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绪论 1

第一章 力和运动 4

1-1 质点运动的描述 5

一、质点 5

二、参考系和坐标系 5

三、空间和时间 6

四、运动学方程 8

五、位矢 8

六、位移 9

七、速度 10

八、加速度 11

1-2 圆周运动和一般曲线运动 14

一、切向加速度和法向加速度 14

二、圆周运动的角量描述 16

三、抛体运动的矢量描述 20

1-3 相对运动 常见力和基本力 23

一、相对运动 23

二、常见力 28

三、基本力 30

1-4 牛顿运动定律 32

一、牛顿第一定律 32

二、牛顿第二定律 33

三、牛顿第三定律 34

四、牛顿运动定律应用举例 35

1-5 伽利略相对性原理 非惯性系 惯性力 42

一、伽利略相对性原理 42

二、经典力学的时空观 43

三、非惯性系 44

四、惯性力 44

习题 45

第二章 运动的守恒量和守恒定律 53

2-1 质点系的内力和外力 质心 质心运动定理 54

一、质点系的内力和外力 54

二、质心 54

三、质心运动定理 56

2-2 动量定理动量 守恒定律 57

一、动量定理 57

二、变质量物体的运动方程 62

三、动量守恒定律 63

四、火箭飞行 66

2-3 功 动能 动能定理 68

一、功的概念 68

二、能量 69

三、动能定理 70

2-4 保守力 成对力的功 势能 74

一、保守力 74

二、成对力的功 77

三、势能 78

四、势能曲线 79

2-5 质点系的功能原理 机械能守恒定律 82

一、质点系的动能定理 82

二、质点系的功能原理 82

三、机械能守恒定律 85

四、能量守恒定律 86

五、黑洞 91

2-6 碰撞 92

2-7 质点的角动量和角动量守恒定律 96

一、角动量 96

二、角动量守恒定律 98

2-8 对称性和守恒定律 101

一、对称性和守恒定律 101

二、守恒量和守恒定律 102

习题 102

第三章 刚体和流体的运动 109

3-1 刚体模型及其运动 109

一、刚体 110

二、平动和转动 110

三、自由度 111

3-2 力矩 转动惯量 定轴转动定律 112

一、力矩 112

二、角速度矢量 113

三、定轴转动定律 114

四、转动惯量 115

3-3 定轴转动中的功能关系 120

一、力矩的功 120

二、刚体的转动动能 120

三、定轴转动的动能定理 121

四、刚体的重力势能 122

3-4 定轴转动刚体的角动量定理和角动量守恒定律 124

一、刚体的角动量 124

二、定轴转动刚体的角动量定理 125

三、定轴转动刚体的角动量守恒定律 126

3-5 进动 131

3-6 理想流体模型 定常流动 伯努利方程 133

一、理想流体模型 133

二、定常流动 134

三、伯努利方程 134

3-7 牛顿力学的内在随机性 混沌 137

一、线性科学和非线性科学 137

二、混沌和牛顿力学的内在随机性 137

习题 138

第四章 相对论基础 143

4-1 狭义相对论基本原理 洛伦兹变换 143

一、狭义相对论基本原理 143

二、洛伦兹变换 145

4-2 相对论速度变换 146

4-3 狭义相对论的时空观 148

一、“同时”的相对性 149

二、时间延缓 150

三、长度收缩 151

四、相对性与绝对性 152

4-4 狭义相对论动力学基础 154

一、相对论力学的基本方程 154

二、质量和能量的关系 156

三、动量和能量的关系 157

4-5 广义相对论简介 160

习题 162

第五章 气体动理论 164

5-1 热运动的描述 理想气体模型和状态方程 164

一、状态参量 164

二、平衡态 准静态过程 165

三、理想气体的状态方程 166

5-2 分子热运动和统计规律 168

一、分子热运动的图像 168

二、分子热运动的基本特征 169

三、分布函数和平均值 170

5-3 理想气体的压强和温度公式 172

一、理想气体的微观模型 172

二、理想气体压强公式的推导 173

三、温度的本质和统计意义 174

四、气体分子的方均根速率 175

5-4 能量均分定理 理想气体的内能 177

一、分子的自由度 177

二、能量均分定理 177

三、理想气体的内能 179

5-5 麦克斯韦速率分布律 180

一、分子速率的实验测定 180

二、速率分布函数 181

三、麦克斯韦速率分布律 182

5-6 麦克斯韦－玻耳兹曼能量分布律 重力场中粒子按高度的分布 187

一、麦克斯韦－玻耳兹曼能量分布律 187

二、重力场中粒子按高度的分布 188

5-7 分子碰撞和平均自由程 189

一、分子碰撞的研究 189

二、平均自由程公式 190

5-8 气体的输运现象 192

一、黏滞现象 192

二、热传导现象 194

三、扩散现象 194

5-9 真实气体 范德瓦尔斯方程 196

一、真实气体的等温线 196

二、范德瓦尔斯方程 198

三、范德瓦尔斯方程的等温线和真实气体的等温线 200

四、临界点 201

习题 201

第六章 热力学基础 204

6-1 热力学第零定律和第一定律 204

一、热力学第零定律 204

二、热力学过程 205

三、功 热量 内能 206

四、热力学第一定律 207

6-2 热力学第一定律对于理想气体准静态过程的应用 208

一、等体过程 气体的摩尔定体热容 208

二、等压过程 气体的摩尔定压热容 210

三、等温过程 213

四、绝热过程 214

五、多方过程 216

6-3 循环过程 卡诺循环 218

一、循环过程 218

二、卡诺循环 219

6-4 热力学第二定律 224

一、热力学第二定律 224

二、两种表述的等价性 225

6-5 可逆过程与不可逆过程 卡诺定理 226

一、可逆过程与不可逆过程 226

二、卡诺定理 228

三、卡诺定理的证明 229

6-6 熵 玻耳兹曼关系 230

一、熵 230

二、自由膨胀的不可逆性 232

三、玻耳兹曼关系 234

6-7 熵增加原理 热力学第二定律的统计意义 235

一、熵增加原理 235

二、热力学第二定律的统计意义 236

三、熵增与能量退化 237

四、熵增和热寂 238

6-8 耗散结构 信息熵 239

一、耗散结构 239

二、信息熵 240

习题 240

第七章 静止电荷的电场 244

7-1 物质的电结构 库仑定律 244

一、电荷 244

二、电荷守恒定律 245

三、电荷的量子化 246

四、库仑定律 246

7-2 静电场 电场强度 250

一、电场 250

二、电场强度 251

三、电场强度的计算 253

四、电场线 电场强度通量 261

7-3 静电场的高斯定理 264

一、静电场的高斯定理 264

二、高斯定理的应用 266

7-4 静电场的环路定理 电势 270

一、静电场力作功 271

二、静电场的环路定理 272

三、电势 272

四、电势的计算 274

五、等势面 278

7-5 电场强度与电势梯度的关系 280

7-6 静电场中的导体 283

一、导体的静电平衡 283

二、导体上的电荷分布 285

三、空腔导体内外的静电场与静电屏蔽 291

7-7 电容器的电容 293

一、孤立导体的电容 293

二、电容器的电容 294

三、电容器的串联和并联 298

7-8 静电场中的电介质 302

一、电介质的电结构 302

二、电介质的极化 303

三、电极化强度 305

四、电极化强度与极化电荷的关系 305

五、介质中的静电场 306

六、铁电体 压电体 永电体 309

7-9 有电介质时的高斯定理 电位移 310

一、有电介质时的高斯定理 电位移 310

二、D、E、P三矢量之间的关系 312

7-10 静电场的能量 315

习题 320

第八章 恒定电流的磁场 328

8-1 恒定电流 328

一、电流 电流密度 328

二、电源的电动势 330

三、欧姆定律 331

8-2 磁感应强度 335

一、基本磁现象 335

二、磁感应强度 336

三、磁感应线和磁通量 337

8-3 毕奥－萨伐尔定律 338

一、毕奥－萨伐尔定律 338

二、运动电荷的磁场 339

三、毕奥－萨伐尔定律的应用 340

8-4 稳恒磁场的高斯定理与安培环路定理 346

一、稳恒磁场的高斯定理 346

二、安培环路定理 347

三、安培环路定理的应用 350

8-5 带电粒子在电场和磁场中的运动 353

一、洛伦兹力 353

二、带电粒子在电磁场中的运动和应用 356

三、霍耳效应 359

四、量子霍耳效应 361

8-6 磁场对载流导线的作用 363

一、安培定律 363

二、磁场对载流线圈的作用 365

三、电流单位“安培”的定义 367

四、磁场力的功 368

8-7 磁场中的磁介质 370

一、磁介质 370

二、分子电流和分子磁矩 371

三、抗磁质的磁化 372

四、顺磁质的磁化 372

8-8 有磁介质时的安培环路定理 磁场强度 373

一、磁化强度 373

二、有磁介质时的安培环路定理 375

8-9 铁磁质 379

一、磁化曲线和磁滞回线 379

二、磁畴 381

三、磁性材料的分类 382

习题 385

第九章 电磁感应 电磁场理论 393

9-1 电磁感应定律 393

一、电磁感应现象 393

二、楞次定律 395

三、法拉第电磁感应定律 397

9-2 动生电动势 400

一、在磁场中运动的导线内的感应电动势 400

二、在磁场中转动的线圈内的感应电动势 403

9-3 感生电动势 感生电场 405

一、感生电场 405

二、电子感应加速器 408

三、涡电流 410

9-4 自感应和互感应 412

一、自感应 412

二、互感应 416

9-5 磁场的能量 420

9-6 位移电流 电磁场理论 424

一、位移电流 424

二、麦克斯韦方程组 428

三、电磁场的物质性 429

9-7 电磁场的统一性和电磁场量的相对性 431

习题 434

习题答案 439