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第一篇 力学3

第一章 运动学3

1.1 参照系和坐标系3

1.2 质点和刚体4

1.3 位矢、速度和加速度4

1.3.1 位置、位矢和位移4

1.3.2 速度和加速度6

1.3.3 速度、加速度的直角坐标分量表示式7

1.3.4 质心7

1.4 曲线运动、切向加速度和法向加速度9

1.4.1 曲线运动、已知加速度求速度和位矢9

1.4.2 切向加速度和法向加速度12

1.4.3 圆周运动、角位移、角速度和角加速度14

1.4.4 角量和线量的关系15

1.4.5 刚体绕固定轴的转动15

1.5 相对运动16

1.6 力学单位制、量纲19

1.6.1 力学单位制19

1.6.2 量纲20

附录1.1 微积分简介21

附录1.2 矢量28

阅读材料 科学家介绍——伽利略31

思考题与习题33

第二章 动力学37

2.1 牛顿三定律37

2.1.1 牛顿三定律37

2.1.2 4种基本相互作用38

2.1.3 接触力39

2.1.4 牛顿三定律的应用41

2.1.5 伽利略相对性原理49

2.1.6 非惯性系中的惯性力50

2.2 动量和动量守恒定律53

2.2.1 动量、冲量和动量定理53

2.2.2 动量守恒定律55

2.2.3 质心运动定理56

2.2.4 变质量体系的运动方程、火箭58

2.3 角动量和角动量守恒定律61

2.3.1 质点的角动量和刚体定轴转动的角动量61

2.3.2 平行轴定理63

2.3.3 力矩65

2.3.4 质点和定轴转动刚体的角动量定理、转动定律67

2.3.5 角动量守恒定律69

阅读材料2.1 科学家介绍——牛顿72

阅读材料2.2 引力波74

思考题与习题77

第三章 功能、机械能守恒定律84

3.1 功和功率84

3.1.1 力的功和功率84

3.1.2 力矩的功和功率85

3.2 几种力的功、势能86

3.2.1 保守力的功86

3.2.2 摩擦力的功89

3.2.3 功和参照系的关系89

3.2.4 势能91

3.3 动能定理92

3.3.1 质点的动能和动能定理92

3.3.2 刚体定轴转动的动能定理93

3.4 机械能守恒定律94

3.4.1 功能原理94

3.4.2 机械能守恒定律95

3.4.3 功和能的定理与参照系的关系95

3.4.4 刚体的平面运动99

3.5 碰撞103

3.5.1 碰撞与守恒定律103

3.5.2 弹性碰撞和完全非弹性碰撞103

3.6 进动106

思考题与习题107

第四章 狭义相对论基础115

4.1 狭义相对论的基本假设115

4.1.1 爱因斯坦的基本假设115

4.1.2 洛伦兹变换116

4.1.3 狭义相对论的时空性质117

4.2 相对论速度变换120

4.3 相对论质量、动量和能量122

4.3.1 相对论质量和动量122

4.3.2 相对论能量124

阅读材料4.1 科学家介绍——爱因斯坦127

阅读材料4.2 宇宙大爆炸理论和实验证据129

阅读材料4.3 黑洞133

阅读材料4.4 正、负电子对撞机135

思考题与习题138

第五章 流体力学140

5.1 流体运动的描述140

5.1.1 流场、流线和流管140

5.1.2 定常流动和不定常流动141

5.2 定常流动的连续性方程141

5.3 伯努利方程142

5.3.1 理想流体142

5.3.2 伯努利方程142

5.3.3 伯努利方程的应用举例144

5.4 实际流体的运动规律147

5.4.1 粘滞流体的能量方程147

5.4.2 湍流和雷诺数149

5.4.3 泊肃叶定律150

阅读材料 血液的流动和血压152

思考题与习题154

第二篇 热学159

第六章 气体分子运动论159

6.1 理想气体状态方程159

6.1.1 状态参量159

6.1.2 理想气体状态方程160

6.2 理想气体的压强公式161

6.2.1 理想气体的微观模型和等概率假说161

6.2.2 理想气体的压强公式163

6.2.3 温度的统计意义164

6.3 麦克斯韦速率分布律165

6.3.1 统计规律性与分布函数165

6.3.2 麦克斯韦速率分布律167

6.3.3 最概然速率、平均速率和方均根速率168

6.3.4 验证麦克斯韦速率分布律的实验170

6.4 玻耳兹曼分布律171

6.4.1 重力场中大气密度和压强随高度的分布171

6.4.2 麦克斯韦-玻耳兹曼分布律172

6.5 能量按自由度均分定理174

6.5.1 自由度174

6.5.2 能量按自由度均分定理174

6.5.3 理想气体的内能及热容量176

6.6 气体的输运过程177

6.6.1 气体分子碰撞频率和平均自由程177

6.6.2 气体的输运过程179

6.7 物质透过生物膜的输运182

6.7.1 物质透过生物膜的输运182

6.7.2 膜电位183

阅读材料6.1 血液透析183

阅读材料6.2 生物圈186

思考题与习题188

第七章 热力学191

7.1 热力学第一定律191

7.1.1 热力学过程191

7.1.2 功和热量191

7.1.3 热力学第一定律192

7.2 热力学第一定律的应用193

7.2.1 理想气体的等容过程193

7.2.2 理想气体的等压过程194

7.2.3 理想气体的等温过程194

7.2.4 理想气体的绝热过程195

7.2.5 人体的新陈代谢197

7.3 循环过程、卡诺循环198

7.3.1 循环过程和热机的效率198

7.3.2 卡诺循环200

7.4 热力学第二定律203

7.4.1 自然现象的不可逆性203

7.4.2 热力学第二定律204

7.4.3 卡诺定理205

7.4.4 熵和熵增加原理205

7.4.5 热力学第二定律的统计意义209

阅读材料7.1 耗散结构和自组织现象212

阅读材料7.2 熵、信息与遗传213

思考题与习题215

第三篇 电磁学221

第八章 静 电场221

8.1 库仑定律221

8.2 电场强度223

8.2.1 电场和电场强度223

8.2.2 场强叠加原理224

8.3 高斯定理228

8.3.1 电场线228

8.3.2 电通量230

8.3.3 高斯定理及其应用231

8.4 静电场的环路定理、电势235

8.4.1 静电场的环路定理235

8.4.2 电势差和电势236

8.4.3 场强与电势的关系238

8.4.4 关于电势零点的讨论241

8.5 导体的静电平衡、电容器243

8.5.1 导体的静电平衡条件243

8.5.2 导体表面的电荷分布和电场强度243

8.5.3 尖端效应和静电屏蔽246

8.5.4 电容、电容器247

8.6 稳恒电流、基尔霍夫定律252

8.6.1 电流的连续性方程、稳恒电流252

8.6.2 欧姆定律、电动势254

8.6.3 基尔霍夫定律257

阅读材料8.1 静电的应用和静电危害的消除259

阅读材料8.2 电泳与太空制药263

阅读材料8.3 导电高聚物265

阅读材料8.4 静电技术在生命科学中的应用270

思考题与习题273

第九章 磁场281

9.1 磁场的高斯定理281

9.1.1 电流的磁效应281

9.1.2 磁场、磁感应强度和磁感应线283

9.1.3 磁通量和磁场的高斯定理285

9.2 磁场对电流的作用、磁矩286

9.2.1 安培公式286

9.2.2 磁场对平面载流线圈的作用、磁矩287

9.3 毕奥-萨伐尔定律289

9.3.1 毕奥-萨伐尔定律289

9.3.2 毕奥-萨伐尔定律的应用290

9.4 安培环路定理294

9.4.1 安培环路定理294

9.4.2 安培环路定理的应用296

9.5 带电粒子在电场和磁场中的运动297

9.5.1 洛伦兹力297

9.5.2 带电粒子在磁场中的运动298

9.5.3 回旋加速器301

9.5.4 质谱仪302

9.5.5 霍耳效应304

阅读材料 磁流体发电305

思考题与习题307

第十章 电磁感应312

10.1 电磁感应定律312

10.1.1 电磁感应现象312

10.1.2 楞次定律313

10.1.3 法拉第电磁感应定律314

10.2 动生电动势和感生电动势316

10.2.1 动生电动势317

10.2.2 感生电动势和感生电场319

10.3 自感与互感323

10.3.1 自感应323

10.3.2 互感应325

10.4 自感磁能和互感磁能327

10.4.1 自感磁能327

10.4.2 互感磁能329

阅读材料10.1 磁悬浮列车331

阅读材料10.2 核磁共振334

思考题与习题336

第十一章 物质中的电场和磁场341

11.1 电介质、介质中的高斯定理341

11.1.1 电介质的极化341

11.1.2 极化强度和极化电荷密度343

11.1.3 电位移，电介质中的高斯定理344

11.2 磁介质、介质中的安培环路定理347

11.2.1 磁介质和磁化强度矢量347

11.2.2 磁化电流349

11.2.3 磁介质中的安培环路定理350

11.2.4 铁磁质353

11.3 静电场和静磁场的能量354

11.3.1 静电场的能量354

11.3.2 静磁场的能量356

阅读材料 超导体357

思考题与习题363

第十二章 电磁场和电磁波366

12.1 麦克斯韦方程组366

12.1.1 位移电流与感生磁场366

12.1.2 麦克斯韦方程组371

12.2 电磁波的产生和传播372

12.3 电磁波的能量和动量373

12.3.1 电磁场的能量密度和能流密度373

12.3.2 电磁波的动量373

12.4 电磁波的辐射375

12.4.1 辐射电磁波的条件375

12.4.2 电偶极辐射和磁偶极辐射375

12.4.3 轫致辐射376

12.4.4 同步辐射377

12.5 电磁波谱378

阅读材料 生命系统的超微弱光子辐射379

思考题与习题381

第四篇 光学385

第十三章 振动与波385

13.1 一维简谐振动385

13.2 阻尼振动、受迫振动与共振389

13.3 简谐振动的合成395

13.3.1 同方向、同频率简谐振动的合成396

13.3.2 同方向、频率相近的简谐振动的合成397

13.3.3 振动的谐波分析399

13.3.4 同频率、振动方向垂直的两个简谐振动的合成402

13.4 机械波的产生和传播404

13.5 波的干涉、驻波416

13.6 多普勒效应421

阅读材料13.1 超声多普勒血流仪424

阅读材料13.2 超声波的特性及B超原理425

思考题与习题429

第十四章 光的衍射与干涉435

14.1 惠更斯-菲涅耳原理435

14.2 单缝夫琅和费衍射443

14.3 圆孔夫琅和费衍射与光学仪器的分辨本领448

14.4 光栅衍射451

14.4.1 主极大的位置与光强455

14.4.2 缺级455

14.4.3 光栅的色散456

14.5 X光衍射457

14.6 薄膜干涉459

14.6.1 等厚与等倾薄膜干涉460

14.6.2 劈尖干涉461

14.6.3 牛顿环462

14.6.4 迈克尔逊干涉仪464

14.6.5 增透膜465

14.7 全息照相467

思考题与习题470

第十五章 光的偏振474

15.1 自然光与偏振光474

15.2 反射光的偏振、布儒斯特角477

15.3 晶体的双折射479

15.3.1 光轴在入射面内与晶体表面成一夹角，斜入射481

15.3.2 光轴平行于晶体表面，正入射482

15.3.3 光轴垂直于晶体表面，正入射483

15.4 椭圆偏振光485

15.5 偏振光的干涉489

15.6 旋光性492

阅读材料 光学显微镜的进展494

思考题与习题498

第五篇 近代物理503

第十六章 量子物理基础503

16.1 黑体辐射与普朗克的量子假说503

16.2 德布罗意波507

16.3 薛定谔方程512

阅读材料 抓住原子的“机械手”——扫描隧道显微镜520

思考题与习题524

第十七章 原子与分子526

17.1 氢原子526

17.2 多电子原子539

17.3 分子结构和分子光谱545

思考题与习题552

第十八章 激光554

18.1 激光的产生554

18.2 激光的应用562

阅读材料18.1 激光冷却、原子捕陷与玻色-爱因斯坦凝聚564

阅读材料18.2 天文望远镜的进展——激光灯标天文望远镜及哈勃天文望远镜567

阅读材料18.3 光速的测定及长度单位——米的新定义572

阅读材料48.4 激光唱片放音机中的光学系统及光学存储器576

第十九章 凝聚态579

19.1 晶体的结构与能带579

19.2 固体的电导586

19.3 准晶体594

19.4 介观体系599

附表606

附表1 基本物理常量1986年的推荐值606

附表2 保留单位和标准值606

习题答案607

主要参考书目615