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〈物理之窗〉新中国的重大科技成果2

第1章 物理世界5

1.1物理学导论6

一、物理学理论6

二、物理学理论的统一7

三、支配宇宙运行的四种基本相互作用9

四、粒子物理的标准模型10

〈热门话题〉夸克及“渐近自由”现象12

1.2物理学与工程技术14

一、物理学为技术的形成提供科学原理14

二、物理学影响技术进行的路线15

三、物理学左右技术的实施方案15

1.3物质的物理图象15

一、宏观、微观、介观、宇观15

〈课间小憩〉梦幻神奇的纳米技术17

二、物质形态的分类19

三、实物与场24

1.4中华人民共和国法定计量单位25

一、法定计量单位的构成26

二、量纲和量纲分析29

内容提要32

练习1物理世界32

第2章 时间 空间与运动学37

2.1质点运动学的基本概念37

一、理想模型 模型化方法37

二、参考系 坐标系39

三、时间40

四、空间41

五、速度46

六、加速度50

2.2圆周运动的角量描述57

一、圆周运动的角量描述57

二、角量与线量的关系59

2.3质点运动的描述60

一、运动描述的相对性 伽利略变换60

二、描述运动的一般方法64

2.4质点运动学的解题思路与方法68

一、运动学的两类问题68

二、运动学的解题方法68

〈趣味物理〉枪打落猴74

内容提要75

练习2时间 空间与运动学77

第3章 牛顿运动定律85

3.1物体运动状态变化的原因85

一、力的概念86

二、介绍几种常见的力87

〈趣味物理〉斜拉桥的奥妙91

3.2牛顿运动定律92

一、牛顿第一定律92

〈物理学家〉I.牛顿93

二、牛顿第二定律94

三、牛顿第三定律96

四、牛顿运动定律的适用范围97

3.3质点动力学的两类问题及解题方法99

〈趣味物理〉摩擦的巧用105

内容提要108

练习3牛顿运动定律110

第4章 守恒定律115

4.1力的时间累积效应115

一、质点的动量定理116

二、质点系的动量定理119

三、动量守恒定律120

四、动量守恒定律的应用—火箭飞行原理121

4.2质点的动量矩定理和动量矩守恒定律123

一、质点对定点的动量矩123

二、外力对定点的力矩123

三、质点对定点的动量矩定理124

四、质点的动量矩守恒定律125

〈课间小憩〉彗-木世纪相撞126

4.3力的空间累积效应127

一、功的概念128

二、质点的动能定理130

三、保守力的功 势能134

四、质点系的功能原理139

五、机械能守恒与转换定律143

〈物理之窗〉对称性和守恒定律144

六、普遍能量守恒与转换定律145

内容提要150

练习4守恒定律152

第5章 刚体的定轴转动160

5.1刚体运动的基本概念161

一、刚体模型161

二、刚体的运动161

三、转动惯性的量度——转动惯量162

5.2刚体定轴转动的运动学规律166

一、刚体定轴转动的特点与研究思路166

二、刚体定轴转动的运动学规律167

5.3刚体定轴转动的动力学规律170

一、刚体定轴转动的转动定律170

〈趣味物理〉水利工程中的弧形闸门174

二、刚体定轴转动的动量矩定理 动量矩守恒定律175

三、刚体定轴转动的功能原理 机械能守恒定律179

内容提要183

练习5刚体的定轴转动185

第6章 静电场194

6.1电荷及其相互作用195

一、电荷的量子化195

二、起电 电荷守恒定律195

三、点电荷间的相互作用规律197

6.2从力的观点描述电场的物质性——电场强度E198

一、电场强度E198

二、电场线199

三、电场强度的计算方法200

6.3静电场的高斯定理206

一、电场强度通量Φe206

二、高斯定理208

6.4从功能观点描述电场的物质性——电势U213

一、静电场力做功的特性213

二、电势U214

三、静电场的环路定理216

四、电势的计算方法216

五、等势面219

六、电场强度和电势的关系 电势梯度220

6.5静电场中的导体223

一、静电感应与静电平衡223

二、表面电荷的分布特性224

三、静电屏蔽226

〈课间小憩〉等电势与高压带电作业228

6.6静电场中的电介质231

一、电介质的极化231

〈课间小憩〉导电性塑料233

二、电极化强度233

三、电介质中的电场强度234

四、有电介质时的电场基本定理235

〈物理之窗〉新型智能材料——电流变液238

6.7导体的电容 电场能量240

一、孤立导体的电容240

二、电容器241

三、电容器的串、并联243

四、电场能量245

内容提要249

练习6静电场253

第7章 恒定磁场254

7.1恒定电流的基本概念262

一、电流的形成262

二、电流密度262

三、欧姆定律的微分形式263

四、电源电动势264

7.2磁场265

一、磁现象265

二、激发磁场的场源266

三、从力的观点描述磁场的物质性——磁感强度B268

〈课间小憩〉地磁场270

7.3电流激发磁场的基本规律272

一、毕奥-萨伐尔定律272

二、运动电荷产生的磁场277

7.4表述磁场性质的两条定理278

一、高斯定理278

二、安培环路定理280

7.5磁场对运动电荷和载流导线的作用284

一、带电粒子在磁场中的运动284

二、霍耳效应287

三、磁场对载流导线的作用 安培定律289

四、磁场对载流线圈的作用 磁力矩294

〈趣味物理〉电磁轨道炮295

7.6磁介质对磁场的影响297

一、三类磁介质297

二、磁介质的磁化298

三、介质中的安培环路定理298

四、铁磁质300

内容提要302

练习7恒定磁场304

第8章 电磁感应及电磁场305

8.1电磁感应的实验研究313

一、实验现象观察314

二、实验结果分析315

8.2电磁感应的基本定律316

一、法拉第电磁感应定律316

〈物理学家〉M.法拉第318

二、楞次定律322

8.3动生电动势323

8.4感生电动势327

一、感应电场 感生电动势327

二、涡电流330

〈物理之窗〉电磁悬浮技术333

8.5互感与自感334

一、互感334

二、自感337

8.6磁场的能量340

〈物理之窗〉阿尔法磁谱仪342

8.7麦克斯韦电磁场理论343

一、位移电流344

二、全电流安培环路定理346

〈物理学家〉J.麦克斯韦348

三、麦克斯韦方程组349

内容提要351

练习8电磁感应及电磁场353

习题答案359

附录366

附录Ⅰ基本物理常量及有关数据的计算用值366

附录Ⅱ常用数学公式367

索引371

第9章 热运动的统计描述2

9.1热现象与热运动2

一、热现象2

二、热现象的宏观规律3

〈物理趣闻〉壮观的“和平”号“流星雨”4

三、分子热运动的物理图象6

9.2统计规律10

一、统计规律的概念10

二、生活中的统计规律10

三、统计规律的描述12

四、统计规律的特点14

9.3理想气体状态方程16

一、平衡态与状态参量16

二、理想气体状态方程17

〈课间小憩〉真实气体的范德瓦耳斯方程18

9.4压强和温度的微观意义19

一、理想气体的微观模型19

二、压强的微观本质20

三、温度的微观本质22

9.5理想气体的内能25

一、运动自由度25

二、能量均分定理26

三、理想气体的内能27

9.6麦克斯韦速率分布律29

一、分子速率分布的实验测定29

二、麦克斯韦速率分布律30

三、三种统计速率34

〈趣味物理〉方均根速率与大气成分35

9.7平均自由程与碰撞频率36

内容提要38

练习9热运动的统计描述39

第10章 热力学44

10.1准静态过程44

一、准静态过程46

二、准静态过程的功46

三、热量Q49

10.2热力学第一定律50

一、等体过程52

二、等压过程53

三、等温过程56

四、绝热过程57

〈物理之窗〉液化气体60

10.3循环过程61

一、循环过程的一般概念61

二、卡诺循环65

10.4热力学第二定律69

一、自然过程的不可逆性70

二、热力学第二定律及其微观意义70

10.5熵与熵增加原理72

一、宏观态与微观态72

二、热力学概率与熵75

三、熵增加原理76

〈物理学家〉L.玻耳兹曼77

内容提要78

练习10热力学79

第11章 简谐运动86

11.1简谐运动及其特征86

一、弹簧振子及其运动分析86

二、简谐运动的特征87

11.2简谐运动的描述方法91

一、简谐运动方程91

二、振动曲线98

三、旋转矢量99

11.3简谐运动的合成103

一、两个同方向、同频率简谐运动的合成103

二、两个同方向、不同频率简谐运动的合成 拍现象105

内容提要108

练习11简谐运动110

第12章 波的传播规律115

12.1机械波传播的物理图象115

一、弹性介质模型116

二、横波与纵波118

三、机械波传播的物理图象118

12.2波动的描述方法118

一、波动的几何描述119

二、波动曲线120

三、波动方程124

12.3波的能量特征129

12.4波的干涉130

一、波的叠加原理131

〈物理趣闻〉孤立波与孤立子131

二、波的干涉132

三、驻波136

〈课间小憩〉音乐声学140

12.5波的衍射142

12.6电磁波144

一、电磁波的理论预见144

二、赫兹实验145

三、电磁波的基本性质146

四、玻印廷矢量S147

五、电磁波谱148

〈课间小憩〉红外技术149

12.7多普勒效应151

内容提要153

练习12波的传播规律156

第13章 光的波动性162

13.1几何光学简介163

一、光线 光速163

二、几何光学的基本定律164

三、几种光学器件的成像原理166

13.2光波的物理图象174

一、原子发光机理 波列174

二、光程176

13.3光的干涉177

一、光干涉概述177

二、杨氏双缝干涉179

三、薄膜干涉182

13.4光的衍射189

一、单缝的夫琅禾费衍射190

二、光栅的夫琅禾费衍射195

〈趣味物理〉无镜头摄影技术201

三、光学仪器的分辨率204

13.5光的偏振性206

一、自然光和偏振光206

二、起偏与检偏207

三、马吕斯定律208

四、布儒斯特定律209

内容提要211

练习13光的波动性213

第14章 相对论基础223

14.1狭义相对论的两条基本原理和洛伦兹变换223

一、两条基本原理224

二、洛伦兹变换225

〈物理学家〉A.爱因斯坦226

14.2相对论时空观233

一、同时性的相对性233

二、时间度量的相对性 时间膨胀234

〈趣味物理〉孪生子效应237

三、空间度量的相对性 长度收缩238

四、两种时空观240

14.3相对论动力学结论241

一、相对论性动量241

二、相对论运动方程243

三、质量和能量的关系244

四、动量和能量的关系246

内容提要248

练习14相对论基础250

第15章 量子物理基础253

15.1普朗克量子论254

一、黑体辐射254

二、普朗克量子论256

〈物理学家〉M.普朗克258

15.2光的波粒二象性259

一、光电效应的实验规律259

二、爱因斯坦光子学说261

三、康普顿效应265

15.3量子力学引论269

一、德布罗意的物质波假说269

〈物理学家〉L.德布罗意271

二、海森伯不确定关系272

〈物理学家〉W.海森伯274

三、物质波波函数的统计解释275

四、薛定谔方程及其应用278

〈物理之窗〉扫描隧穿显微镜（STM）286

15.4氢原子288

一、氢原子光谱规律288

二、玻尔氢原子理论289

〈物理学家〉N波尔291

三、氢原子的量子力学描述295

15.5多电子原子中的电子分布299

一、斯特恩—盖拉赫实验 电子自旋299

二、四个量子数301

三、多电子原子的壳层结构301

内容提要304

练习15 量子物理基础307

第16章 物理学原理在近代工程技术中的应用313

16.1激光313

一、激光的形成机理314

二、激光器的结构317

三、激光器件319

〈课间小憩〉我国第一台激光器320

四、激光的特性与应用322

16.2射线无损检测的物理基础323

一、X射线的性质324

二、X射线的产生325

三、X射线的衰减规律325

四、X射线检测原理326

五、X射线照相方法和灵敏度327

16.3铁磁质材料的磁粉无损检测329

一、磁粉检测的特点与应用范围329

二、磁粉检测的基本原理330

三、被检工件的磁化方法331

四、磁粉检测灵敏度与影响因素332

16.4液体渗透检测的物理原理333

一、液体的表面性质333

二、液体渗透检测的基本原理334

三、液体渗透检测的操作过程335

四、影响检测灵敏度的因素335

16.5现代光学检测337

一、细线（丝）直径的检测337

二、全息无损检测338

16.6超声波检测342

一、超声波的种类和传播波形343

二、超声波的特征参量344

三、超声波换能器348

四、超声波无损检测349

五、超声波物位（液位）测量351

习题答案353

附录358

附录Ⅰ基本物理常量及有关数据的计算用值358

附录Ⅱ常用数学公式360

附录Ⅲ1901—2006年诺贝尔物理学奖获得者363

索引378

参考文献386