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绪论1

一、物理学的研究对象1

二、物理学与技术和社会的关系2

三、物理学的研究模式4

四、为什么学习和怎样学习物理学5

第一篇 力学9

第一章　质点运动学9

第一节　质点运动的描述9

一、时间与空间9

二、坐标系与质点11

三、位置矢量与位移14

四、速度与加速度15

第二节　曲线运动21

一、圆周运动21

二、抛体运动29

第三节　相对运动32

一、伽利略坐标变换32

二、伽利略速度与加速度变换33

三、结束语35

阅读材料　全球定位系统（GPS）的原理及其应用35

一、GPS的组成与基本原理35

二、GPS的物理基础37

三、GPS的应用37

参考文献38

思考题38

练习题39

第二章　质点动力学41

第一节　牛顿运动定律41

一、历史的回顾41

二、牛顿运动定律43

三、几种常见的力46

四、牛顿运动定律的应用52

第二节　动量定理和动量守恒定律57

一、冲量与动量定理57

二、质点系的动量定理62

三、质点系的动量守恒定律63

第三节　动能定理和能量守恒定律65

一、功与动能定理65

二、势能与机械能守恒定律71

三、能量守恒定律75

第四节　经典力学的局限性78

一、惯性系与非惯性系78

二、低速运动与高速运动81

三、确定性与随机性81

四、能量的连续性与能量量子化81

五、结束语82

阅读材料　航天中的力学83

一、航天中的宇宙速度83

二、人造卫星的发射84

三、航天中的超重与失重86

四、同步通信卫星87

参考文献88

思考题88

练习题89

第三章　刚体力学92

第一节　刚体定轴转动的转动定律92

一、刚体运动的描述92

二、刚体定轴转动的转动定律95

三、转动定律的应用100

第二节　刚体定轴转动的动能定理102

一、力矩的功与转动动能102

二、刚体定轴转动的动能定理104

第三节　刚体定轴转动的角动量守恒定律105

一、刚体定轴转动的角动量定理105

二、刚体定轴转动的角动量守恒定律107

三、结束语111

阅读材料 自然界的对称性与守恒律113

一、自然界的对称性113

二、对称的分类114

三、物理定律的对称性115

四、对称性是基本规律之上更高层次的法则116

参考文献117

思考题117

练习题118

第四章　连续体力学121

第一节　固体的弹性121

一、应变与应力121

二、固体的拉伸与压缩124

三、固体的弯曲129

第二节　流体静力学132

一、流体的压强132

二、液体的表面性质135

第三节　理想流体的流动141

一、流体的定常流动141

二、连续性原理142

三、伯努利方程143

第四节　黏滞流体的流动149

一、黏滞流体的基本规律149

二、泊肃叶公式152

三、斯托克斯公式156

四、雷诺数和流体相似率159

五、结束语161

阅读材料　液氦的超流性162

一、相变162

二、液氦的性质163

三、超流的解释与应用165

参考文献165

思考题166

练习题166

第二篇　热学171

第五章　气体动理论171

第一节　气体动理论的基本概念171

一、原子与分子171

二、分子力173

三、分子的热运动174

四、统计规律及分布函数176

第二节　理想气体的压强和温度179

一、理想气体的分子模型与统计假设179

二、理想气体的压强180

三、理想气体的温度183

第三节　实际气体的状态方程186

一、实际气体的等温线186

二、范德瓦耳斯方程189

第四节　气体分子的速率分布规律192

一、麦克斯韦速率分布规律192

二、气体分子速率的三种统计值194

三、麦克斯韦速率分布规律的实验验证198

第五节　玻耳兹曼分布律200

一、玻耳兹曼分布律200

二、重力场中分子数按高度的分布202

第六节　能量按自由度均分定理203

一、自由度203

二、能量按自由度均分定理204

三、理想气体的内能206

第七节　气体分子的输运规律207

一、气体的黏滞现象207

二、气体分子的扩散208

三、气体的热传导现象209

四、结束语210

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211

一、大气臭氧的生态学意义211

二、大气二氧化碳和水的生态学意义213

三、气候变化与盖娅假说214

参考文献215

思考题216

练习题216

第六章　热力学218

第一节　热力学的基本概念218

一、系统218

二、平衡态与状态参量219

三、准静态过程与可逆过程220

四、内能、功与热量221

五、热容量223

第二节　热力学第一定律224

一、热力学第一定律224

二、理想气体在等值过程中的热功转换225

第三节　热力学第二定律232

一、卡诺循环232

二、热力学第二定律241

第四节　熵245

一、卡诺定理245

二、克劳修斯不等式　熵246

三、熵的微观本质248

四、熵的计算249

五、结束语251

阅读材料　熵、信息与生命252

一、熵与信息252

二、熵与生命254

参考文献255

思考题255

练习题257

第三篇　电磁学263

第七章　静电场263

第一节　电荷与库仑定律263

一、电荷263

二、库仑定律266

第二节　电场强度268

一、静电场268

二、电场强度268

三、电场强度的计算269

第三节　静电场的高斯定理272

一、电通量272

二、高斯定理274

三、高斯定理的应用275

第四节　电势278

一、电势能与静电场的环路定理278

二、电势280

三、电场强度与电势的微分关系284

第五节　静电场对导体和电介质的作用286

一、静电场对导体的作用286

二、静电场对电介质的作用291

三、电介质中的高斯定理293

第六节 电容器与电场的能量296

一、电容器的电容296

二、电容器的能量299

三、电场的能量301

四、结束语302

阅读材料　静电的危害与利用303

一、静电的危害303

二、静电的利用303

参考文献306

思考题306

练习题307

第八章　恒定电流311

第一节　电流与电阻311

一、电流311

二、欧姆定律的微分形式315

三、电阻317

第二节　电动势319

一、电动势的物理概念319

二、化学电池321

三、接触电动势322

四、温差电动势323

第三节　电路的基本定律324

一、含源电路的欧姆定律324

二、基尔霍夫定律325

三、基尔霍夫定律的应用327

四、结束语329

阅读材料 大气电场及其对生物和农业的影响330

一、大气电场330

二、大气的电容器模型331

三、大气电场对生物和农业的影响331

参考文献332

思考题332

练习题333

第九章　稳恒磁场336

第一节　磁场336

一、历史的回顾336

二、磁感应强度337

三、毕奥-萨伐尔定律340

四、运动电荷的磁场344

第二节　磁场的高斯定理与安培环路定理345

一、磁场的高斯定理345

二、安培环路定理346

第三节　磁场对电流和运动电荷的作用350

一、安培力350

二、洛伦兹力及其应用354

第四节　磁介质361

一、磁介质的分类　弱磁质361

二、磁场强度363

三、磁介质中的安培环路定理364

四、铁磁质366

五、结束语368

阅读材料　超导及其应用369

一、超导现象369

二、超导现象的理论解释371

三、高温超导372

四、超导的应用372

参考文献373

思考题373

练习题373

第十章　电磁感应与电磁场377

第一节　法拉第电磁感应定律377

一、电磁感应现象377

二、法拉第电磁感应定律378

三、楞次定律379

第二节　感应电动势380

一、动生电动势380

二、感生电动势与感生电场381

第三节　电感　磁场的能量384

一、自感384

二、互感385

三、磁场的能量386

第四节　电磁场和电磁波388

一、位移电流假说388

二、麦克斯韦电磁方程组390

三、电磁波393

四、结束语397

阅读材料　微波及其应用397

一、微波及其特点397

二、微波应用398

三、展望401

参考文献401

思考题401

练习题401

参考答案404