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第Ⅰ篇 力学3

第1章 时间 空间与运动学3

1.1质点运动学的基本概念3

一、理想模型 模型化方法3

二、参考系 坐标系4

三、时间 空间6

四、描述质点运动的基本物理量6

1.2圆周运动的角量描述17

一、圆周运动的角量描述17

二、角量与线量的关系19

1.3质点运动学的两类问题20

1.4质点运动的一般描述24

一、运动描述的相对性 伽利略变换24

二、描述运动的一般方法26

〈趣味物理〉枪打落猴29

练习1时间 空间与运动学30

第2章 牛顿运动定律37

2.1牛顿运动定律37

一、牛顿第一定律38

二、牛顿第二定律38

三、牛顿第三定律40

〈物理学家〉I.牛顿40

四、牛顿运动定律的适用范围42

五、伽利略相对性原理44

2.2力学中几种常见的力44

一、接触力之一——弹性力45

二、接触力之二——摩擦力47

三、非接触力——万有引力48

〈趣味物理〉斜拉桥的奥妙49

2.3质点动力学的两类问题50

〈课间小憩〉流体摩擦与流线型55

练习2牛顿运动定律57

第3章 守恒定律61

3.1力的时间累积效应61

一、质点的动量定理62

二、质点系的动量定理66

三、动量守恒定律66

3.2质点的动量矩定理和动量矩守恒定律67

一、质点对定点的动量矩68

二、外力对定点的力矩68

三、质点对定点的动量矩定理68

四、质点的动量矩守恒定律69

〈课间小憩〉彗—木世纪相撞70

3.3力的空间累积效应72

一、功的概念72

二、质点的动能定理75

三、保守力的功势能77

四、质点系的功能原理82

五、机械能守恒与转换定律84

六、能量守恒与转换定律85

〈物理之窗〉对称性和守恒定律89

练习3守恒定律90

第4章 刚体的定轴转动97

4.1刚体运动的基本概念97

一、刚体模型97

二、刚体的运动98

三、转动惯性的量度一转动惯量99

4.2刚体定轴转动的运动学规律102

一、刚体定轴转动的特点102

二、刚体定轴转动的运动学规律103

三、刚体定轴转动运动学的两类问题104

4.3刚体定轴转动的动力学规律106

一、刚体定轴转动的转动定律106

二、刚体定轴转动的动量矩定理 动量矩守恒定律111

三、刚体定轴转动的动能定理 机械能守恒定律116

〈课间小憩〉旋进与导航118

练习4刚体的定轴转动119

第Ⅱ篇 电磁学126

第5章 静电场126

5.1电荷及其相互作用127

一、电荷 电荷守恒定律127

二、电荷的量子化128

三、点电荷间的相互作用规律129

5.2从力的观点描述电场的物质性—电场强度130

一、电场强度130

二、电场强度的计算方法131

5.3静电场的高斯定理137

一、电场线138

二、电场强度通量138

三、高斯定理及应用140

5.4从功能观点描述电场的物质性——电势145

一、静电场力做功的特性146

二、电势147

三、静电场的环路定理148

四、电势的计算方法148

五、等势面151

5.5静电场中的导体153

一、静电感应与静电平衡153

二、表面电荷的分布特性与表面附近的场强154

三、静电屏蔽156

〈课间小憩〉等电势与高压带电作业158

5.6静电场中的电介质161

一、电介质的极化161

二、电介质中的电场强度163

三、有电介质时的电场基本定理164

〈物理之窗〉导电性塑料166

5.7导体的电容 电场能量167

一、孤立导体的电容167

二、电容器168

三、电容器的串、并联171

四、电场能量172

〈物理之窗〉新型智能材料——电流变液174

练习5静电场175

第6章 恒定磁场183

6.1恒定电流的基本概念184

一、电流的形成184

二、电流密度184

三、欧姆定律的微分形式185

四、电源电动势186

6.2磁场187

一、磁现象187

二、激发磁场的场源188

三、从力的观点描述磁场的物质性——磁感应强度190

〈课间小憩〉地磁场191

6.3电流激发磁场的基本规律192

一、毕奥-萨伐尔定律193

二、运动电荷产生的磁场196

6.4表述磁场性质的两条定理196

一、高斯定理196

二、安培环路定理197

6.5磁场对运动电荷和载流导线的作用201

一、带电粒子在磁场中的运动202

二、磁场对载流导线的作用 安培定律205

三、磁场对载流线圈的作用 磁力矩208

〈趣味物理〉电磁轨道炮209

6.6磁介质对磁场的影响211

一、三类磁介质211

二、磁介质的磁化212

三、介质中的安培环路定理213

四、铁磁质214

练习6恒定磁场216

第7章 电磁感应及电磁场223

7.1电磁感应的实验研究223

一、实验现象224

二、实验结果分析225

7.2电磁感应的基本定律226

一、法拉第电磁感应定律226

〈物理学家〉M.法拉第228

二、楞次定律229

7.3动生电动势232

7.4感生电动势235

一、感应电场 感生电动势235

二、涡电流238

〈物理之窗〉电磁悬浮技术240

7.5自感与互感241

一、自感241

二、互感244

7.6磁场的能量246

〈物理之窗〉阿尔法磁谱仪248

7.7麦克斯韦电磁场理论249

一、位移电流250

二、全电流安培环路定理252

三、麦克斯韦方程组253

〈物理学家〉J.麦克斯韦255

练习7电磁感应及电磁场256

第Ⅲ篇 波动263

第8章 简谐运动263

8.1简谐运动及其特征263

一、弹簧振子及其运动分析263

二、简谐运动的特征264

8.2简谐运动的描述方法267

一、简谐运动方程 简谐运动的特征量267

二、振动曲线273

三、旋转矢量274

8.3简谐运动的合成277

一、两个同方向、同频率简谐运动的合成277

二、两个同方向、不同频率简谐运动的合成 拍现象280

练习8简谐运动282

第9章 波的传播规律287

9.1机械波传播的物理图象287

一、弹性介质模型288

二、横波与纵波290

三、机械波传播的物理图象290

9.2波动的描述方法290

一、波动的几何描述291

二、波动曲线292

三、波动方程295

9.3波的能量特征300

〈课间小憩〉声强与噪音302

9.4波的干涉303

一、波的叠加原理303

二、波的干涉304

三、驻波307

〈课间小憩〉音乐声学312

9.5波的衍射313

9.6电磁波315

一、电磁波的理论预见315

二、赫兹实验316

三、平面电磁波的基本性质318

四、玻印廷矢量319

五、电磁波谱319

〈课间小憩〉红外技术320

9.7多普勒效应321

练习9波的传播规律324

第10章 光的波动性330

10.1几何光学简介331

一、光线 光速331

二、几何光学的基本定律332

三、几种光学器件的成像原理334

〈趣味物理〉光与色342

10.2光波的物理图象344

一、原子发光机理 波列344

二、光程 光程差与相位差345

10.3光的干涉347

一、光干涉概述347

二、杨氏双缝干涉349

三、薄膜干涉352

10.4光的衍射359

一、惠更斯—菲涅耳原理359

二、单缝的夫琅禾费衍射360

三、光栅的夫琅禾费衍射365

〈趣味物理〉无镜头摄影技术371

四、光学仪器的分辨率374

10.5光的偏振性376

一、自然光和偏振光376

二、起偏与检偏377

三、马吕斯定律378

四、布儒斯特定律379

〈课间小憩〉激光器381

练习10光的波动性383

第Ⅳ篇 热学392

第11章 热运动的统计描述392

11.1热现象与热运动392

一、热现象392

二、热现象的宏观规律393

三、分子热运动的物理图象394

四、统计的概念398

〈物理趣闻〉壮观的“和平”号“流星雨”399

11.2理想气体状态方程400

一、平衡态与状态参量400

二、理想气体状态方程401

〈课间小憩〉真实气体的范德瓦耳斯方程403

11.3压强和温度的微观意义403

一、理想气体的微观模型404

二、压强的微观本质405

三、温度的微观本质406

11.4理想气体的内能409

一、运动自由度409

二、能量按自由度均分定理410

三、理想气体的内能411

11.5麦克斯韦速率分布律412

一、分子速率分布的实验测定412

二、麦克斯韦速率分布律414

三、三种统计速率417

〈趣味物理〉方均根速率与大气成分418

11.6平均自由程与平均碰撞频率419

练习11热运动的统计描述421

第12章 热力学425

12.1准静态过程425

一、准静态过程426

二、准静态过程的功427

三、热量429

12.2热力学第一定律430

一、等体过程431

二、等压过程432

三、等温过程435

四、绝热过程436

〈物理之窗〉液化气体438

12.3循环过程439

一、循环过程的一般概念440

二、卡诺循环443

12.4热力学第二定律448

一、自然过程的不可逆性448

二、热力学第二定律及其微观意义449

12.5熵与熵增加原理451

一、宏观态与微观态451

二、热力学概率与熵453

三、熵增加原理454

〈物理学家〉L.玻耳兹曼455

练习12热力学456

第Ⅴ篇 近代物理基础462

第13章 狭义相对论462

13.1狭义相对论的两条基本原理 洛伦兹变换462

一、两条基本原理463

二、洛伦兹变换464

〈物理学家〉A.爱因斯坦465

13.2相对论时空观470

一、同时性的相对性471

二、时间量度的相对性 时间膨胀472

三、空间量度的相对性 长度收缩475

四、两种时空观476

〈趣味物理〉孪生子效应477

13.3相对论动力学结论478

一、相对论性动量479

二、相对论运动方程480

三、质量和能量的关系481

四、动量和能量的关系483

〈物理之窗〉核电与核电站485

练习13狭义相对论486

第14章 量子物理基础490

14.1普朗克量子论491

一、黑体辐射491

二、普朗克量子论493

〈物理学家〉M.普朗克495

14.2光的波粒二象性495

一、光电效应的实验规律495

二、爱因斯坦光子学说498

三、康普顿效应502

14.3量子力学引论505

一、德布罗意的物质波假说505

〈物理学家〉L.德布罗意507

二、海森伯不确定关系508

〈物理学家〉W.海森伯510

三、物质波波函数的统计解释511

四、薛定谔方程及其应用514

〈物理之窗〉扫描隧道显微镜（STM）522

14.4氢原子524

一、氢原子光谱规律524

二、玻尔氢原子理论525

〈物理学家〉N.玻尔527

三、氢原子的量子力学描述531

14.5多电子原子中的电子分布535

一、斯特恩-盖拉赫实验 电子自旋535

二、四个量子数537

三、多电子原子的壳层结构537

练习14量子物理基础539

练习题参考答案545

参考文献556