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第1章 物理学 物质世界 1

1.1微观粒子及其相互作用 1

1.1.1从原子到原子核 1

1.1.2基本粒子的物理属性 4

1.1.3粒子间的相互作用 4

1.1.4基本粒子的分类 6

1.1.5 CPT定理及对称破缺简介 8

1.2物质存在的基本形式 9

1.2.1实物及物态相 9

1.2.2场 11

1.3物质运动与时空 12

1.3.1运动是物质的基本属性 12

1.3.2时间和空间 12

1.3.3两种时空观 13

1.4物理学及其研究对象与研究方法 14

1.4.1物理学 14

1.4.2物理学的研究对象 14

1.4.3物理学的研究方法 15

1.4.4物理学与科学世界观 15

1.4.5物理学与科学技术 16

1.5单位和量纲 17

1.5.1国际单位制（SI） 17

1.5.2量纲 18

1.5.3常用基本物理常数 19

参考文献 19

第2章 力学基本定律 20

2.1物理量及其表述 20

2.1.1质点 20

2.1.2参考系与坐标系 21

2.1.3矢量及其运算 21

2.2运动的描述 24

2.2.1位置矢量与位移 24

2.2.2速度 25

2.2.3加速度 25

2.2.4位矢、速度和加速度的相互关系 26

2.2.5曲线运动 28

2.2.6相对运动 31

2.3牛顿运动定律 32

2.3.1牛顿运动定律 32

2.3.2功和功率 38

2.3.3动能 动能定理 39

2.3.4保守力 非保守力势能 40

2.3.5功能原理 43

2.3.6机械能守恒定律 44

2.3.7动量 冲量 动量定理动量守恒定律 44

2.4刚体定轴转动 47

2.4.1刚体定轴转动的描述 47

2.4.2刚体定轴转动定律 48

2.4.3刚体定轴转动的功和能 52

2.4.4角动量定理 角动量守恒定律 54

2.4.5进动 56

2.5对称性原理与守恒定律 57

2.5.1对称性与对称性原理 57

2.5.2对称性原理与守恒定律 58

2.5.3对称性与对称性破缺 58

2.6最小作用量原理（哈密顿原理） 58

2.6.1哈密顿函数H 58

2.6.2最小作用量原理（哈密顿原理） 59

思考题 62

习题 64

参考文献 67

第3章 流体的运动 68

3.1理想流体的定常流动 68

3.1.1理想流体 68

3.1.2定常流动 69

3.1.3连续性方程 69

3.2理想流体的伯努利方程 70

3.2.1理想流体的伯努利方程 70

3.2.2伯努利方程的应用 71

3.3黏性流体的运动 74

3.3.1层流的黏滞定律 74

3.3.2泊肃叶公式 75

3.3.3层流与湍流 76

3.3.4物体在黏性流体中的阻力 77

思考题 79

习题 79

参考文献 80

第4章 狭义相对论 81

4.1狭义相对论的基本假设 81

4.1.1伽利略相对性变换 81

4.1.2经典力学相对性原理 82

4.1.3经典力学的绝对时空观 83

4.1.4狭义相对论的基本原理 83

4.2狭义相对论的时空观 84

4.2.1同时性的相对性 84

4.2.2时间延缓 85

4.2.3长度收缩 86

4.2.4孪生子佯谬 88

4.3洛伦兹变换与相对论的速度叠加 88

4.3.1洛伦兹变换 88

4.3.2相对论的速度叠加 90

4.4相对论动量和能量 91

4.4.1相对论动量 91

4.4.2相对论能量 92

4.4.3相对论能量与动量的关系 92

4.5广义相对论简介 93

4.5.1广义相对论 94

4.5.2支持广义相对论的实验 95

4.5.3宇宙大爆炸 97

4.5.4暗物质与暗能量 97

思考题 98

习题 99

参考文献 100

第5章 热力学基础 101

5.1热力学系统 101

5.1.1热力学系统 101

5.1.2平衡态 准静态过程 101

5.1.3理想气体的状态方程 102

5.2热力学第一定律 103

5.2.1改变系统内能的两种途径 104

5.2.2热力学第一定律的数学描述 104

5.2.3准静态过程中热量、功和内能 105

5.3热力学第一定律对理想气体的应用 106

5.3.1 3个等值过程 107

5.3.2绝热过程 111

5.4循环过程 113

5.4.1循环过程 113

5.4.2热机与制冷机 115

5.4.3卡诺循环及其效率 115

5.5热力学第二定律 121

5.5.1热力学过程的方向性 121

5.5.2热力学第二定律 122

5.5.3卡诺定理 122

5.5.4熵 熵变 熵增加原理 122

思考题 125

习题 126

参考文献 130

第6章 气体动理论 131

6.1气体动理论的基本概念 131

6.1.1分子动理论的基本观点 131

6.1.2分子热运动与统计规律 132

6.1.3理想气体的微观模型 132

6.2理想气体状态方程的微观解释 133

6.2.1理想气体压强的统计意义 133

6.2.2温度的微观解释 135

6.2.3真实气体的范德瓦耳斯方程 136

6.3能量按自由度均分定理 138

6.3.1自由度 138

6.3.2能量按自由度均分定理 138

6.3.3理想气体的内能和摩尔热容 140

6.4麦克斯韦速率分布律 141

6.4.1麦克斯韦速率分布函数 141

6.4.2气体分子速率分布的测定 144

6.4.3气体分子的3种统计速率 144

6.5玻耳兹曼能量分布律 147

6.5.1重力场中气体分子数密度分布 147

6.5.2玻耳兹曼能量分布律 148

6.6气体分子的平均碰撞频率和平均自由程 149

6.6.1分子的平均碰撞频率 149

6.6.2分子的平均自由程 149

6.7气体的输运现象——在非平衡态系统的一些性质 150

6.7.1黏滞现象 150

6.7.2热传导现象 151

6.7.3扩散现象 152

6.8熵与热力学第二定律 152

6.8.1等几率原理与热力学第二定律的统计意义 152

6.8.2熵与热力学概率——玻耳兹曼公式 154

思考题 155

习题 156

参考文献 159

第7章 液体的表面现象 160

7.1表面张力 160

7.1.1表面张力的微观模型 161

7.1.2表面张力的性质 162

7.2弯曲液面的附加压强 165

7.3毛细现象 167

7.4气体栓塞 171

思考题 172

习题 172

参考文献 173

第8章 振动和波动 174

8.1简谐振动 174

8.1.1简谐振动的基本特征 174

8.1.2描述简谐振动的物理量 176

8.1.3简谐振动的旋转矢量图示法 178

8.1.4简谐振动的能量 180

8.2振动的合成与分解 182

8.2.1振动的合成 182

8.2.2振动的分解 频谱分析 187

8.3阻尼振动、受迫振动和共振 188

8.3.1阻尼振动 188

8.3.2受迫振动 189

8.3.3共振 189

8.4非线性振动 190

8.4.1非线性振动 190

8.4.2混沌 191

8.5平面简谐波 191

8.5.1机械波的产生和传播 191

8.5.2平面简谐波的波函数 194

8.5.3波动方程 197

8.5.4波的能量 198

8.6波的叠加原理 波的干涉 200

8.6.1波的叠加原理 200

8.6.2波的干涉 200

8.6.3驻波 203

8.7多普勒效应 207

8.8声波、超声波和次声波 209

8.8.1声强和声强级 209

8.8.2次声波与超声波 210

思考题 212

习题 212

参考文献 215

第9章 静电场 216

9.1库仑定律 216

9.1.1电荷的性质 216

9.1.2库仑定律 217

9.2电场强度 场强叠加原理 218

9.2.1电场 218

9.2.2电场强度 219

9.2.3电场强度叠加原理 221

9.3高斯定理及应用 225

9.3.1电场线 225

9.3.2 E通量 226

9.3.3高斯定理 227

9.3.4高斯定理的应用 230

9.4静电场的环路定理 电势 233

9.4.1静电场的环路定理 233

9.4.2电势能 235

9.4.3电势 电势差 236

9.4.4电势叠加原理 237

9.4.5等势面 242

9.4.6电场强度与电势的关系 243

9.5静电场中的导体 244

9.5.1导体的静电平衡 244

9.5.2静电平衡时导体上的电荷分布 246

9.5.3静电屏蔽 248

9.6静电场中的电介质 249

9.6.1电介质及电介质的极化 249

9.6.2极化强度 250

9.6.3有介质时的高斯定理 251

9.6.4压电效应 253

9.7静电场的能量 255

9.7.1电容器 255

9.7.2带电系统的能量 257

9.7.3电容器中的电能 257

9.7.4静电场的能量与能量密度 258

思考题 259

习题 260

参考文献 262

第10章 恒定磁场 264

10.1恒定电流 264

10.1.1电流密度 264

10.1.2连续性方程 电流的恒定条件 265

10.2电源的电动势 266

10.3磁场 磁感应强度 267

10.4毕奥-萨伐尔定律 269

10.4.1电流元 毕奥-萨伐尔定律 269

10.4.2毕奥-萨伐尔定律的应用 270

10.4.3运动电荷的磁场 274

10.5磁场中的高斯定理 274

10.5.1磁感线 磁通量 274

10.5.2磁场中的高斯定理 276

10.6安培环路定理 276

10.6.1安培环路定理 276

10.6.2安培环路定理的应用 278

10.7磁场对运动电荷的作用 280

10.7.1带电粒子在磁场中的运动 280

10.7.2带电粒子在电场和磁场中的运动举例 282

10.8磁场对载流导线的作用 283

10.8.1载流导线在磁场中受的力 283

10.8.2载流线圈在磁场中受的磁力矩 284

10.9磁介质 286

10.9.1磁介质的分类 286

10.9.2弱磁性磁介质的磁化起源 286

10.9.3磁化电流与磁化强度 288

10.9.4磁介质中的安培环路定理磁场强度 289

10.9.5铁磁质 291

思考题 292

习题 294

参考文献 295

第11章 变化的电磁场 296

11.1电磁感应 296

11.1.1电磁感应现象 法拉第电磁感应定律 296

11.1.2楞次定律 299

11.2动生电动势和感生电动势 299

11.2.1动生电动势 299

11.2.2感生电动势 301

11.2.3涡电流和电磁阻尼 303

11.3互感和自感 304

11.3.1互感 304

11.3.2自感 306

11.4磁场的能量 308

11.4.1自感磁能和互感磁能 308

11.4.2磁场的能量和能量密度 309

11.5全电流安培环路定理 310

11.5.1位移电流 310

11.5.2全电流安培环路定理 312

11.6麦克斯韦方程组和电磁波 312

11.6.1麦克斯韦方程组 312

11.6.2电磁振荡 电磁波的性质 313

11.6.3电磁波的能流密度 315

11.6.4电磁波波谱 316

思考题 317

习题 317

参考文献 319

第12章 几何光学 321

12.1几何光学的基本定律 321

12.1.1光的直线传播 321

12.1.2光的独立传播 321

12.1.3光的反射和折射 321

12.1.4光的全反射 322

12.1.5光的可逆原理 322

12.1.6马吕斯定律和费马原理 322

12.2球面反射和球面折射成像 323

12.2.1成像的基本概念 323

12.2.2球面折射成像 324

12.2.3球面反射成像 328

12.3薄透镜成像 328

12.3.1薄透镜成像的物像焦距公式 329

12.3.2焦距公式 329

12.3.3横向放大率公式 330

12.3.4高斯公式和牛顿公式作图法 330

12.4放大镜 光学显微镜 334

12.4.1眼睛 334

12.4.2放大镜 335

12.4.3光学显微镜 336

思考题 337

习题 338

参考文献 339

第13章 波动光学 340

13.1光的干涉 340

13.1.1光的相干性 340

13.1.2杨氏双缝干涉实验 341

13.1.3劳埃德镜与半波损失 343

13.1.4光程与光程差 344

13.1.5等倾干涉 344

13.1.6等厚干涉 346

13.1.7迈克尔逊干涉仪 349

13.2光的衍射 350

13.2.1光的衍射现象 350

13.2.2惠更斯-菲涅尔原理 351

13.2.3夫琅禾费单缝衍射 351

13.2.4圆孔衍射 光学仪器的分辨率 354

13.2.5平面衍射光栅 356

13.2.6 X射线衍射 358

13.3光的偏振 360

13.3.1自然光与偏振光 360

13.3.2偏振片 马吕斯定律 360

13.3.3反射 折射及散射时光的偏振性 362

13.4光的双折射 364

13.4.1双折射现象 364

13.4.2惠更斯原理在双折射现象中的应用 365

13.4.3椭圆偏振光和圆偏光波片 366

13.4.4旋光现象 367

13.5光的吸收和散射 368

13.5.1光的吸收 369

13.5.2光的散射 370

思考题 371

习题 372

参考文献 373

第14章 量子物理基础 374

14.1黑体辐射 374

14.1.1热辐射现象 黑体辐射 374

14.1.2热辐射现象 黑体辐射斯特潘-玻耳兹曼定律维恩位移定律 375

14.1.3经典物理的困难 377

14.1.4普朗克能量子假设 377

14.2光电效应 379

14.2.1光电效应的实验规律 379

14.2.2爱因斯坦的光子理论 381

14.3康普顿效应 383

14.4波粒二象性 386

14.4.1光子的波粒二象性 386

14.4.2德布罗意波 实物粒子的波粒二象性 387

14.4.3电子双缝干涉实验 389

14.5不确定关系 391

14.6薛定谔方程 392

14.6.1波函数 393

14.6.2定态薛定谔方程 395

14.6.3一维无限深方势阱 398

14.6.4一维有限势垒 隧道效应 401

14.6.5一维谐振子 402

14.6.6对应原理 403

14.7氢原子中的电子 404

14.7.1氢原子的玻尔理论 404

14.7.2氢原子的薛定谔方程 408

14.7.3三个量子数 409

14.7.4电子的概率密度 410

14.7.5电子自旋 411

14.8激光 412

14.8.1自发辐射 受激辐射 413

14.8.2激光原理 413

14.8.3激光器 415

14.8.4激光的特性 416

思考题 416

习题 417

参考文献 418

第15章 原子核和放射性 419

15.1原子核的基本性质 419

15.1.1原子核的发现和原子核物理 419

15.1.2原子核的基本性质 420

15.1.3原子核的自旋和磁矩 420

15.1.4原子核的结合能 422

15.1.5核力 423

15.1.6原子核的宇称 424

15.2原子核的放射衰变 425

15.2.1 α、β和γ衰变 425

15.2.2原子核的衰变规律半衰期 429

15.2.3放射性强度 431

15.2.4放射性的应用 434

15.3原子核的聚变和裂变 436

15.3.1原子核的聚变 436

15.3.2原子核的裂变 437

15.4宇宙中的原子核合成 438

思考题 439

习题 440

参考文献 441

附录 习题答案 442

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