大学物理(第3版)

第0章物理学导论1 0.1物理学及其发展概况1 0.1.1物理学是自然科学的基础1 0.1.2物理学的研究内容1 0.1.3物理学的发展简介2 0.1.4物理学的发展趋势2 0.2改变世界的物理学3 0.2.1物理学与科学技术3 0.2.2物理学改善人们的物质生活6 0.2.3物理学改变人们对世界的认识6 0.3物理学与人才培养6 0.3.1物理学的特征7 0.3.2物理学是科学的世界观和方法论的基础7 0.3.3学习物理学的方法7 0.4单位制和量纲8 0.5矢量和标量简介9 0.5.1矢量和标量9 0.5.2矢量的运算9 0.6常用的物理常数摘录11 章质点的运动与力13 1.1质点运动的描述13 1.1.1物理模型 坐标系13 1.1.2质点运动的描述14 1.2平面曲线运动圆周运动19 1.2.1切向加速度和法向加速度20 1.2.2圆周运动角量21 1.2.3线量与角量的关系22 1.3相对运动23 1.4力学中几种常见的力25 1.4.1 万有引力25 1.4.2弹性力26 1.4.3摩擦力27 1.5牛顿运动定律27 1.5.1牛顿定律28 1.5.2牛顿第二定律28 1.5.3牛顿第三定律29 1.6牛顿运动定律的应用举例30 【课外阅读与应用】33 习题135 第2章运动的守恒量与守恒定律40 2.1动量与冲量40 2.1.1动量40 2.1.2冲量41 2.1.3质点的动量定理41 2.1.4质点系的动量定理43 2.1.5质点系的动量守恒定律44 2.2 功46 2.2.1功46 2.2.2功率47 2.3 动能定理48 2.3.1质点的动能和动能定理48 2.3.2质点系的动能定理49 2.4保守力势能50 2.4.1保守力做功50 2.4.2势能51 2.5 机械能守恒定律能量守恒与转换定律52 2.5.1功能原理52 2.5.2机械能守恒定律52 2.5.3能量守恒定律53 2.5.4功能原理及能量守恒定律应用举例53 【课外阅读与应用】55 习题257 第3章刚体的定轴转动61 3.1刚体运动的描述61 3.1.1刚体的运动61 3.1.2描述刚体转动的角量62 3.2刚体绕定轴的转动定律64 3.2.1力矩64 3.2.2刚体定轴转动定律66 3.2.3转动惯量68 3.2.4刚体定轴转动的应用举例70 3.3刚体的动能和势能72 3.3.1刚体定轴转动的动能72 3.3.2刚体的重力势能72 3.3.3刚体的机械能守恒定律72 3.4刚体的角动量角动量守恒定律72 3.4.1质点对轴的角动量(动量矩)73 3.4.2质点的角动量(动量矩)定理73 3.4.3质点的角动量守恒定律74 3.4.4刚体定轴转动的角动量75 3.4.5刚体定轴转动的角动量定理75 3.4.6刚体的角动量守恒定律75 习题378 第4章机械振动81 4.1简谐振动及描述81 4.1.1简谐振动的基本特征81 4.1.2描述简谐振动的特征量82 4.1.3旋转矢量法85 4.2常见的几种简谐振动87 4.2.1弹簧振子87 4.2.2单摆和复摆87 4.3简谐运动的能量88 4.3.1系统的动能88 4.3.2系统的势能88 4.3.3系统的机械能88 *4.4简谐运动的合成90 4.4.1两个同方向、同频率简谐运动的合成90 4.4.2两个同方向、不同频率简谐运动的合成91 4.4.3拍91 *4.5阻尼振动受迫振动共振92 4.5.1阻尼振动93 4.5.2受迫振动94 4.5.3共振94 习题495 第5章机械波98 5.1机械波的形成和传播98 5.1.1机械波的产生和传播98 5.1.2波动的描述99 5.2平面简谐波100 5.2.1平面简谐波的波函数100 5.2.2波函数的物理意义101 5.3惠更斯原理波的干涉103 5.3.1惠更斯原理103 5.3.2波的叠加原理、波的干涉104 5.4驻波106 5.4.1驻波的产生106 5.4.2驻波的波函数107 5.4.3相位跃变半波损失108 5.4.4驻波的能量109 5.5多普勒效应110 5.5.1波源S相对于介质静止，观察者A以速度ν0相对于介质运动110 5.5.2观察者相对于介质静止，波源S以速度vs相对于介质运动111 5.5.3波源S和观察者同时相对于介质运动111 *5.5.4冲击波112 习题5113 第6章热力学基础116 6.1热力学基本概念116 6.1.1热力学系统116 6.1.2状态参量116 6.1.3平衡态117 6.1.4准静态过程118 6.1.5理想气体的物态方程118 6.2内能功和热量119 6.2.1准静态过程的功119 6.2.2准静态过程中热量的计算120 6.2.3内能120 6.3热力学定律121 6.4热力学定律在理想气体等值过程中的应用122 6.4.1等体过程122 6.4.2等压过程123 6.4.3等温过程124 6.5绝热过程125 6.6循环过程卡诺循环127 6.6.1循环过程127 6.6.2热机及正循环127 6.6.3制冷机及逆循环128 6.6.4卡诺循环128 6.7热力学第二定律130 6.7.1可逆过程与不可逆过程131 6.7.2热力学第二定律131 6.7.3卡诺定理132 习题6133 第7章气体动理论基础137 7.1分子热运动理论137 7.2理想气体的压强公式137 7.2.1理想气体的分子模型137 7.2.2理想气体的压强公式138 7.3温度的微观本质139 7.4能量均分定理理想气体的内能140 7.4.1分子的自由度140 7.4.2能量均分定理140 7.4.3理想气体的内能141 *7.5麦克斯韦气体分子速率分布141 7.5.1分子运动的图景141 7.5.2麦克斯韦速率分布律142 第8章真空中的静电场147 8.1电荷的基本性质147 8.1.1电荷及相互作用147 8.1.2电荷的量子性148 8.1.3电荷守恒定律148 8.1.4电荷的相对论不变性149 8.2 库仑定律149 8.2.1库仑定律的表述149 8.2.2电场力的叠加原理150 8.3 电场 电场强度150 8.3.1静电场150 8.3.2电场强度及叠加原理151 8.3.3电偶极子的电场强度153 8.4电通量 高斯定理156 8.4.1电场线156 8.4.2电通量157 8.4.3高斯定理159 8.4.4高斯定理的应用160 8.5静电场的环路定理164 8.5.1静电力做功164 8.5.2静电场的环路定理164 8.6电势能 电势165 8.6.1电势能165 8.6.2电势165 8.6.3电势差166 8.6.4电势的计算166 习题8170 第9章静电场中的导体与电介质174 9.1静电场中的导体174 9.1.1导体的静电感应静电平衡174 9.1.2静电平衡时导体上电荷的分布175 9.1.3导体表面电场强度176 9.1.4孤立导体表面的电荷分布176 9.1.5静电屏蔽177 9.1.6有导体存在时的静电场分布178 *9.2静电场中的电介质180 9.2.1电介质及其极化180 9.2.2电极化强度182 9.2.3电介质中的电场强度极化电荷与自由电荷的关系183 9.3电容电容器183 9.3.1孤立导体的电容183 9.3.2电容器184 9.3.3电介质对电容的影响——相对电容率187 9.3.4电介质的击穿187 *9.4电介质中的高斯定理 电位移188 9.4.1 电介质中的高斯定理188 9.4.2 电位移189 9.5静电场的能量189 9.5.1 电容器储存的电能189 9.5.2静电场的能量能量密度190 习题9191 0章恒定电流的磁场194 10.1恒定电流194 10.1.1电流 电流密度194 10.1.2电阻定律 欧姆定律的微分形式195 10.1.3稳恒电场的建立197 10.2恒定电流的磁场毕奥-萨伐尔定律198 10.2.1磁的基本现象198 10.2.2磁场磁感应强度198 10.2.3毕奥-萨伐尔定律199 10.2.4载流线圈的磁矩202 10.2.5运动电荷的磁场203 10.3 磁场的高斯定理204 10.3.1磁通量204 10.3.2磁场的高斯定理204 10.4磁场的安培环路定理205 10.4.1安培环路定理206 10.4.2安培环路定理的应用举例207 10.5带电粒子在磁场中的运动209 10.5.1带电粒子在电场和磁场中所受的力209 10.5.2带电粒子在磁场中的运动209 *10.5.3霍尔效应与霍尔电压210 【课外阅读与应用】211 10.6磁场对电流及载流线圈的作用212 10.6.1磁场对电流的作用212 10.6.2两无限长平行载流直导线间的相互作用电流单位“安培”的定义213 10.6.3磁场对载流线圈的作用214 习题10215 1章磁场中的磁介质219 11.1磁介质的磁化磁化强度219 11.2磁介质中的安培环路定理221 11.3铁磁质222 *【课外阅读与应用】224 习题11225 2章电磁感应及电磁波227 12.1电磁感应现象法拉第电磁感应定律227 12.1.1电磁感应现象227 12.1.2法拉第电磁感应定律228 12.1.3楞次定律228 12.2动生电动势230 12.3感生电动势感生电场232 12.3.1感生电场232 12.3.2感生电动势232 12.3.3涡电流及应用234 12.4自感和互感235 12.4.1自感电动势自感235 12.4.2互感电动势互感237 12.5磁场的能量238 12.5.1自感的储能238 12.5.2磁场能量密度239 12.6Maxwell电磁场理论简介240 12.6.1位移电流和全电流241 12.6.2电磁场、Maxwell电磁场方程组243 【课外阅读与思考】244 习题12245 3章波动光学基础249 13.1光的微粒说与波动说简介249 13.1.1光的微粒学说249 13.1.2光的波动学说的崛起250 13.1.3光的波动说的困难251 13.2光源光的相干性251 13.2.1光源251 13.2.2相干光252 13.2.3光程和光程差252 13.3 杨氏双缝干涉254 13.3.1杨氏双缝干涉实验254 13.3.2杨氏双缝干涉条纹特征254 13.4薄膜的等倾干涉256 13.4.1薄膜等倾干涉的光路256 13.4.2薄膜干涉特征257 13.4.3相邻条纹对应薄膜厚度差257 13.4.4薄膜等倾干涉的应用258 13.5薄膜的等厚干涉259 13.5.1劈尖干涉259 13.5.2牛顿环262 13.5.3迈克尔逊干涉仪263 13.6光的衍射265 13.6.1光的衍射265 13.6.2惠更斯-菲涅耳原理265 13.6.3衍射分类265 13.7 单缝的夫琅禾费衍射266 13.7.1半波带法266 13.7.2 单缝衍射条纹特征267 13.8圆孔衍射光学仪器的分辨本领269 13.8.1圆孔衍射269 13.8.2光学仪器的分辨本领270 【课外阅读与应用】271 习题13276 4章狭义相对论基础279 14.1经典时空观伽利略变换279 14.1.1牛顿力学的时空观279 14.1.2伽利略变换279 14.1.3经典力学的相对性原理280 14.1.4经典力学的困难280 14.2狭义相对论的基本原理281 14.2.1 狭义相对论的基本假设281 14.2.2 洛伦兹变换式282 14.2.3狭义相对论的时空观283 14.3狭义相对论的动力学基础286 14.3.1相对论力学的基本方程286 14.3.2质量-能量关系式287 14.3.3相对论动量和能量关系式288 【课外阅读与应用】289 习题14290 5章量子物理基础292 15.1黑体辐射普朗克的量子假说292 15.1.1黑体辐射292 15.1.2黑体辐射的基本规律293 15.1.3普朗克假设和普朗克黑体辐射公式295 15.2光电效应康普顿效应296 15.2.1光电效应实验的规律296 15.2.2爱因斯坦的光量子论297 15.2.3康普顿效应298 15.2.4光的波粒二象性300 15.3德布罗意波实物粒子的二象性300 *15.4不确定关系301 【课外阅读与应用】303 习题15304 参考文献306