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绪论 1

前言页 1

第一章 质点的运动 4

1-1 质点和参考系 4

一、质点 4

二、参考系 5

1-2 描述质点运动的物理量 5

一、时刻和时间 5

三、位移和路程 6

二、位置矢量 6

四、速度和速率 8

五、加速度 10

1-3 描述质点运动的坐标系 12

一、直角坐标系 12

二、平面极坐标系 17

三、自然坐标系 21

一、牛顿第一定律 23

1-4 牛顿运动定律 23

二、牛顿第二定律 24

三、牛顿第三定律 26

1-5 力学中常见的力 27

一、万有引力 27

二、弹性力 30

三、摩擦力 33

1-6 伽利略相对性原理 36

一、伽利略相对性原理 36

二、伽利略变换 37

三、惯性力 39

习题 43

第二章 机械能守恒定律 48

2-1 功和功率 48

一、功 48

二、功率 50

2-2 动能和动能定理 52

2-3 势能 55

一、引力势能和重力势能 55

二、弹力势能 57

三、保守力 58

四、势能曲线 59

2-4 机械能守恒定律 61

一、功能原理 61

二、机械能守恒定律 63

习题 68

第三章 动量守恒定律 71

3-1 动量和动量定理 71

3-2 质点系动量定理和质心运动定理 74

一、质点系动量定理 74

二、质心 76

三、质心运动定理 77

3-3 动量守恒定律 78

二、完全弹性碰撞 81

3-4 碰撞 81

一、碰撞现象 81

三、完全非弹性碰撞 83

3-5 运载火箭的运动 84

习题 86

第四章 角动量守恒定律 89

4-1 力矩 89

一、力矩的一般意义 89

二、力对轴的力矩 90

4-2 质点角动量守恒定律 91

一、角动量 91

二、角动量定理 92

三、质点角动量守恒定律 93

4-3 质点系角动量守恒定律 96

习题 99

一、平动和转动 101

5-1 刚体的运动 101

第五章 刚体和流体 101

二、刚体的定轴转动 102

5-2 刚体动力学 103

一、刚体的转动动能 103

二、刚体的转动惯量 104

三、力矩作的功 107

四、动能定理 109

五、转动定理 109

5-3 定轴转动刚体的角动量守恒定律 113

一、刚体对转轴的角动量 113

二、刚体对转轴的角动量定理 113

三、刚体对转轴的角动量守恒定律 114

5-4 固体的形变和弹性 115

一、固体在外力作用下的一般情形 115

二、固体的弹性形变 116

一、流体的压强 118

5-5 理想流体及其运动规律 118

二、关于理想流体的几个概念 120

三、理想流体的连续性方程 121

四、伯努利方程 123

5-6 黏性流体的运动 127

一、流体的黏性 127

二、黏性流体的运动规律 130

四、湍流和雷诺数 131

三、泊肃叶定律 131

五、斯托克斯黏性公式 132

习题 133

第六章 振动和波动 136

6-1 简谐振动 136

一、简谐振动的基本特征 136

二、描述简谐振动的特征量 138

三、简谐振动的矢量图解法和复数解法 139

四、简谐振动的能量 142

一、同一直线上两个同频率简谐振动的合成 145

6-2 简谐振动的叠加 145

二、同一直线上两个频率相近的简谐振动的合成 147

三、两个互相垂直的简谐振动的合成 149

四、振动的分解 152

6-3 阻尼振动、受迫振动和共振 153

一、阻尼振动 153

二、受迫振动 155

三、共振 156

6-4 关于波动的基本概念 158

一、波的产生和传播 158

二、横波和纵波 158

三、波线和波面 159

四、波速、波长以及波的周期和频率 160

五、波动所遵从的基本原理 161

6-5 简谐波 163

一、一维波动方程 166

6-6 波动方程和波的能量 166

二、波的能量 170

三、波的能流和能流密度 171

6-7 波的干涉 172

一、波的干涉现象和规律 172

二、驻波 174

6-8 多普勒效应 177

一、多普勒效应 177

一、声波 181

二、冲击波 181

6-9 声波、超声波和次声波 181

二、超声波和次声波 185

习题 187

第七章 狭义相对论 192

7-1 狭义相对论的基本原理 192

一、伽利略变换与经典时空观念 192

二、狭义相对论产生的背景和条件 193

三、狭义相对论的基本原理 194

7-2 狭义相对论的时空观 197

一、同时性的相对性 197

二、时间延缓效应 198

三、长度收缩效应 198

四、速度变换法则 200

7-3 狭义相对论动力学 201

一、质速关系 201

二、相对论动力学基本方程 203

三、质能关系 204

四、能量-动量关系 205

习题 206

第八章 气体、固体和液体的基本性质 208

8-1 气体动理论和理想气体模型 208

一、气体的分子状况 208

二、理想气体模型 210

三、理想气体状态的描述 211

8-2 理想气体的压强和温度 213

一、理想气体的压强公式 213

二、热力学第零定律 215

三、温度的微观解释 216

8-3 理想气体的内能 218

一、分子运动自由度 218

二、能量均分定理 219

三、理想气体的内能 220

8-4 麦克斯韦速率分布律 222

一、麦克斯韦速率分布律 222

二、用速率分布函数求分子速率的统计平均值 223

三、麦克斯韦速率分布律的实验验证 225

8-5 范德瓦耳斯方程 226

一、范德瓦耳斯方程的导出 226

二、范德瓦耳斯等温线和临界点 229

一、气体分子的碰撞频率和平均自由程 231

8-6 气体内的输运过程 231

二、黏性 233

三、热传导 236

四、扩散 237

8-7 固体的性质及晶体结构的一般概念 238

一、固体的一般性质 238

二、关于晶体结构的一些概念 240

一、晶体的结合 242

8-8 晶体中粒子的相互作用 242

二、结合力的共同特征 245

8-9 非晶态固体的结构和应用 247

一、非晶态固体的微观结构 247

二、非晶态固体的应用 250

8-10 液体和液晶的微观结构 251

一、液体的微观结构 251

二、液晶的类型和结构 253

一、表面张力 254

8-11 液体的表面性质 254

二、弯曲液面下的附加压强 257

三、与固体接触处液面的性质 258

四、毛细现象 259

习题 261

第九章 电荷和静电场 265

9-1 电荷和库仑定律 265

一、电荷 265

二、库仑定律 267

9-2 电场和电场强度 269

一、电场 269

二、电场强度 269

三、电场强度的计算 270

9-3 高斯定理 275

一、电场线 275

二、电通量 276

三、高斯定理 278

一、静电场属于保守场 282

9-4 电势及其与电场强度的关系 282

二、电势能、电势差和电势 284

三、电势的计算 285

四、等势面 287

五、电势与电场强度的关系 288

9-5 静电场中的金属导体 291

一、金属导体的静电平衡 291

二、导体表面的电荷和电场 293

三、导体空腔 294

四、导体静电平衡性质的应用 295

9-6 电容和电容器 298

一、孤立导体的电容 298

二、电容器 298

三、电容的计算 299

四、电容器的联接 301

一、电介质的极化 302

9-7 静电场中的电介质 302

二、极化强度矢量 303

三、极化强度与极化电荷的关系 303

四、极化电荷对电场的影响 304

五、电介质存在时的高斯定理 306

六、边界条件 307

9-8 静电场的能量 311

习题 314

一、电流强度和电流密度 320

第十章 电流和恒磁场 320

10-1 恒定电流条件和导电规律 320

二、电流的连续性方程和恒定电流条件 322

三、导体的电阻 323

四、导体的电阻率 323

五、欧姆定律 325

六、电功率和焦耳定律 325

七、电动势 326

一、磁现象 327

10-2 磁场和磁感应强度 327

二、磁感应强度 328

三、磁感应线和磁通量 330

10-3 毕奥-萨伐尔定律 331

10-4 磁场的高斯定理和安培环路定理 334

一、磁场的高斯定理 334

二、安培环路定理 335

10-5 磁介质的磁化 338

一、物质磁性的概述 338

二、磁化的磁介质内的磁感应强度 339

三、磁化强度与磁化电流的关系 340

四、有磁介质存在时的安培环路定理 342

五、边界条件 343

10-6 抗磁性 345

10-7 铁磁性 347

二、居里温度 348

三、铁磁体内的磁畴结构 348

一、自发磁化强度 348

四、磁滞现象 349

习题 350

习题答案 354

附录 367

(一)物理学常用常量 367

(二)矢量分析中的常用关系式 369

(三)国际单位制的有关规定 371

索引 372

第十一章 电与磁的相互作用和相互联系 387

11-1 电磁感应及其基本规律 387

一、电磁感应现象 387

二、电磁感应定律 389

三、感应电动势 390

11-2 互感和自感 394

一、互感现象 394

二、自感现象 395

一、涡流 397

11-3 涡流和趋肤效应 397

二、趋肤效应 398

11-4 磁场的能量 399

11-5 磁场对电流的作用 402

一、安培定律 402

二、两平行长直电流之间的相互作用 403

三、磁场对载流线圈的作用 404

11-6 带电粒子在磁场中的运动 406

一、洛伦兹力和粒子的运动方程 406

二、带电粒子在匀强磁场中的运动 407

三、带电粒子比荷的测定 408

四、霍耳效应 410

五、电子感应加速器 413

11-7 运动电荷激发的电磁场 414

一、不同参考系之间电磁场的变换 414

二、运动点电荷激发的电场 415

三、运动点电荷激发的磁场 417

一、超导体的主要电磁特性 419

11-8 超导体的电磁特性 419

二、对超导体主要电磁特性的解释 420

11-9 麦克斯韦电磁理论 424

一、位移电流 424

二、麦克斯韦方程组 426

11-10 电磁波的产生和传播 428

一、从电磁振荡到电磁波 428

二、偶极振子发射的电磁波 429

三、赫兹实验 429

四、电磁波的波谱 430

11-11 电磁波理论 431

11-12 电磁场的能量和动量 434

一、电磁场的能量密度和能流密度 434

二、电磁场的动量和光压 437

习题 440

一、基尔霍夫第一定律 445

12-1 基尔霍夫定律 445

第十二章 电路和磁路 445

二、基尔霍夫第二定律 446

三、注意几个问题 447

12-2 交流电和交流电路的基本概念 448

一、交流电的类型 448

二、描述简谐交流电的特征量 449

三、单元件的阻抗和相位差 450

12-3 交流电路的矢量图解法 453

一、串联电路 453

二、并联电路 454

12-4 交流电路的复数解法 456

一、交流电简谐量与复数的对应关系 456

二、元件和电路的复阻抗 457

三、交流电路的基尔霍夫方程组及其复数形式 458

12-5 交流电的功率 460

一、平均功率和有功功率 460

二、视在功率和无功功率 461

三、提高功率因数的意义和方法 462

12-6 串联共振电路 464

一、串联共振现象 464

二、串联共振电路的品质因数(Q值) 465

三、串联共振电路的频率选择性 466

12-7 磁路和磁路定律 467

一、在磁介质分界面上磁感应线的折射 467

二、磁路的概念 468

三、磁路定律 469

习题 470

第十三章 波动光学 473

13-1 光波及其相干条件 473

一、光波 473

二、光程 475

三、相干条件 476

四、获得相干光波的方法 477

一、杨氏实验 478

13-2 分波前干涉 478

二、对干涉条纹可见度的分析 480

13-3 分振幅干涉 484

一、薄膜干涉 484

二、迈克耳孙干涉仪 488

13-4 惠更斯-菲涅耳原理和衍射现象分类 491

一、惠更斯-菲涅耳原理 491

二、衍身现象的分类 492

13-5 单缝和圆孔的夫琅禾费衍射 493

一、单缝的夫琅禾费衍射 493

二、圆孔的夫琅禾费衍射 496

13-6 衍射光栅 497

13-7 衍射规律的应用 502

一、光学系统分辨本领的分析 502

二、X射线在晶体中的衍射 503

13-8 信息光学 505

一、光学信息处理 505

二、全息照相 508

13-9 光的偏振态 511

一、自然光和线偏振光 511

二、部分偏振光 512

三、椭圆偏振光和圆偏振光 512

13-10 偏振光的获得和检测 513

一、偏振光的获得 513

二、偏振光的检测 516

一、旋光现象 518

13-11 旋光现象和电磁场的光效应 518

二、磁致旋光效应 519

三、电光效应 520

13-12 光的吸收、色散和散射 521

一、光的吸收 521

二、光的色散 523

三、光的散射 525

习题 526

一、热辐射 530

第十四章 波与粒子 530

14-1 黑体辐射 530

二、黑体辐射的基本规律 532

三、普朗克辐射公式和能量子的概念 533

14-2 光电效应 535

一、光电效应的实验规律 535

二、经典理论遇到的困难 537

三、爱因斯坦的光子论及其对光电效应的解释 538

14-3 康普顿效应 540

一、康普顿效应及其观测 540

二、光子论对康普顿效应的解释 541

三、光的波粒二象性 542

14-4 氢原子光谱和玻尔的量子论 544

一、原子的核型结构模型及其与经典理论的矛盾 544

二、氢原子光谱的规律性 545

三、玻尔的量子论 547

一、德布罗意波及其实验观测 549

14-5 微观粒子的波动性 549

二、不确定关系 551

习题 554

第十五章 量子力学基础 557

15-1 波函数及其统计诠释 557

15-2 薛定谔方程 560

一、含时薛定谔方程 560

二、定态薛定谔方程 562

三、概率守恒和概率流密度矢量 563

15-3 力学量的算符表示和平均值 564

一、力学量的算符表示 564

二、本征函数、本征值和平均值 565

15-4 一维势阱和势垒问题 566

一、一维无限深方势阱 566

二、势垒穿透和隧道效应 569

一、一维谐振子的定态薛定谔方程 572

15-5 一维谐振子问题 572

二、一维谐振子的本征函数和能量本征值 573

15-6 氢原子 576

一、有心力场中的薛定谔方程 576

二、角动量的本征函数和相应的量子数 578

三、径向波函数和氢原子的能级 580

四、能量的本征函数和能级的简并度 581

五、类氢离子 583

15-7 氢原子中电子的概率分布 583

一、电子概率的径向分布 583

二、电子概率的角度分布 585

习题 586

第十六章 电子的自旋和原子的壳层结构 588

16-1 原子的轨道磁矩和正常塞曼效应 588

一、原子的轨道磁矩 588

二、外磁场对轨道磁矩的作用和正常塞曼效应 590

一、施特恩-格拉赫实验 592

16-2 电子的自旋 592

二、电子自旋和自旋磁矩 594

三、碱金属原子光谱的精细结构 595

四、自旋-轨道相互作用 596

五、单电子体系的原子磁矩 599

六、反常塞曼效应 600

16-3 LS耦合和jj耦合 601

一、原子的电子组态 601

二、LS耦合 602

三、jj耦合 604

四、选择定则 605

16-4 原子的壳层结构 606

一、元素性质的周期性 606

二、原子中电子的壳层结构 607

三、原子的基态 609

一、X射线的发射和发射谱 610

16-5 X射线 610

二、俄歇电子和同步辐射 613

16-6 激光 614

一、激光原理 614

二、激光的应用 617

习题 618

第十七章 热力学与统计物理学概述 620

17-1 热力学第一定律 620

一、热力学中的基本概念 620

二、热力学第一定律 624

三、热容和焓 625

17-2 理想气体的热力学过程 626

一、等体过程 626

二、等压过程 627

三、等温过程 628

四、绝热过程 628

五、多方过程 630

一、循环 633

17-3 卡诺循环 633

二、卡诺循环 634

17-4 热力学第二定律 636

一、可逆过程和不可逆 636

二、热力学第二定律的两种表述 638

三、热力学第二定律的实质 639

17-5 卡诺定理 640

一、熵的概念 642

17-6 熵增加原理 642

二、熵增加原理和热力学基本关系式 644

三、理想气体的熵 645

17-7 自由能和自由焓 648

一、自由能和最大功原理 648

二、自由焓和化学势 649

17-8 热力学第三定律 650

一、获得超低温的有效方法 650

二、热力学第三定律 651

17-9 统计物理学的基本概念 654

一、粒子运动状态的描述 654

二、系统微观运动状态的描述 656

三、三种系统及其微观态数 657

四、等概率假设 659

17-10 玻耳兹曼统计 659

一、玻耳兹曼系统的最概然分布--玻耳兹曼分布 659

二、麦克斯韦速度分布律 661

三、在重力场中粒子按高度的分布 662

四、固体的热容和爱因斯坦理论 664

17-11 玻色统计和费米统计 665

一、玻色系统和费米系统的最概然分布 665

二、光子气体 666

三、玻色-爱因斯坦凝聚 669

四、金属中的自由电子气体 671

五、晶格振动--声子以及元激发的概念 673

习题 675

第十八章 原子核和粒子 679

18-1 原子核的一般性质 679

一、原子核的组成 679

二、原子核的质量数和电荷数 680

三、原子核的大小和形状 681

18-2 原子核的量子性质 682

一、原子核的自旋和磁矩 682

二、核磁共振 683

三、原子核的电四极矩 684

四、原子核的宇称和统计性 685

18-3 核力 686

一、核力的性质 686

二、核力的介子场理论 687

三、核力的夸克模型 688

18-4 原子核的结构模型概述 689

一、壳层模型 689

二、集体模型 691

18-5 原子核的稳定性和结合能 693

一、核素图和β稳定线 693

二、原子核的结合能 694

三、结合能的释放和利用 696

18-6 原子核衰变的基本规律 699

一、放射性衰变 699

二、放射性衰变的规律 700

三、放射系 703

18-7 三类放射性衰变 704

一、α衰变和衰变能的概念 704

二、β衰变和中微子假说 706

三、γ衰变和穆斯堡尔效应 709

四、放射性同位素的应用 712

18-8 对粒子的探索和研究 714

18-9 粒子及其相互作用 719

一、关于“基本”粒子 719

二、粒子内在属性的描述 720

三、物质存在的基本形式 723

四、粒子的相互作用 724

五、粒子的分类 724

六、强子结构的夸克模型 725

18-10 粒子物理的标准模型 726

一、三代费米子 727

二、基本相互作用 727

三、规范玻色子 728

习题 729

习题答案 732

附录 740

(一)物理学常用常量 740

(二)矢量分析中的常用关系式 742

(三)国际单位制的有关规定 744

主要参考资料 745

索引 746