大学物理基础教程

第1章 质点力学 1

1.1 参考系 1

1.1.1 质点 1

1.1.2 参考系和坐标系 1

1.2 质点运动的描述 1

1.2.1 位置矢量和位移 1

1.2.2 速度和加速度 3

1.3 运动学的两类问题 5

1.4 圆周运动 7

1.4.1 圆周运动的线量描述 7

1.4.2 圆周运动的角量描述 9

1.5 牛顿运动定律 10

1.5.1 牛顿运动定律概述 11

1.5.2 四种基本的力和力学中常见的力 12

1.5.3 牛顿运动定律的应用 13

1.6 动量定理和动量守恒定律 15

1.6.1 冲量和动量 15

1.6.2 动量定理 17

1.6.3 动量守恒定律 20

1.7 功和能 21

1.7.1 功 22

1.7.2 动能定理 24

1.7.3 保守力和势能 25

1.7.4 机械能守恒定律 29

1.8 角动量守恒定律 31

1.8.1 质点的角动量 31

1.8.2 质点的角动量定理 32

1.8.3 角动量守恒定律 33

思考题 34

习题 34

第2章 刚体力学 37

2.1 刚体转动的描述 37

2.2 转动定律 39

2.2.1 力矩 39

2.2.2 转动定律 40

2.2.3 转动惯量 42

2.3 定轴转动过程中的功和能 45

2.3.1 力矩的功 46

2.3.2 转动动能 46

2.3.3 刚体定轴转动的动能定理 47

2.4 定轴转动刚体的角动量守恒 48

思考题 50

习题 51

第3章 气体分子动理论 53

3.1 理想气体及其状态描述 53

3.1.1 理想气体的微观模型 53

3.1.2 理想气体的状态描述 54

3.2 理想气体的压强和温度 55

3.2.1 理想气体的压强公式 55

3.2.2 理想气体的温度 58

3.3 能量按自由度均分定理 59

3.3.1 分子运动的自由度 59

3.3.2 能量按自由度均分定理 60

3.3.3 理想气体的内能 61

3.4 麦克斯韦速率分布律 62

3.4.1 速率分布函数 62

3.4.2 麦克斯韦速率分布律 63

3.4.3 气体分子速率的三种统计值 64

思考题 66

习题 67

第4章 热力学基础 69

4.1 热力学第一定律 69

4.1.1 准静态过程的功 69

4.1.2 系统的内能 70

4.1.3 热量的概念 71

4.1.4 热力学第一定律 72

4.2 热力学第一定律对理想气体的应用 72

4.2.1 等体过程 72

4.2.2 等压过程 73

4.2.3 等温过程 75

4.2.4 绝热过程 76

4.3 循环过程 78

4.3.1 循环过程概述 78

4.3.2 卡诺循环 80

4.3.3 制冷机 81

4.4 热力学第二定律 82

4.4.1 热力学第二定律的表述 82

4.4.2 可逆过程和不可逆过程 83

4.4.3 热力学第二定律的统计意义 84

思考题 85

习题 86

第5章 静电场 89

5.1 电荷 库仑定律 89

5.1.1 电荷 89

5.1.2 库仑定律与叠加原理 89

5.2 电场和电场强度 91

5.2.1 电场 91

5.2.2 电场强度 91

5.2.3 静止点电荷的电场及其叠加 92

5.3 高斯定律 94

5.3.1 电场线和电通量 94

5.3.2 高斯定律 96

5.3.3 利用高斯定律求静电场的分布 97

5.4 静电场环路定理 电势 99

5.4.1 静电场的保守性 99

5.4.2 静电场环路定理 99

5.4.3 电势和电势差 99

5.4.4 电势叠加原理 102

5.5 静电场中的导体 103

5.5.1 导体的静电平衡 104

5.5.2 静电平衡导体上的电荷分布 104

5.5.3 有导体存在时静电场的分析与计算 105

5.5.4 静电屏蔽 107

5.6 静电场中的电介质 108

5.6.1 电介质的极化 108

5.6.2 电介质极化对电场强度的影响 109

5.7 电容器 110

5.7.1 孤立导体的电容 110

5.7.2 电容器的电容 111

5.8 静电场的能量 113

5.8.1 电容器的能量 114

5.8.2 电场的能量 114

思考题 115

习题 116

第6章 稳恒磁场 119

6.1 稳恒电流 电动势 119

6.1.1 电流密度矢量 稳恒电流 119

6.1.2 电动势 120

6.2 磁感应强度 磁通连续定理 121

6.2.1 基本磁现象 121

6.2.2 磁场 磁感应强度 123

6.2.3 磁通量 磁通连续定理 124

6.3 毕奥-萨伐尔定律 125

6.3.1 毕奥-萨伐尔定律概述 125

6.3.2 毕奥-萨伐尔定律的应用 126

6.4 安培环路定理 128

6.4.1 安培环路定理的表述和验证 128

6.4.2 安培环路定理的应用 130

6.5 磁场对运动电荷的作用 133

6.5.1 洛仑兹力 133

6.5.2 带电粒子在磁场中的运动 134

6.6 磁场对载流导线的作用 137

6.6.1 安培力 137

6.6.2 载流线圈在均匀磁场中所受的力矩 139

思考题 141

习题 141

第7章 电磁感应 电磁场 145

7.1 电磁感应现象和法拉第电磁感应定律 145

7.1.1 电磁感应现象 145

7.1.2 法拉第电磁感应定律 146

7.2 动生电动势和感生电动势 149

7.2.1 动生电动势 149

7.2.2 感生电动势 152

7.3 自感和互感 154

7.3.1 自感 154

7.3.2 互感 155

7.4 磁场的能量 156

7.4.1 载流线圈中的磁能 157

7.4.2 磁场的能量 157

7.5 位移电流 麦克斯韦方程组 158

7.5.1 位移电流 158

7.5.2 麦克斯韦方程组 159

思考题 160

习题 161

第8章 振动与波动 164

8.1 简谐振动 164

8.1.1 简谐振动的定义 164

8.1.2 描述简谐振动的物理量 165

8.1.3 简谐振动的旋转矢量法描述 167

8.1.4 简谐振动的能量 169

8.2 简谐振动的合成 170

8.2.1 同方向同频率简谐振动的合成 170

8.2.2 互相垂直的同频率的简谐振动的合成 172

8.3 平面简谐波 173

8.3.1 机械波的产生及其特征量 173

8.3.2 平面简谐波的波动方程 176

8.3.3 平面简谐波的时空周期性 177

8.3.4 波的能量 能流密度 179

8.4 波的叠加 波的干涉 181

8.4.1 波的叠加 181

8.4.2 波的干涉 181

思考题 182

习题 182

第9章 波动光学 185

9.1 光的相干性 185

9.1.1 光源的发光机制 185

9.1.2 光的相干性 186

9.1.3 光程和光程差 187

9.2 光的干涉 188

9.2.1 杨氏双缝实验 洛埃镜实验 188

9.2.2 等倾干涉 191

9.2.3 等厚干涉 193

9.3 光的衍射 195

9.3.1 惠更斯-菲涅耳原理 195

9.3.2 夫琅禾费单缝衍射 196

9.3.3 夫琅禾费圆孔衍射 光学仪器分辨本领 201

9.3.4 光栅 203

9.4 光的偏振 206

9.4.1 光的偏振状态及其表示 207

9.4.2 由介质吸收获得线偏振光 208

9.4.3 反射和折射时光的偏振 209

思考题 211

习题 212

第10章 近代物理 214

10.1 从经典物理到近代物理 214

10.2 狭义相对论基础 215

10.2.1 经典力学的时空观 215

10.2.2 狭义相对论的基本假设洛仑兹变换 216

10.2.3 狭义相对论的时空观 219

10.2.4 相对论质量 224

10.2.5 相对论能量 225

10.3 量子物理基础 227

10.3.1 黑体辐射 普朗克量子假设 227

10.3.2 光电效应 爱因斯坦光子理论 230

10.3.3 粒子的波动性 232

10.3.4 不确定关系 233

10.3.5 波函数及其统计解释 234

10.3.6 薛定谔方程 237

思考题 242

习题 243

附录 常用物理基本常数表 245

习题答案 246

参考文献 252