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第一篇 力学 1

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 5

一、位置、位矢和位移 5

二、速度和加速度 6

四、质心 7

三、速度、加速度的直角坐标分量表示式 7

1．4曲线运动、切向加速度和法向加速度 8

一、曲线运动、已知加速度求速度和位矢 8

二、切向加速度和法向加速度 10

三、圆周运动、角位移、角速度和角加速度 12

四、角量和线量的关系 13

五、刚体绕固定轴的转动 14

1．5相对运动 15

1．6力学单位制、量纲 17

一、力学单位制 17

思考题与习题 18

二、量纲 18

阅读材料 21

科学家介绍——伽利略 21

附录1．1微积分简介 23

附录1．2矢量 29

第二章 动力学 33

2．1牛顿三定律 33

一、牛顿三定律 33

二、四种基本相互作用 34

三、接触力 35

四、牛顿三定律的应用 36

五、伽利略相对性原理 43

六、非惯性系中的惯性力 43

2．2动量和动量守恒定律 46

一、动量、冲量和动量定理 46

二、动量守恒定律 47

三、质心运动定理 48

四、变质量体系的运动方程、火箭 50

2．3角动量和角动量守恒定律 52

一、质点的角动量和刚体定轴转动的角动量 52

二、平行轴定理 54

三、力矩 55

四、质点和定轴转动刚体的角动量定理、转动定律 56

五、角动量守恒定律 58

思考题与习题 61

阅读材料 67

A．科学家介绍——牛顿 67

B．引力波 68

第三章 功与能、机械能守恒定律 71

3．1功和功率 71

一、力的功和功率 71

二、力矩的功和功率 72

一、保守力的功 73

3．2几种力的功、势能 73

二、摩擦力的功 75

三、功和参照系的关系 75

四、势能 77

3．3动能定理 77

一、质点的动能和动能定理 77

二、刚体定轴转动的动能定理 78

3．4机械能守恒定律 79

一、功能原理 79

三、功和能的定理与参照系的关系 80

二、机械能守恒定律 80

四、刚体的平面运动 83

3．5碰撞 87

一、碰撞与守恒定律 87

二、弹性碰撞和完全非弹性碰撞 87

3．6进动 89

思考题与习题 90

一、爱因斯坦的基本假设 97

二、洛伦兹变换 97

4．1狭义相对论的基本假设 97

第四章 狭义相对论基础 97

三、狭义相对论的时空性质 99

4．2相对论速度变换 101

4．3相对论质量、动量和能量 103

一、相对论质量和动量 103

二、相对论能量 105

思考题与习题 107

阅读材料 109

A．科学家介绍——爱因斯坦 109

B．宇宙大爆炸理论和实验证据 110

C．黑洞 114

D．正、负电子对撞机 116

第五章 流体力学 119

5．l流体运动的描述 119

一、流场、流线和流管 119

二、定常流动和不定常流动 119

5．2定常流动的连续性方程 120

一、理想流体 121

二、伯努利方程 121

5．3伯努利方程及其应用 121

三、伯努利方程的应用举例 122

5．4实际流体的运动规律 125

一、粘滞流体的能量方程 125

二、湍流和雷诺数 127

三、泊肃叶定律 127

思考题与习题 129

阅读材料 131

血液的流动和血压 131

6．l理想气体状态方程 135

一、状态参至 135

第二篇 热学 135

第六章 气体分子运动论 135

二、理想气体状态方程 136

6．2理想气体的压强公式 137

一、理想气体的微观模型和等概率假说 137

二、理想气体的压强公式 138

三、温度的统计意义 139

6．3麦克斯韦速率分布律 140

一、统计规律性与分布函数 140

二、麦克斯韦速率分布律 141

三、最概然速率、平均速率和方均根速率 142

一、重力场中大气密度和压强随高度的分布 144

四、验证麦克斯韦速率分布律的实验 144

6．4玻耳兹曼分布律 144

二、麦克斯韦—玻耳兹曼分布律 146

6．5能量按自由度均分定理 147

一、自由度 147

二、能量按自由度均分定理 147

三、理想气体的内能及热容量 148

6．6气体的输运过程 150

一、气体分子碰撞频率和平均自由程 150

二、气体的输运过程 151

二、扩散造成膜电位 154

6．7物质透过生物膜的输运 154

一、物质透过生物膜的输运 154

思考题与习题 155

阅读材料 157

A．血液透析 157

B．生物圈 159

第七章 热力学 162

7．1热力学第一定律 162

一、热力学过程 162

二、功和热量 162

三、热力学第一定律 163

7．2热力学第一定律的应用 164

一、理想气体的等容过程 164

二、理想气体的等压过程 164

三、理想气体的等温过程 165

四、理想气体的绝热过程 165

五、人体的新陈代谢 167

7．3循环过程、卡诺循环 167

一、循环过程和热机的效率 167

二、卡诺循环 169

二、热力学第二定律 172

7．4热力学第二定律 172

一、自然现象的不可逆性 172

三、卡诺定理 173

四、嫡和嫡增加原理 173

五、热力学第二定律的统计意义 176

思考题与习题 178

阅读材料 181

A．耗散结构和自组织现象 181

B．嫡、信息与遗传 182

8．1库仑定律 187

第八章 静电场 187

第三篇 电磁学 187

8．2电场强度 188

一、电场和电场强度 188

二、场强叠加原理 189

8．3高斯定理 193

一、电场线 193

二、电通量 194

三、高斯定理及其应用 195

二、电势差和电势 199

一、静电场的环路定理 199

8．4静电场的环路定理、电势 199

三、场强与电势的关系 201

四、关于电势零点的讨论 204

8．5导体的静电平衡、电容器 205

一、导体的静电平衡条件 205

二、导体表面的电荷分布和电场强度 205

三、尖端效应和静电屏蔽 207

四、电容、电容器 208

一、电流的连续性方程、稳恒电流 212

8．6稳恒电流、基尔霍夫定律 212

二、欧姆定律、电动势 214

三、基尔霍夫定律 216

思考题与习题 218

阅读材料 225

A．静电的应用和静电危害的消除 225

B．电泳与太空制药 228

C．导电高聚物 230

D．静电技术在生命科学中的应用 234

9．1磁场的高斯定理 237

一、电流的磁效应 237

第九章 磁场 237

二、磁场、磁感应强度和磁感应线 238

三、磁通量和磁场的高斯定理 240

9．2磁场对电流的作用、磁矩 241

一、安培公式 241

二、磁场对平面载流线圈的作用、磁矩 241

9．3毕奥一萨伐尔定律及其应用 243

一、毕奥一萨伐尔定律 243

二、毕奥一萨伐尔定律的应用 244

一、安培环路定理 247

9．4安培环路定理 247

二、安培环路定理的应用 249

9．5带电粒子在电场和磁场中的运动 250

一、洛伦兹力 250

二、带电粒子在磁场中的运动 250

三、回旋加速器 253

四、质谱仪 254

五、霍耳效应 255

思考题与习题 256

阅读材料 260

磁流体发电 260

一、电磁感应现象 262

第十章 电磁感应 262

10．1电磁感应定律 262

二、楞次定律 263

三、法拉第电磁感应定律 264

10．2动生电动势和感生电动势 266

一、动生电动势 266

二、感生电动势和感生电场 268

10．3自感与互感 271

一、自感应 271

二互感应 273

一、自感磁能 274

10．4自感磁能和互感磁能 274

二、互感磁能 276

思考题与习题 278

阅读材料 282

A．磁悬浮列车 282

B．核磁共振 284

第十一章 物质中的电场和磁场 287

11．1电介质、介质中的高斯定理 287

一、电介质的极化 287

二、极化强度和极化电荷密度 288

三、电位移、电介质中的高斯定理 289

一、磁介质和磁化强度矢量 292

11．2磁介质、介质中的安培环路定理 292

二、磁化电流 293

三、磁介质中的安培环路定理 294

四、铁磁质 296

ll．3静电场和静磁场的能量 297

一、静电场的能量 297

二、静磁场的能量 299

思考题与习题 300

超导体 303

阅读材料 303

第十二章 电磁场和电磁波 308

12．l麦克斯韦方程组 308

一、位移电流与感生磁场 308

二、麦克斯韦方程组 312

12．2电磁波的产生和传播 313

12．3电磁波的能量和动量 314

一、电磁场的能量密度和能流密度 314

二、电磁波的动量 314

一、辐射电磁波的条件 315

12．4电磁波的辐射 315

二、电偶极辐射和磁偶极辐射 316

三、轫致辐射 316

四、同步辐射 317

12．5电磁波谱 318

思考题与习题 319

阅读材料 320

生命系统的超微弱光子辐射 320

第四篇 光学 325

第十三章 振动与波 325

13．1一维简谐振动 325

13．2阻尼振动、受迫振动与共振 328

13．3简谐振动的合成 334

一、同方向、同频率简谐振动的合成 334

二、同方向、频率相近的简谐振动的合成 335

三、振动的谐波分析 337

四、两个同频率、沿相互垂直方向的简谐振动的合成 339

13．4机械波的产生和传播 341

13．5波的干涉、驻波 351

13．6多普勒效应 355

思考题与习题 357

A．超声多普勒血流仪 362

阅读材料 362

B．超声波的特性及B超原理 364

第十四章 光的衍射与干涉 368

14．1惠更斯一菲涅耳原理 368

14．2单缝夫琅和费衍射 374

14．3圆孔夫琅和费衍射与光学仪器的分辨本领 378

14．4光栅衍射 381

一、主极大的位置与光强 384

二、缺级 384

三、光栅的色散 385

14．5X光衍射 386

14．6薄膜干涉 387

一、等厚与等倾薄膜干涉 388

二、劈尖干涉 389

一、牛顿环 390

四、迈克尔逊干涉仪 391

五、增透膜 392

14．7全息照相 394

思考题与习题 396

15．1自然光与偏振光 400

第十五章 光的偏振 400

15．2反射光的偏振、布儒斯特角 403

15．3晶体的双折射 404

一、光轴在入射面内与晶体表面成一夹角、斜入射 406

二、光轴平行于晶体表面、正入射 407

三、光轴垂直于晶体表面、正入射 407

15．4椭圆偏振光 409

15．5偏振光的干涉 412

15．6旋光性 414

思考题与习题 416

光学显微镜的进展 418

阅读材料 418

第五篇 近代物理 423

第十六章 量子物理基础 423

16．1黑体辐射与普朗克的量子假说 423

16．2德布罗意波 426

16．3薛定谔方程 430

思考题与习题 437

阅读材料 438

抓住原子的“机械手”——扫描隧道显微镜 438

17．1氢原子 442

第十七章 原子与分子 442

17．2多电子原子 452

17．3分子结构和分子光谱 457

思考题与习题’ 464

第十八章 激光 465

18．1激光的产生 465

18．2激光的应用 471

阅读材料 473

A．激光冷却、捕陷原子与玻色一爱因斯坦凝聚 473

B．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 476

C．光速的测定及长度单位——米的新定义 479

D．激光唱片放音机中的光学系统及光学存储器 482

第十九章 凝聚态 485

19．1晶体的结构与能带 485

19．2固体的电导 491

19．3准晶体 497

19．4介观体系 501

附录 506

习题答案 507

主要参考书目 517