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绪论1

第1章 质点力学5

1.1质点和参考系5

1.1.1质点和刚体5

1.1.2参考系和坐标系6

1.1.3时间和时刻6

1.2质点运动的描述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8

1.3牛顿运动定律10

1.3.1牛顿运动定律的表述10

1.3.2牛顿运动定律的应用举例11

1.4功和能 机械能守恒定律13

1.4.1功和功率13

1.4.2动能和势能15

1.4.3机械能守恒定律17

1.5冲量和动量 动量守恒定律18

1.5.1力的冲量18

1.5.2动量 动量定理19

1.5.3动量守恒定律21

1.6力矩和角动量 角动量守恒定律21

1.6.1力矩 角动量21

1.6.2角动量守恒定律22

内容提要25

思考题28

习题28

物理学家简介 牛顿30

第2章 刚体的定轴转动33

2.1刚体定轴转动的运动学描述33

2.1.1刚体的运动形式33

2.1.2刚体定轴转动的运动学描述33

2.2转动定律36

2.2.1力矩36

2.2.2转动定律的推导37

2.2.3转动惯量38

2.2.4转动定律的应用举例41

2.3机械能守恒43

2.3.1力矩的功43

2.3.2转动动能 动能定理44

2.3.3刚体的势能 机械能守恒45

2.4角动量守恒47

2.4.1角动量47

2.4.2角动量定理48

2.4.3角动量守恒定律48

内容提要50

思考题52

习题52

物理学家简介 伽利略55

第3章 热学58

3.1温度和气体物态方程58

3.1.1基本概念58

3.1.2气体的三条实验定律60

3.1.3理想气体的物态方程60

3.2气体动理论62

3.2.1理想气体压强 温度的微观意义63

3.2.2能量均分定理 理想气体的内能66

3.2.3麦克斯韦速率分布律68

3.3热力学第一定律71

3.3.1热力学第一定律的推导71

3.3.2几个典型的热力学过程73

3.3.3循环过程和卡诺循环77

3.4热力学第二定律81

3.4.1热力学第二定律概述81

3.4.2可逆过程与不可逆过程81

3.4.3热力学第二定律的实质82

3.4.4卡诺定理82

内容提要82

思考题84

习题85

物理学家简介 麦克斯韦86

第4章 静电场89

4.1电荷守恒定律 库仑定律89

4.1.1电荷 电荷的量子化89

4.1.2电荷守恒定律89

4.1.3库仑定律90

4.2电场强度 高斯定理91

4.2.1电场强度 电场强度叠加原理91

4.2.2高斯定理96

4.3静电场的环路定理 电势101

4.3.1电场力做功 静电场的环路定理101

4.3.2电势 电势叠加原理102

4.3.3电势差105

4.4静电场中的导体107

4.4.1导体的静电平衡107

4.4.2静电平衡时导体上的电荷分布109

4.5静电场中的电介质112

4.5.1电介质的极化112

4.5.2有电介质时的高斯定理和环路定理114

4.6电容器 静电场的能量116

4.6.1电容器的电容116

4.6.2电容器的联接117

4.6.3静电场的能量118

内容提要119

思考题122

习题123

物理学家简介 高斯125

第5章 恒定磁场127

5.1恒定电流127

5.1.1电流 电流密度127

5.1.2欧姆定律及微分形式128

5.2磁感应强度 毕奥-萨伐尔定律129

5.2.1磁感应强度129

5.2.2毕奥-萨伐尔定律 磁场叠加原理130

5.3恒定磁场的高斯定理和安培环路定理134

5.3.1恒定磁场的高斯定理134

5.3.2安培环路定理135

5.4磁场对运动电荷和载流导体的作用138

5.4.1磁场对运动电荷的作用138

5.4.2磁场对载流导体的作用140

5.4.3磁场对载流线圈的作用141

5.5磁介质142

5.5.1磁介质 磁化强度142

5.5.2有磁介质时的高斯定理和安培环路定理145

内容提要147

思考题149

习题150

物理学家简介 安培153

第6章 电磁感应 电磁场156

6.1电磁感应定律156

6.1.1电磁感应现象156

6.1.2法拉第电磁感应定律157

6.1.3楞次定律159

6.2动生电动势和感生电动势160

6.2.1动生电动势161

6.2.2感生电动势 感生电场162

6.3自感和互感 磁场的能量165

6.3.1自感165

6.3.2互感167

6.3.3磁场的能量169

6.4电磁场170

6.4.1位移电流170

6.4.2麦克斯韦方程组172

6.4.3电磁场的物质性173

内容提要175

思考题176

习题177

物理学家简介 法拉第178

第7章 振动和波181

7.1简谐振动181

7.1.1简谐振动的运动学描述181

7.1.2简谐振动的动力学方程和能量186

7.1.3简谐振动的合成188

7.2简谐波193

7.2.1机械波的产生条件和分类193

7.2.2平面简谐波的描述194

7.2.3波的能量和波的强度198

7.2.4波的叠加 驻波199

内容提要202

思考题204

习题205

物理学家简介 惠更斯206

第8章 光学208

8.1几何光学208

8.1.1几何光学的基本定律208

8.1.2光的反射和折射成像209

8.1.3薄透镜211

8.2光的干涉213

8.2.1基本概念213

8.2.2杨氏双缝干涉214

8.2.3薄膜干涉216

8.3光的衍射219

8.3.1基本概念219

8.3.2夫琅禾费单缝衍射221

8.3.3光栅衍射223

8.4光的偏振225

8.4.1基本概念225

8.4.2马吕斯定律227

8.4.3布儒斯特定律228

内容提要229

思考题232

习题232

物理学家简介 托马斯·杨233

第9章量子物理学236

9.1热辐射236

9.1.1热辐射的基本概念236

9.1.2黑体辐射237

9.1.3普朗克公式238

9.2光电效应 康普顿效应239

9.2.1光电效应239

9.2.2康普顿效应241

9.3物质的本性243

9.3.1光的波粒二象性243

9.3.2德布罗意波243

9.4玻尔的氢原子理论245

9.4.1玻尔理论的基本假设245

9.4.2氢原子的轨道半径和能量247

9.5薛定谔方程249

9.5.1不确定关系249

9.5.2波函数250

9.5.3薛定谔方程的推导252

9.6激光253

内容提要256

思考题258

习题258

物理学家简介 尼尔斯&玻尔259

第10章 相对论力学261

10.1经典力学的时空观261

10.1.1伽利略相对性原理261

10.1.2经典力学的时空观表述261

10.1.3伽利略变换262

10.2狭义相对论的基本原理263

10.2.1迈克耳孙-莫雷实验263

10.2.2狭义相对论的基本原理表述264

10.2.3洛伦兹变换265

10.3狭义相对论的时空观268

10.3.1“同时”的相对性268

10.3.2时间延缓270

10.3.3长度收缩271

10.4狭义相对论的动力学基础272

10.4.1狭义相对论的质量272

10.4.2狭义相对论的动量273

10.4.3狭义相对论的能量273

10.4.4狭义相对论的基本动力学方程275

10.5广义相对论简介276

10.5.1广义相对论的基本原理276

10.5.2广义相对论的实验检验277

内容提要278

思考题280

习题280

物理学家简介 爱因斯坦281

附录284

附录A 数学基础284

附录B 一些物理常量的常用值295

附录C 历届诺贝尔物理学奖获得者296

附录D 21世纪100个科学难题302

习题参考答案305

参考文献315