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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

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