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绪论1

第1篇 力学5

第1章 质点运动的基本规律5

1.1 几个基本概念5

1.1.1 质点和质点系5

1.1.2 参考系和坐标系5

1.1.3 时间和空间6

1.1.4 国际单位制和量纲6

1.2 描述质点运动的物理量7

1.2.1 位矢7

1.2.2 位移7

1.2.3 速度8

1.2.4 加速度9

1.3 描述质点运动的坐标系10

1.3.1 直角坐标系10

1.3.2 自然坐标系12

1.3.3 质点运动学的两类基本问题13

1.4 圆周运动的角量描述17

1.4.1 圆周运动的角量17

1.4.2 线量和角量的关系18

1.5 相对运动19

1.6 牛顿运动定律及其应用21

1.6.1 牛顿运动定律21

1.6.2 力学中常见的三种力23

1.6.3 牛顿运动定律的应用25

1.6.4 惯性系和非惯性系29

1.6.5 牛顿运动定律的适用范围30

1.7 非惯性系中的力学定律30

1.7.1 加速平动参考系中的惯性力30

1.7.2 匀速转动参考系中的惯性离心力32

习题33

第2章 守恒定律38

2.1 功与动能定理38

2.1.1 变力的功38

2.1.2 功率39

2.1.3 质点的动能定理41

2.1.4 质点系的动能定理43

2.2 保守力与势能44

2.2.1 保守力和非保守力44

2.2.2 势能46

2.2.3 由势能求保守力48

2.3 功能定理与机械能守恒定律48

2.3.1 功能定理48

2.3.2 机械能守恒定律50

2.4 能量守恒定律51

2.5 动量定理与动量守恒定律51

2.5.1 动量51

2.5.2 质点的动量定理52

2.5.3 质点系的动量定理55

2.5.4 质点系的动量守恒定律57

2.5.5 火箭飞行原理58

2.5.6 碰撞60

2.6 质心与质心运动定理62

2.6.1 质心62

2.6.2 质心运动定理64

2.7 角动量定理与角动量守恒定律66

2.7.1 质点的角动量66

2.7.2 力对点的力矩67

2.7.3 质点的角动量定理68

2.7.4 质点的角动量守恒定律68

2.8 守恒定律的综合应用69

2.8.1 守恒定律的意义69

2.8.2 守恒定律综合应用基本方法70

习题73

第3章 刚体的定轴转动79

3.1 刚体运动的描述79

3.1.1 刚体模型79

3.1.2 刚体的平动和转动79

3.1.3 刚体定轴转动的描述80

3.2 转动动能与转动惯量81

3.2.1 转动动能81

3.2.2 转动惯量的计算82

3.3 刚体定轴转动定律85

3.3.1 力矩85

3.3.2 转动定律86

3.3.3 转动定律的应用87

3.4 刚体定轴转动中的功能关系88

3.4.1 力矩的功89

3.4.2 刚体定轴转动的动能定理89

3.4.3 刚体的重力势能90

3.4.4 含有刚体力学系统的机械能守恒定律90

3.5 刚体的角动量定理与角动量守恒定律92

3.5.1 刚体对定轴的角动量92

3.5.2 刚体定轴转动的角动量定理92

3.5.3 刚体定轴转动的角动量守恒定律93

习题95

第2篇 波动学101

第4章 机械振动101

4.1 简谐振动101

4.1.1 简谐振动的特征101

4.1.2 简谐振动的速度和加速度102

4.1.3 单摆和复摆102

4.2 描述简谐振动的物理量104

4.2.1 振幅104

4.2.2 周期104

4.2.3 位相和初相105

4.2.4 振幅和初相的确定105

4.3 简谐振动的旋转矢量法108

4.4 简谐振动的能量112

4.5 简谐振动的合成113

4.5.1 两个同方向同频率简谐振动的合成114

4.5.2 两个同方向不同频率简谐振动的合成116

4.5.3 两个相互垂直同频率简谐振动的合成117

4.5.4 两个相互垂直不同频率简谐振动的合成119

4.6 阻尼振动与受迫振动119

4.6.1 阻尼振动119

4.6.2 受迫振动121

习题123

第5章 机械波127

5.1 机械波的产生与传播127

5.1.1 机械波的产生127

5.1.2 横波和纵波127

5.1.3 波的几何描述128

5.2 描述波的物理量128

5.2.1 波长128

5.2.2 周期和频率129

5.2.3 波速129

5.3 平面简谐波130

5.3.1 平面简谐波的波动方程130

5.3.2 平面简谐波的微分方程132

5.4 平面简谐波的能量134

5.4.1 波的能量134

5.4.2 波的能量密度135

5.4.3 波的能流和能流密度135

5.5 惠更斯原理及应用136

5.5.1 惠更斯原理136

5.5.2 波的衍射137

5.6 波的叠加原理及应用138

5.6.1 波的叠加原理138

5.6.2 波的干涉138

5.6.3 驻波140

5.6.4 半波损失142

5.6.5 弦线上的驻波142

5.7 多普勒效应145

习题147

第6章 波动光学152

6.1 几何光学简介152

6.1.1 光线152

6.1.2 光的反射和折射153

6.1.3 透镜155

6.1.4 光的色散157

6.2 光波及其相干条件157

6.2.1 光波157

6.2.2 光的相干性159

6.2.3 相干光的获得160

6.3 光程与光程差161

6.3.1 光程161

6.3.2 光程差162

6.3.3 额外光程差163

6.3.4 使用透镜不会引起附加的光程差163

6.4 光的干涉163

6.4.1 杨氏双缝干涉163

6.4.2 洛埃镜实验165

6.4.3 薄膜干涉168

6.4.4 迈克尔逊干涉仪175

6.5 光的衍射176

6.5.1 光的衍射现象及其分类176

6.5.2 惠更斯-菲涅耳原理177

6.5.3 单缝衍射178

6.5.4 圆孔衍射182

6.5.5 光栅衍射184

6.5.6 X射线的衍射188

6.6 光的偏振189

6.6.1 自然光和线偏振光189

6.6.2 起偏和检偏191

6.6.3 马吕斯定理192

6.6.4 布儒斯特定律193

6.6.5 双折射现象195

习题196

第3篇 热学202

第7章 气体动理论202

7.1 分子运动的基本概念202

7.1.1 气体分子运动的实验基础202

7.1.2 统计规律203

7.2 理想气体的状态方程204

7.2.1 气体的状态参量204

7.2.2 平衡态205

7.2.3 热力学第零定律206

7.2.4 理想气体的状态方程206

7.3 理想气体的压强公式207

7.3.1 理想气体的微观模型和统计性假设207

7.3.2 理想气体的压强公式208

7.4 理想气体的温度公式210

7.5 能量按自由度均分的统计规律212

7.5.1 分子运动的自由度212

7.5.2 能量按自由度均分定理213

7.5.3 理想气体的内能214

7.6 气体分子速率分布的统计规律214

7.6.1 速率分布函数215

7.6.2 麦克斯韦速率分布律215

7.6.3 麦克斯韦速率分布律的应用217

7.7 气体分子碰撞的统计规律219

7.8 真实气体的范德瓦耳斯方程222

习题224

第8章 热力学基础228

8.1 热力学中的基本概念228

8.1.1 准静态过程228

8.1.2 内能229

8.1.3 功229

8.1.4 热量230

8.2 热力学第一定律230

8.2.1 热力学第一定律的表述230

8.2.2 热力学第一定律对理想气体的应用231

8.3 循环过程与卡诺循环240

8.3.1 循环过程240

8.3.2 卡诺循环241

8.4 热力学第二定律245

8.4.1 可逆过程和不可逆过程245

8.4.2 热力学第二定律的两种表述246

8.5 熵与熵增加原理247

8.5.1 熵的引入248

8.5.2 熵增加原理250

8.6 热力学第二定律的统计意义251

8.6.1 热力学第二定律的微观意义251

8.6.2 玻耳兹曼熵公式254

习题254

习题参考答案259

参考文献266

附录A 矢量267

附录B 常用基本物理常量274

附录C 本书中常用物理量的符号和单位275