 磁感应强度267

10.4毕奥-萨伐尔定律269

10.4.1电流元 毕奥-萨伐尔定律269

10.4.2毕奥-萨伐尔定律的应用270

10.4.3运动电荷的磁场274

10.5磁场中的高斯定理274

10.5.1磁感线 磁通量274

10.5.2磁场中的高斯定理276

10.6安培环路定理276

10.6.1安培环路定理276

10.6.2安培环路定理的应用278

10.7磁场对运动电荷的作用280

10.7.1带电粒子在磁场中的运动280

10.7.2带电粒子在电场和磁场中的运动举例282

10.8磁场对载流导线的作用283

10.8.1载流导线在磁场中受的力283

10.8.2载流线圈在磁场中受的磁力矩284

10.9磁介质286

10.9.1磁介质的分类286

10.9.2弱磁性磁介质的磁化起源286

10.9.3磁化电流与磁化强度288

10.9.4磁介质中的安培环路定理磁场强度289

10.9.5铁磁质291

思考题292

习题294

参考文献295

第11章 变化的电磁场296

11.1电磁感应296

11.1.1电磁感应现象 法拉第电磁感应定律296

11.1.2楞次定律299

11.2动生电动势和感生电动势299

11.2.1动生电动势299

11.2.2感生电动势301

11.2.3涡电流和电磁阻尼303

11.3互感和自感304

11.3.1互感304

11.3.2自感306

11.4磁场的能量308

11.4.1自感磁能和互感磁能308

11.4.2磁场的能量和能量密度309

11.5全电流安培环路定理310

11.5.1位移电流310

11.5.2全电流安培环路定理312

11.6麦克斯韦方程组和电磁波312

11.6.1麦克斯韦方程组312

11.6.2电磁振荡 电磁波的性质313

11.6.3电磁波的能流密度315

11.6.4电磁波波谱316

思考题317

习题317

参考文献319

第12章 几何光学321

12.1几何光学的基本定律321

12.1.1光的直线传播321

12.1.2光的独立传播321

12.1.3光的反射和折射321

12.1.4光的全反射322

12.1.5光的可逆原理322

12.1.6马吕斯定律和费马原理322

12.2球面反射和球面折射成像323

12.2.1成像的基本概念323

12.2.2球面折射成像324

12.2.3球面反射成像328

12.3薄透镜成像328

12.3.1薄透镜成像的物像焦距公式329

12.3.2焦距公式329

12.3.3横向放大率公式330

12.3.4高斯公式和牛顿公式作图法330

12.4放大镜 光学显微镜334

12.4.1眼睛334

12.4.2放大镜335

12.4.3光学显微镜336

思考题337

习题338

参考文献339

第13章 波动光学340

13.1光的干涉340

13.1.1光的相干性340

13.1.2杨氏双缝干涉实验341

13.1.3劳埃德镜与半波损失343

13.1.4光程与光程差344

13.1.5等倾干涉344

13.1.6等厚干涉346

13.1.7迈克尔逊干涉仪349

13.2光的衍射350

13.2.1光的衍射现象350

13.2.2惠更斯-菲涅尔原理351

13.2.3夫琅禾费单缝衍射351

13.2.4圆孔衍射 光学仪器的分辨率354

13.2.5平面衍射光栅356

13.2.6 X射线衍射358

13.3光的偏振360

13.3.1自然光与偏振光360

13.3.2偏振片 马吕斯定律360

13.3.3反射 折射及散射时光的偏振性362

13.4光的双折射364

13.4.1双折射现象364

13.4.2惠更斯原理在双折射现象中的应用365

13.4.3椭圆偏振光和圆偏光波片366

13.4.4旋光现象367

13.5光的吸收和散射368

13.5.1光的吸收369

13.5.2光的散射370

思考题371

习题372

参考文献373

第14章 量子物理基础374

14.1黑体辐射374

14.1.1热辐射现象 黑体辐射374

14.1.2热辐射现象 黑体辐射斯特潘-玻耳兹曼定律维恩位移定律375

14.1.3经典物理的困难377

14.1.4普朗克能量子假设377

14.2光电效应379

14.2.1光电效应的实验规律379

14.2.2爱因斯坦的光子理论381

14.3康普顿效应383

14.4波粒二象性386

14.4.1光子的波粒二象性386

14.4.2德布罗意波 实物粒子的波粒二象性387

14.4.3电子双缝干涉实验389

14.5不确定关系391

14.6薛定谔方程392

14.6.1波函数393

14.6.2定态薛定谔方程395

14.6.3一维无限深方势阱398

14.6.4一维有限势垒 隧道效应401

14.6.5一维谐振子402

14.6.6对应原理403

14.7氢原子中的电子404

14.7.1氢原子的玻尔理论404

14.7.2氢原子的薛定谔方程408

14.7.3三个量子数409

14.7.4电子的概率密度410

14.7.5电子自旋411

14.8激光412

14.8.1自发辐射 受激辐射413

14.8.2激光原理413

14.8.3激光器415

14.8.4激光的特性416

思考题416

习题417

参考文献418

第15章 原子核和放射性419

15.1原子核的基本性质419

15.1.1原子核的发现和原子核物理419

15.1.2原子核的基本性质420

15.1.3原子核的自旋和磁矩420

15.1.4原子核的结合能422

15.1.5核力423

15.1.6原子核的宇称424

15.2原子核的放射衰变425

15.2.1 α、β和γ衰变425

15.2.2原子核的衰变规律半衰期429

15.2.3放射性强度431

15.2.4放射性的应用434

15.3原子核的聚变和裂变436

15.3.1原子核的聚变436

15.3.2原子核的裂变437

15.4宇宙中的原子核合成438

思考题439

习题440

参考文献441

附录 习题答案442