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目录 1

绪论 1

§1 物理学研究的对象 1

一、物质与运动 1

二、自然界物质的层次结构 2

三、物质间的基本相互作用 3

＊§2 物理学发展简史 4

一、物理学的萌芽 4

二、经典物理学的建立和完善 5

三、近代物理的产生和发展 8

§3 物理学对社会进步和科技发展的作用 9

第一章 质点的运动与牛顿定律 11

§1.1 质点和质点的运动 11

一、质点 11

二、长度和时间的测量基准 11

三、参考系和坐标系 12

四、位矢 13

五、位移 14

七、加速度 15

六、速度 15

八、速度、加速度的分量式（一） 16

九、角速度 17

十、速度、加速度的分量式（二） 18

十一、相对运动 20

十二、例题 21

§1.2 牛顿运动定律 25

一、牛顿运动定律 25

三、惯性参考系 26

二、惯性运动和加速运动 26

四、质量和力 27

五、作用和反作用 29

六、几种常见的力 29

七、惯性力 32

八、量纲 34

九、例题 36

§1.3 伽利略相对性原理 42

思考题 45

习题 47

§2.1 爱因斯坦的基本假设 53

第二章 狭义相对论的时空概念 53

一、牛顿力学的时空性质 54

二、爱因斯坦的基本假设和洛伦兹变换 55

§2.2 洛伦兹变换和相对论时空性质 57

一、同时的相对性 57

二、长度的缩短 58

三、时间的膨胀 59

四、速度变换 61

＊五、四维时空 62

六、例题 64

习题 67

思考题 67

第三章 守恒定律（一） 69

§3.1 动量和动量守恒 69

一、动量和动量定理 69

二、一对质点的动量守恒 70

三、质点系 71

四、质心 72

五、例题 73

一、功 75

§3.2 功与能 机械能守恒 75

二、动能 77

三、势能和保守力 78

四、几种保守力和非保守力 81

五、质点系的势能 84

六、机械能和机械能守恒 85

七、势能曲线 87

§3.3 粒子碰撞 守恒定律应用举例 89

一、弹性正碰和斜碰 90

二、反应 91

三、质心参考系 92

四、守恒定律应用举例 94

§3.4 相对论的质量、动量和能量 98

一、相对论的动量-速度关系 98

＊二、从一个例子来分析相对论的动量-速度关系 99

三、相对论的质量-能量关系 102

四、四维动量 107

五、例题 108

思考题 110

习题 113

第四章 守恒定律（二） 121

§4.1 角动量和角动量守恒 121

一、力矩 121

二、角动量定理 123

三、角动量守恒 126

＊§4.2 行星运动 128

一、用有效势能解行星运动问题 128

二、约化质量 132

三、例题 134

＊§4.3 卢瑟福α粒子散射 135

一、两种原子模型 135

二、α粒子的散射过程 136

三、散射α粒子在各个方向的分布 138

§4.4 刚体运动 139

一、刚体的运动 139

二、刚体的动力学 141

三、例题 148

＊§4.5 守恒与对称 150

思考题 153

习题 155

第五章 弹性体和流体 161

§5.1 固体的弹性 161

一、弹性体与流体 161

二、应力和应变 161

三、应力-应变曲线 163

§5.2 流体的运动 164

一、流体运动的描述 164

二、连续性方程 165

三、伯努利方程 166

四、实际流体 169

五、例题 171

思考题 172

习题 174

第六章 振动 178

§6.1 简谐振动 178

一、弹簧振子 178

二、简谐振动的特征量 180

三、简谐振动的复数表示法 181

四、简谐振动的能量 183

五、线性谐振子 184

六、几个例子 185

七、简谐振动的一般特征 188

八、微振动 189

九、例题 190

§6.2 振动的合成和分解 194

一、同方向同频率的简谐振动的合成 194

二、同方向不同频率的两个简谐振动的合成 195

三、两个相互垂直的同频率的简谐振动的合成 196

四、两个相互垂直的不同频率的简谐振动的合成利萨如图形 198

五、振动的分解 199

§6.3 阻尼振动 200

一、阻尼振动方程 201

二、阻尼振动方程的解 201

三、品质因数 202

§6.4 受迫振动 203

一、受迫振动方程 203

二、共振 204

三、隔振 208

思考题 209

习题 211

第七章 波 214

§7.1 机械波 214

§7.2 简谐波 215

一、简谐波 215

二、波长、频率和波速 217

三、波的几何描述 217

四、简谐波的数学表示 218

五、波矢和三维空间简谐波的数学表示 220

六、例题 221

§7.3 波的产生和传播 222

一、波动方程 223

二、波速 224

三、波的能量 225

四、能流密度 227

五、地震震级和烈度 229

§7.4 声波与电磁波 230

一、声波 230

二、电磁波 233

三、例题 234

§7.5 惠更斯原理 波的衍射、反射和折射 236

一、惠更斯原理 236

二、波的衍射 237

三、波的反射和折射定律 237

四、介质阻抗 238

五、反射系数与透射系数 240

§7.6 波的叠加 干涉和驻波 243

一、波的叠加原理 243

二、波的干涉 243

三、驻波 245

四、简正模式 247

五、例题 249

§7.7 波包 250

一、相速度和群速度 250

＊二、波包 253

＊三、色散 255

＊四、孤波 256

§7.8 多普勒效应 258

一、声音的多普勒效应 258

二、光的多普勒效应 260

三、哈勃关系 262

四、例题 263

思考题 264

习题 265

第八章 波粒二象性 268

§8.1 黑体辐射与能量量子化 268

§8.2 光的粒子性 272

一、光电效应 272

二、康普顿效应 276

三、电磁辐射具有粒子性的其它著名实验 280

四、例题 281

§8.3 实物粒子的波性 285

一、德布罗意假设 285

二、物质波的实验验证 286

三、粒子波动性的应用 286

四、例题 287

§8.4 波函数的统计解释 288

一、概率的一些基本概念 288

三、电子和光子的双缝衍射 292

二、物质波的概率解释 292

§8.5 不确定关系 293

一、不确定关系 293

二、例题 296

思考题 298

习题 299

第九章 薛定谔方程 301

§9.1 薛定谔方程 301

一、波函数的一些性质 301

二、自由粒子的波函数 302

三、态叠加原理 303

四、薛定谔方程 304

§9.2 定态薛定谔方程 306

一、定态薛定谔方程 306

二、本征方程和本征值 307

三、本征函数的标准条件 307

四、定态波函数的一些性质 308

§9.3 一维无限深势阱 309

一、薛定谔方程 309

二、能级 312

三、波函数 313

四、宇称 314

五、例题 315

＊§9.4 一维线性谐振子 316

一、经典的一维谐振子 316

二、量子力学的一维线性谐振子 317

三、谐振子的能量 318

四、波函数和概率密度 319

一、经典力学中的势垒问题 320

§9.5 势垒贯穿与隧道效应 320

二、一维方势垒的薛定谔方程 321

三、波函数和概率密度函数 322

＊四、隧道效应应用举例 323

＊§9.6 力学量的平均值和算符表示 326

一、力学量的平均值 326

二、力学量的算符表示 330

三、算符的一些基本性质 331

四、例题 331

思考题 333

习题 334

§10.1 氢原子光谱和玻尔模型 336

一、原子的核型结构 336

第十章 原子结构 336

二、氢原子光谱 338

三、玻尔模型的量子理论 341

四、玻尔的氢原子模型和量子化 342

五、氢原子量子化条件和圆运动参量 343

六、例题 347

一、薛定谔方程 348

§10.2 粒子在中心势场中的运动 348

二、角动量算符？z和？2的本征值和本征函数 350

§10.3 氢原子的能级 352

一、薛定谔方程 352

二、定态波函数 354

三、能级和简并 355

四、概率密度和概率分布函数 357

五、类氢离子的能级 360

六、能级跃迁及选择定则 360

一、轨道磁矩 361

§10.4 磁场中的原子 361

二、塞曼效应 362

三、施特恩-格拉赫实验 365

§10.5 电子自旋 366

一、谱线的精细结构 366

二、电子自旋 366

三、自旋角动量算符的本征函数 367

四、氢原子的定态波函数 368

五、自旋和轨道磁矩之间的相互作用 368

六、原子的总角动量 369

七、磁共振 370

§10.6 原子壳层结构与元素周期表 372

一、单电子近似 372

二、元素周期律与原子壳层结构 372

三、各个元素的原子壳层结构——元素周期表 378

四、泡利不相容原理 382

五、X射线标识谱 383

§10.7 分子 386

一、化学键 386

二、分子能级和分子光谱 389

思考题 393

习题 394

＊第十一章 核与粒子 396

§11.1 原子核的结构 396

一、中子的发现 396

二、原子核的电荷、质量及半径 397

三、核力的基本性质 399

四、结合能 400

五、原子核的角动量和磁矩 402

六、核结构模型 403

七、例题 406

§11.2 核衰变 406

一、放射性衰变的规律 407

二、天然放射性 410

三、α衰变 412

四、β衰变 414

五、γ衰变和穆斯堡尔效应 417

六、例题 418

§11.3 核反应 419

二、核反应的分类 420

一、产生核反应的途径 420

三、核反应的一般规律 421

四、核反应的机制 423

五、裂变 424

六、聚变 432

七、例题 434

§11.4 粒子物理简介 435

一、相互作用的种类 436

二、粒子的分类 440

三、守恒定律 442

四、强子的夸克模型 448

§11.5 大统一理论的发展近况 450

一、标准模型 450

二、大统一理论 451

三、超弦理论 452

思考题 452

习题 453

附录 455

基本物理常量 455

一些常用单位的换算因子 456