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第1章 质点运动的矢量描述1

1.1 矢量及其基本运算2

1.1.1 矢量的加法与减法3

1.1.2 矢量的乘法4

1.1.3 直角坐标系下矢量的分量6

1.1.4 矢量函数导数8

1.2 位矢 位移 速度 加速度10

1.2.1 位矢11

1.2.2 位移 路程11

1.2.3 速度13

1.2.4 加速度14

1.3 质点运动方程的形式解16

1.4 自然坐标系下的质点运动描述18

1.4.1 切向加速度 法向加速度18

1.4.2 自然坐标系21

1.4.3 一般圆周运动22

1.4.4 圆周运动的角量描述23

习题25

第2章 力和动量 功和能27

2.1 牛顿运动定律的矢量表示法28

2.1.1 牛顿运动定律28

2.1.2 牛顿运动定律的相互关系 质点状态变量29

2.1.3 力 质量 操作型定义30

2.2 质点系 质心 质心运动定理31

2.2.1 质点系的动力学方程31

2.2.2 质心33

2.2.3 质心运动定理34

2.3 牛顿运动定律的一些简单应用36

2.4 力的累积效应42

2.4.1 力的时间累积效应43

2.4.2 力的空间累积效应45

2.5 保守力做功 势能55

2.5.1 保守力做功55

2.5.2 势能与机械能59

2.6 守恒定律与对称性65

2.6.1 经典力学中的守恒定律65

2.6.2 经典力学守恒定律的一些简单应用68

2.6.3 守恒定律与对称变换71

习题74

第3章 相对运动 相对论基础77

3.1 相对运动78

3.1.1 相对运动的一般描述78

3.1.2 相对平动81

3.1.3 惯性参考系 力学相对性原理82

3.1.4 非惯性参考系 虚拟力84

3.2 狭义相对论基础90

3.2.1 狭义相对论的基本假设91

3.2.2 洛伦兹变换92

3.2.3 时间间隔与空间间隔的相对性95

3.2.4 时空图与光锥100

3.2.5 狭义相对论的动力学结果102

3.3 等效原理与广义相对论简介105

习题107

第4章 角动量刚体力学111

4.1 质点与质点系的角动量112

4.1.1 力矩112

4.1.2 质点的角动量114

4.1.3 质点系的角动量122

4.2 刚体及其自由度129

4.2.1 刚体的定义130

4.2.2 刚体的自由度130

4.2.3 刚体的一般运动131

4.3 刚体的定轴转动134

4.3.1 定轴的作用134

4.3.2 刚体定轴转动定律136

4.3.3 转动惯量的计算140

4.3.4 刚体定轴转动定律的应用145

4.3.5 对定轴的角动量守恒定律147

4.3.6 转动中的功和能151

4.4 进动157

习题159

第5章 流体力学163

5.1 理想流体的定常流动164

5.1.1 定常流动165

5.1.2 流线与流管165

5.1.3 理想流体的连续性方程166

5.2 理想流体的伯努利方程167

5.3 黏性流体的运动172

5.3.1 流体的黏性172

5.3.2 黏性流体的运动规律173

5.3 3泊肃叶定律174

5.3.4 斯托克斯黏性公式175

5.3 5流体的湍流与雷诺数175

习题176

参考文献178

第6章 振动与波179

6.1 简谐振动180

6.1.1 简谐振子180

6.1.2 简谐振动182

6.1.3 简谐振动的能量186

6.2 简谐振动的合成190

6.2.1 同方向同频率简谐振动的合成190

6.2.2 同振动方向不同频率的简谐振动的合成192

6.2.3 互相垂直频率相同的简谐振动的合成193

6.3 阻尼振动 受迫振动和共振195

6.3.1 阻尼振动195

6.3.2 受迫振动 共振197

6.4 非线性振动199

6.5 简谐波202

6.5.1 波的基本概念202

6.5.2 平面简谐波的波函数206

6.5.3 机械波的能量和能流209

6.6 波的叠加213

6.6.1 波的干涉213

6.6.2 驻波215

6.7声波217

6.8 多普勒效应219

习题222

参考文献229

第7章 气体动理论231

7.1 经典统计的概念232

7.1.1 宏观态与微观态232

7.1.2 统计的规律性和涨落现象233

7.1.3 统计规律的定量分析233

7.1.4 等概率假设234

7.2 分子平均平动动能统计分布规律235

7.2.1 理想气体压强公式的导出235

7.2.2 温度的统计意义237

7.3 分子能量的统计分布239

7.3.1 玻耳兹曼能量分布律239

7.3.2 能量按自由度均分原理241

7.4 分子速率统计分布律243

7.4.1 麦克斯韦速率分布律243

7.4.2 三种速率244

7.5 分子碰撞的统计分布246

7.5.1 分子的平均碰撞次数246

7.5.2 分子的平均自由程247

7.6 气体中的输运过程248

7.6.1 扩散现象与质量输运248

7.6.2 热传导现象与能量输运249

7.6.3 黏性现象与动量输运249

习题250

第8章 热力学基础253

8.1 热力学第一定律254

8.1.1 热力学系统 热力学状态参量 内能254

8.1.2 准静态过程的功255

8.1.3 热量 热容256

8.1.4 热力学第一定律257

8.2 循环过程257

8.2.1 循环过程257

8.2.2 正循环258

8.2.3 逆循环259

8.3 正循环效率计算259

8.3.1 热机效率的定义259

8.3.2 热机效率的计算259

8.3.3 几个典型过程的讨论260

8.4 逆循环效率计算264

8.4.1 制冷机效率计算264

8.4.2 热泵效率计算265

8.5理想热机的效率266

8.5.1 卡诺循环266

8.5.2 卡诺循环效率计算267

8.5.3 卡诺定理269

8.6 热力学第二定律270

8.6.1 热力学第二定律的两种表述270

8.6.2 热力学第二定律的微观意义271

8.6.3 热力学第二定律的统计意义272

8.7 熵与熵增加原理274

8.7.1 熵概念的引入274

8.7.2 熵增加原理275

8.7.3 熵变的计算275

8.8 熵的应用277

8.8.1 信息熵与遗传密码277

8.8.2 生命系统的负熵278

习题279

第9章 静电场 恒定电场283

9.1 电荷与库仑定律284

9.1.1 电荷284

9.1.2 库仑定律284

9.2 电场的提出285

9.3 静电场的描述285

9.3.1 描述电场的力的特性——电场强度286

9.3.2 描述电场的能量特性——电势289

9.3.3 电场的几何描述291

9.3.4 电势梯度与场强292

9.4 静电场的基本定理293

9.4.1 描述电场和场源电荷关系的定理——高斯定理293

9.4.2 静电场的环路定理296

9.5 对称性分析的应用296

9.6 静电场与导体和电介质的相互作用299

9.6.1 静电场中的导体299

9.6.2 静电场中的电介质303

9.7 静电场的能量305

9.8 恒定电场与电源电动势307

9.8.1 恒定电场307

9.8.2 电源电动势308

9.8.3 温差电动势308

9.9 科技小知识 生物膜内、外的电势差311

9.10 物理学与生命科学 静电生物效应的应用313

9.10.1 静电生物效应的应用313

9.10.2 细胞和生物胶粒的电泳314

9.10.3 细胞电场诱导融合316

习题317

参考文献320

第10章 恒定磁场323

10.1 与电荷相关的另一种场——磁场324

10.1.1 磁现象：磁石的磁性，载流导线的磁性324

10.1.2 磁本质 磁场324

10.2 磁场的描述325

10.2.1 磁感应强度325

10.2.2 毕奥-萨伐尔定律：电流的磁场，运动电荷的磁场326

10.2.3 磁感线329

10.3 磁场的基本规律330

10.3.1 高斯定理：磁通量，高斯定理330

10.3.2 安培环路定理331

10.4 磁场对运动电荷、电流及载流线圈的作用333

10.4.1 洛伦兹力333

10.4.2 安培力335

10.4.3 力矩336

10.5 磁场中的磁介质337

10.5.1 顺磁质与抗磁质337

10.5.2 铁磁质338

10.5.3 磁介质中的高斯定理339

10.6 生物组织的磁性340

习题341

第11章 交变电磁场347

11.1 两种实验现象348

11.2 法拉第电磁感应定律 楞次定律349

11.2.1 法拉第电磁感应定律349

11.2.2 楞次定律350

11.3 自感 互感 磁场能量350

11.3.1 自感350

11.3.2 互感350

11.3 3磁场的能量351

11.4 动生电动势352

11.5 感生电动势 感生电场354

11.6 位移电流 麦克斯韦方程组357

11.6.1 位移电流357

11.6.2 安培环路定理的普遍形式358

11.6.3 麦克斯韦电磁方程组359

11.7 电磁波360

11.7.1 电磁波的性质360

11.7.2 电磁波谱361

习题363

第12章 光的本质367

12.1 对光的认识368

12.2 如何证实光的波动性368

12.2.1 波的相干性368

12.2.2 相干性的实验——杨氏双缝干涉368

12.2.3 普通光源能产生相干光吗？371

12.2.4 介质存在的影响372

12.2.5 分振幅法——薄膜干涉373

12.3 光的波动性特征——光的衍射379

12.3.1 光的衍射理论379

12.3.2 光的衍射实验381

12.4 圆孔衍射与光学仪器分辨本领385

12.5 光栅衍射388

12.6 光栅光谱与光谱分析392

12.7 X射线衍射393

12.8 光的波动性特征——光的偏振394

12.9 自然光395

12.10 完全偏振光和部分偏振光396

12.11 如何获取线偏振光397

12.12 验证偏振光403

12.13 热辐射与普朗克量子假说405

12.14 光电效应与爱因斯坦光子说409

12.15 康普顿-吴有训效应413

12.16 光的波粒二象性416

12.17 物理史观与评述 人类对光的本质认识的飞跃417

习题419

参考文献422

第13章 量子力学初步425

13.1 德布罗意波与电子衍射实验426

13.1.1 德布罗意波426

13.1.2 电子显微镜428

13.2 不确定关系429

13.3 薛定谔方程431

13.3.1 波函数431

13.3.2 波函数的统计解释432

13.3.3 薛定谔方程433

13.4 薛定谔方程的应用——势阱和势垒434

13.4.1 一维势阱中的粒子434

13.4.2 方势垒的穿透隧道效应436

13.5 物理与现代科技 扫描隧穿显微镜437

13.5.1 扫描隧穿显微镜的原理438

13.5.2 扫描隧穿显微镜系统438

13.5.3 扫描隧穿显微镜与电子显微镜的比较439

13.5.4 扫描隧穿显微镜在生命科学中的应用439

13.6 原子结构的量子理论441

13.6.1 氢原子光谱的规律性441

13.6.2 用薛定谔方程处理氢原子442

13.6.3 电子自旋445

13.7 原子壳层结构446

13.8 物理与现代科技 核磁共振（NMR）447

13.8.1 核磁共振基本原理447

13.8.2 核磁共振谱测量449

13.9 物理与现代科技 量子生物学简介450

习题452

参考文献453