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第1章 质点运动学1

1.1 位置矢量和位移2

1.1.1 参照系与坐标系2

1.1.2 位置矢量（运动方程）2

1.1.3 位移矢量3

1.2 速度和加速度4

1.2.1 速度4

1.2.2 加速度5

1.3 运动的相对性7

1.3.1 直线运动7

1.3.2 相对运动8

1.4 平面曲线运动9

1.4.1 抛体运动9

1.4.2 圆周运动11

1.5 知识拓展——全球定位系统和质点运动学14

阅读材料1 伽利略16

复习与小结17

练习题18

第2章 质点动力学21

2.1 牛顿运动定律22

2.1.1 牛顿运动定律的内容22

2.1.2 牛顿运动定律所涉及的基本概念和物理量22

2.1.3 常见的几种力23

2.1.4 牛顿运动定律的应用25

2.2 动量 动量守恒定律29

2.2.1 质点的动量及动量定理29

2.2.2 质点组的动量定理30

2.2.3 动量守恒定律及其意义31

2.3 动能 动能定理34

2.3.1 功34

2.3.2 功率35

2.3.3 质点的动能定理35

2.3.4 质点组的动能定理36

2.4 势能 机械能转化及守恒定律40

2.4.1 保守力及保守力的功40

2.4.2 势能41

2.4.3 功能原理42

2.4.4 机械能转化和机械能守恒定律42

2.4.5 能量转化和能量守恒定律43

2.5 知识拓展——降落伞大小的合理设计46

阅读材料2 牛顿48

复习与小结48

练习题50

第3章 刚体的定轴转动54

3.1 刚体定轴转动的运动学55

3.2 刚体定轴转动的动力学57

3.2.1 刚体定轴转动的转动定律57

3.2.2 刚体定轴转动的动能定理62

3.2.3 刚体定轴转动的角动量守恒定律65

3.2.4 开普勒定律67

3.3 知识拓展——门吸的合理安装70

阅读材料3 开普勒71

复习与小结72

练习题73

第4章 气体动理论77

4.1 理想气体的压强和温度78

4.1.1 状态参量 平衡态78

4.1.2 理想气体模型78

4.1.3 理想气体状态方程78

4.1.4 统计假设79

4.1.5 理想气体的压强79

4.1.6 理想气体的温度81

4.2 能均分定理 理想气体的热力学能83

4.2.1 自由度83

4.2.2 能量按自由度均分定理84

4.2.3 理想气体的热力学能85

4.3 麦克斯韦速率分布律 三种统计速率86

4.3.1 麦克斯韦速率分布律86

4.3.2 最概然速率、平均速率和方均根速率87

4.4 气体分子碰撞和平均自由程89

4.4.1 分子的平均自由程和碰撞频率89

4.4.2 平均自由程和平均碰撞频率的关系89

4.4.3 “真空”泵及其工作原理91

4.5 知识拓展——如何预防汽车高速公路爆胎94

阅读材料4 克劳修斯95

复习与小结96

练习题97

第5章 热力学基础99

5.1 热力学第零定律 温度100

5.1.1 热力学第零定律100

5.1.2 温度和温标101

5.1.3 热力学温标102

5.1.4 摄氏温标和华氏温标102

5.2 热力学第一定律及其应用103

5.2.1 热量、功和热力学能103

5.2.2 热力学第一定律104

5.2.3 准静态过程104

5.2.4 理想气体的等体、等压和等温过程106

5.2.5 气体的摩尔热容107

5.2.6 理想气体的绝热过程109

5.3 循环过程 卡诺循环111

5.3.1 循环过程111

5.3.2 卡诺循环112

5.4 热力学第二定律 卡诺定理115

5.4.1 热力学第二定律115

5.4.2 可逆过程和不可逆过程116

5.4.3 卡诺定理117

5.4.4 熵 熵增加原理118

5.4.5 熵的微观解释119

5.5 知识拓展——低温实现的方法120

阅读材料5 开尔文122

复习与小结123

练习题125

第6章 静电场129

6.1 库仑定律 电场强度129

6.1.1 电荷的量子化129

6.1.2 电荷守恒定律130

6.1.3 库仑定律130

6.1.4 电场强度131

6.1.5 由点电荷引起的电场132

6.1.6 由连续电荷分布引起的电场133

6.1.7 喷墨打印134

6.2 高斯定理及其应用138

6.2.1 电场线138

6.2.2 电场强度通量139

6.2.3 高斯定理140

6.2.4 高斯定理的应用142

6.3 电势145

6.3.1 静电场力是保守力145

6.3.2 静电场的环路定律146

6.3.3 电势能 电势146

6.3.4 由点电荷引起的电势147

6.3.5 由连续电荷分布引起的电势148

6.4 静电场中的导体和电介质150

6.4.1 导体的静电平衡150

6.4.2 静电平衡时导体上的电荷分布151

6.4.3 尖端放电 静电屏蔽152

6.4.4 从原子观点看电介质153

6.4.5 电介质中的高斯定理154

6.5 电容 电场能量156

6.5.1 电容器的电容156

6.5.2 电容的计算156

6.5.3 电容器的充电158

6.5.4 心脏除颤器159

6.5.5 静电场的能量 能量密度159

6.6 知识拓展——电磁屏蔽服161

阅读材料6 库仑162

复习与小结163

练习题165

第7章 稳恒磁场170

7.1 磁场 磁感应强度170

7.1.1 磁场170

7.1.2 磁感应强度172

7.1.3 洛伦兹力172

7.2 毕奥-萨伐尔定律及其应用173

7.2.1 毕奥-萨伐尔定律173

7.2.2 毕奥-萨伐尔定律应用举例174

7.3 磁场的高斯定理和安培环路定理176

7.3.1 磁感线176

7.3.2 磁通量 高斯定理177

7.3.3 安培环路定理178

7.3.4 安培环路定理应用举例179

7.4 磁场对运动电荷和载流导线的作用182

7.4.1 带电粒子在磁场中的运动182

7.4.2 霍耳效应183

7.4.3 回旋加速器184

7.4.4 安培定律185

7.4.5 电磁轨道炮186

7.4.6 均匀磁场对载流线圈的作用187

7.5 磁介质中的磁场190

7.5.1 磁介质的分类190

7.5.2 磁介质中的安培环路定理191

7.5.3 铁磁质192

7.6 知识拓展——霍耳传感器测量汽车车速194

阅读材料7 法拉第195

复习与小结196

练习题197

第8章 电磁感应202

8.1 电磁感应的基本定律202

8.1.1 电磁感应现象202

8.1.2 法拉第电磁感应定律203

8.1.3 楞次定律204

8.1.4 电吉他204

8.2 动生电动势 感生电动势205

8.2.1 动生电动势206

8.2.2 感生电动势208

8.3 自感 互感 磁场的能量209

8.3.1 自感现象209

8.3.2 互感现象210

8.3.3 磁场的能量211

8.4 麦克斯韦方程组213

8.4.1 位移电流 全电流安培环路定律213

8.4.2 麦克斯韦方程组的积分形式214

8.5 知识拓展——电磁波216

阅读材料8 麦克斯韦218

复习与小结219

练习题219

第9章 振动学基础224

9.1 简谐振动225

9.1.1 弹簧振子的振动225

9.1.2 简谐振动的定义225

9.1.3 单摆的运动规律226

9.1.4 LC振荡回路中电容器上电量的变化规律226

9.2 简谐振动的规律227

9.2.1 简谐振动的运动学方程、速度、加速度227

9.2.2 简谐振动的三要素227

9.2.3 简谐振动的能量228

9.2.4 简谐振动的旋转矢量表示230

9.2.5 阻尼振动 受迫振动 共振231

9.3 简谐振动的合成232

9.3.1 同方向同频率简谐振动的合成232

9.3.2 两个互相垂直的同频率的简谐振动的合成233

9.4 知识拓展——钢琴的“拍”235

阅读材料9 惠更斯236

复习与小结237

练习题238

第10章 波动学基础242

10.1 机械波的产生及描述242

10.1.1 机械波的产生242

10.1.2 波阵面 波射线243

10.1.3 波的频率、波长和波速244

10.2 平面简谐波244

10.2.1 平面简谐波的波动方程244

10.2.2 波的能量 能流密度 波的吸收247

10.3 波的衍射和干涉249

10.3.1 惠更斯原理249

10.3.2 波的衍射250

10.3.3 波的叠加原理250

10.3.4 波的干涉250

10.3.5 驻波251

10.3.6 多普勒效应253

10.4 知识拓展——鱼洗喷水255

阅读材料10 多普勒256

复习与小结257

练习题258

第11章 波动光学261

11.1 光源 光的相干性261

11.1.1 光学发展简史261

11.1.2 光的电磁波性质262

11.1.3 光源263

11.1.4 光的相干性264

11.1.5 光程 光程差265

11.2 分波阵面干涉266

11.2.1 杨氏双缝干涉266

11.2.2 洛埃镜实验268

11.2.3 光的空间相干性和时间相干性268

11.3 薄膜干涉270

11.3.1 平行平面薄膜产生的干涉270

11.3.2 楔形平面薄膜（劈尖）干涉272

11.3.3 牛顿环274

11.3.4 迈克耳孙干涉仪275

11.4 光的衍射276

11.4.1 光的衍射现象276

11.4.2 惠更斯-菲涅耳原理277

11.4.3 夫琅禾费单缝衍射278

11.5 光栅衍射281

11.5.1 光栅的构造281

11.5.2 光栅衍射的主极大条纹281

11.5.3 光栅光谱283

11.5.4 X射线的衍射284

11.6 圆孔的夫琅禾费衍射 光学仪器的分辨本领285

11.6.1 圆孔的夫琅禾费衍射285

11.6.2 光学仪器的分辨本领286

11.7 光的偏振现象287

11.7.1 偏振光和自然光287

11.7.2 偏振片起偏和检偏289

11.7.3 马吕斯定律289

11.7.4 光的反射和折射起偏290

11.8 激光简介292

11.8.1 激光的基本原理292

11.8.2 氦氖激光器295

11.8.3 激光的特点及应用296

11.9 知识拓展——薄膜干涉296

阅读材料11 菲涅耳297

复习与小结298

练习题300

第12章 狭义相对论307

12.1 经典时空观及其局限性308

12.1.1 伽利略坐标变换308

12.1.2 经典时空观308

12.1.3 力学相对性原理309

12.2 狭义相对论时空观309

12.2.1 狭义相对论产生的历史背景309

12.2.2 狭义相对论的基本原理310

12.2.3 洛伦兹坐标变换310

12.2.4 狭义相对论时空观311

12.3 相对论动力学313

12.3.1 相对论的质速关系313

12.3.2 相对论的质能关系314

12.3.3 能量动量关系315

12.4 知识拓展——核反应堆315

阅读材料12 爱因斯坦317

复习与小结318

练习题319

第13章 量子物理基础322

13.1 量子论的形成322

13.1.1 黑体辐射和普朗克能量子假设322

13.1.2 光电效应和爱因斯坦光子假设324

13.1.3 原子结构与原子光谱 玻尔的量子论327

13.2 物质波 不确定关系331

13.2.1 物质波331

13.2.2 物质波的统计解释332

13.2.3 不确定关系333

13.3 波函数 薛定谔方程335

13.3.1 波函数335

13.3.2 薛定谔方程336

13.3.3 一维无限深方势阱中运动的粒子337

13.3.4 氢原子的薛定谔方程339

13.4 知识拓展——实现光子转化为电子的最小波长340

13.4.1 电子对效应340

13.4.2 实现电子对效应时光子的最大波长341

阅读材料13 普朗克342

复习与小结342

练习题344

附录346

附录A 国际单位制（SI）346

附录B 常用物理常量347

附录C 数学公式348

练习题参考答案351