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第1章 几何光学基础1

1.1 基本概念1

1.1.1 点光源和光束1

1.1.2 物和像2

1.1.3 光速、光程和介质的折射率3

1.2 几何光学基本定律4

1.2.1 光的直线传播定律和光的独立传播定律4

1.2.2 光的反射定律和折射定律5

1.2.3 光的全反射7

1.3 光在平面上的反射和折射7

1.3.1 光在平面上的反射7

1.3.2 光在平面上的折射9

1.4 光在球面上的反射和折射11

1.4.1 光在单球面上的折射11

1.4.2 横向放大率和角放大率14

1.4.3 球面折射成像的作图方法15

1.4.4 球面反射成像15

1.5 薄透镜16

1.5.1 薄透镜成像规律16

1.5.2 薄透镜成像的作图法和横向放大率18

思考与讨论20

习题121

第2章 光的偏振23

2.1 光波的描述23

2.2 光的偏振性24

2.2.1 自然光与偏振光24

2.2.2 偏振片的起偏和检偏26

2.3 马吕斯定律28

2.4 布儒斯特定律29

2.4.1 反射光和折射光的偏振30

2.4.2 玻璃片堆法获得偏振光31

思考与讨论32

习题232

第3章 光的干涉34

3.1 光的相干性34

3.1.1 光波的位相差、波程差和光程差34

3.1.2 光的叠加原理和相干条件35

3.1.3 相干光的获得36

3.2 分波阵面干涉36

3.2.1 杨氏双缝干涉实验36

3.2.2 半波损失38

3.3 分振幅干涉40

3.3.1 薄膜的等倾干涉40

3.3.2 劈尖的等厚干涉41

3.3.3 牛顿环42

3.3.4 增透膜43

思考与讨论44

习题345

第4章 光的衍射47

4.1 光的衍射原理47

4.1.1 光的衍射及其分类47

4.1.2 惠更斯-菲涅耳原理48

4.2 夫琅禾费单缝衍射和菲涅耳半波带法48

4.2.1 单缝夫琅禾费衍射的装置以及光强分布49

4.2.2 菲涅耳半波带法49

4.3 光栅衍射和光谱52

4.3.1 光栅52

4.3.2 光栅衍射53

4.3.3 明纹条件和光栅方程53

4.3.4 光栅光谱54

4.3.5 缺级问题55

4.3.6 光栅的衍射光强分布55

4.4 眼睛和光学仪器的分辨率56

4.4.1 眼睛视物的基本原理56

4.4.2 光学仪器的分辨率59

思考与讨论60

习题461

第5章 量子光学基础63

5.1 热辐射与普朗克能量子假设63

5.2 光电效应与爱因斯坦的光子理论65

5.3 康普顿散射和光的波粒二象性67

5.3.1 康普顿散射67

5.3.2 光的波粒二象性68

5.4 氢原子的玻尔理论69

思考与讨论74

习题574

第6章 运动的相对性75

6.1 质点相对运动的描述75

6.1.1 质点和参考系75

6.1.2 位置矢量和运动方程76

6.1.3 位移、速度和加速度78

6.2 匀变速直线运动82

6.3 圆周运动83

6.3.1 匀速圆周运动与法向加速度83

6.3.2 变速圆周运动84

6.4 平面曲线运动87

6.4.1 运动叠加原理87

6.4.2 斜抛运动88

6.5 伽利略相对性原理与伽利略变换90

6.5.1 相对运动90

6.5.2 伽利略相对性原理92

6.5.3 伽利略变换93

6.5.4 伽利略相对性原理的局限性94

思考与讨论95

习题696

第7章 狭义相对论时空观98

7.1 狭义相对论的两个基本假设98

7.2 洛伦兹坐标变换和速度变换98

7.2.1 洛伦兹坐标变换98

7.2.2 洛伦兹速度变换关系100

7.3 同时性的相对性、时间延缓和长度收缩101

7.3.1 同时的相对性101

7.3.2 时间延缓效应103

7.3.3 长度收缩效应104

思考与讨论105

习题7105

第8章 质点动力学基础107

8.1 牛顿运动定律及其应用107

8.1.1 牛顿第一运动定律107

8.1.2 牛顿第二运动定律109

8.1.3 牛顿第三运动定律110

8.1.4 牛顿运动定律的综合应用111

8.2 质点与质点系的动量定理和动量守恒定律113

8.2.1 质点的动量和动量定理113

8.2.2 质点系的动量定理114

8.2.3 动量守恒定律116

8.3 功和动能定理117

8.3.1 功117

8.3.2 动能和动能定理118

8.4 质点系的势能120

8.4.1 保守力的功120

8.4.2 质点系的势能121

8.5 机械能守恒定律和功能原理123

8.5.1 机械能守恒定律123

8.5.2 非保守力的功124

8.5.3 功能原理124

8.6 相对论质量和动量126

8.7 狭义相对论质能关系127

思考与讨论129

习题8129

第9章 刚体转动132

9.1 质心和质心运动定理132

9.1.1 质心与刚体的平动132

9.1.2 质心运动定律135

9.2 刚体定轴转动136

9.3 力矩、转动定律和转动惯量139

9.3.1 力矩139

9.3.2 刚体定轴转动的角动量139

9.3.3 转动惯量140

9.3.4 刚体定轴转动定律143

9.4 角动量定理和角动量守恒定律144

9.4.1 刚体定轴转动的角动量定理145

9.4.2 刚体定轴转动的角动量守恒定律145

9.5 力矩的功和刚体绕定轴转动的动能定理146

9.5.1 力矩的功146

9.5.2 刚体绕定轴转动的动能定理146

思考与讨论148

习题9149

第10章 机械振动和机械波153

10.1 简谐振动153

10.1.1 简谐振动方程153

10.1.2 振幅和相位155

10.1.3 简谐振动的旋转矢量法157

10.1.4 简谐振动的能量158

10.2 一维简谐振动的合成160

10.2.1 两个同方向、同频率简谐振动的合成160

10.2.2 两个同方向、不同频率简谐振动的合成162

10.3 机械波163

10.3.1 机械波的基本特征163

10.3.2 平面简谐波的波函数166

10.4 波的能量169

10.4.1 波的能量传输特性169

10.4.2 能量密度171

10.4.3 能流密度171

思考与讨论172

习题10173

第11章 流体运动基础176

11.1 理想流体的稳定流动176

11.1.1 理想流体176

11.1.2 稳定流动176

11.1.3 连续性方程177

11.2 伯努利方程及其应用178

11.2.1 伯努利方程178

11.2.2 伯努利方程的应用179

11.3 黏性流体的运动规律180

11.3.1 流体的黏性180

11.3.2 泊肃叶定律181

11.3.3 斯托克斯定律183

11.4 液体表面性质184

11.4.1 液体的表面张力184

11.4.2 弯曲液面的附加压强188

11.4.3 毛细现象和气体栓塞现象190

思考与讨论193

习题11194

第12章 气体动理学基础196

12.1 平衡态和状态参量196

12.2 理想气体模型197

12.3 理想气体内能和能量均分原理202

12.4 麦克斯韦气体分子速率分布律204

12.4.1 气体分子速率的实验测定204

12.4.2 分子速率分布205

12.4.3 麦克斯韦分子速率分布律205

12.4.4 统计速率206

12.5 气体分子的平均碰撞频率和平均自由程207

12.5.1 气体分子的平均碰撞频率207

12.5.2 气体分子的平均自由程208

思考与讨论209

习题12210

第13章 热学基础212

13.1 准静态过程212

13.1.1 准静态过程与弛豫时间212

13.1.2 准静态过程的功213

13.2 热力学第一定律213

13.3 理想气体的等体过程和等压过程214

13.3.1 理想气体的等体过程214

13.3.2 理想气体的等压过程215

13.4 理想气体的等温过程和绝热过程216

13.4.1 理想气体的等温过程216

13.4.2 绝热过程217

13.5 循环过程与热机效率219

13.5.1 循环过程219

13.5.2 卡诺循环220

13.5.3 卡诺定理221

13.6 热力学第二定律和熵增加原理221

13.6.1 可逆过程与不可逆过程222

13.6.2 热力学第二定律概述222

13.6.3 熵与熵增加原理223

13.7 玻尔兹曼关系224

13.8 热力学第三定律225

思考与讨论225

习题13226

第14章 真空中的静电场229

14.1 电荷守恒定律和库仑定律229

14.1.1 电荷与电荷守恒定律229

14.1.2 点电荷的概念与库仑定律231

14.1.3 库仑定律和万有引力定律的主要异同232

14.1.4 氢核聚变的困难所在233

14.2 静止电荷的电场强度233

14.2.1 静电场和电场强度233

14.2.2 静电场的叠加原理和点电荷系的电场强度234

14.2.3 连续带电体电场中的场强235

14.3 静电场的高斯定理236

14.3.1 电通量236

14.3.2 真空中静电场的高斯定理238

14.3.3 用高斯定理求电场强度241

14.4 静电场的环路定理243

14.5 电势能与电势245

14.5.1 电势能245

14.5.2 电势差和电势246

14.6 电势叠加原理247

14.6.1 在单个点电荷产生的电场中任意一点的电势247

14.6.2 在多个点电荷产生的电场中任意一点的电势248

14.6.3 在任意带电体产生的电场中任意一点的电势248

14.7 电场强度和电势的关系250

14.7.1 等势面250

14.7.2 电势与电场强度的关系251

思考与讨论253

习题14255

第15章 导体和电介质中的静电场257

15.1 导体的静电平衡257

15.1.1 金属导体的静电平衡257

15.1.2 导体表面的电荷和电场258

15.1.3 导体空腔259

15.1.4 导体静电平衡性质的应用260

15.2 有电介质存在时的电场262

15.2.1 电介质262

15.2.2 极化电荷与自由电荷的关系263

15.2.3 有电介质时的高斯定理264

15.3 电容266

15.3.1 孤立导体的电容266

15.3.2 电容器267

15.3.3 电容的计算268

15.4 带电体系的静电能269

15.4.1 电容器的静电能269

15.4.2 静电场的能量270

思考与讨论271

习题15272

第16章 稳恒磁场275

16.1 恒定电流、电流密度和电动势275

16.1.1 恒定电流和电流密度275

16.1.2 电源和电动势280

16.2 磁感应强度和毕奥-萨伐尔定律281

16.2.1 奥斯特实验281

16.2.2 磁感应强度283

16.2.3 毕奥-萨伐尔定律284

16.2.4 毕奥-萨伐尔定律应用举例285

16.2.5 运动电荷的磁场290

16.3 稳恒磁场的高斯定理和安培环路定理291

16.3.1 磁通量291

16.3.2 磁场的高斯定理292

16.3.3 安培环路定理293

16.4 安培环路定理的应用295

思考与讨论299

习题16301

第17章 磁相互作用和磁介质304

17.1 洛伦兹力304

17.2 安培定律305

17.3 磁场对载流线圈的作用307

17.3.1 在匀强磁场中的载流线圈307

17.3.2 在非均匀磁场中的载流线圈308

17.4 有磁介质存在时的磁场309

17.4.1 磁介质309

17.4.2 磁化强度矢量与磁化电流312

17.5 磁介质中的高斯定理和安培环路定理313

17.5.1 磁介质中的高斯定理314

17.5.2 磁介质中的安培环路定理314

思考与讨论317

习题17317

第18章 变化的电磁场和电磁波320

18.1 电磁感应定律320

18.1.1 电磁感应现象320

18.1.2 法拉第电磁感应定律321

18.1.3 楞次定律321

18.2 动生电动势和感生电动势323

18.2.1 动生电动势323

18.2.2 感生电动势326

18.2.3 电磁感应的应用举例328

18.3 自感和互感330

18.3.1 自感330

18.3.2 互感331

18.4 磁场的能量334

18.4.1 自感线圈中的磁能334

18.4.2 互感线圈中的磁能335

18.5 位移电流和麦克斯韦方程组336

18.5.1 位移电流336

18.5.2 麦克斯韦方程组339

18.6 电磁振荡和电磁波340

18.6.1 电磁振荡340

18.6.2 电磁波341

思考与讨论344

习题18346

第19章 量子力学基础350

19.1 德布罗意波和微观粒子的波粒二象性350

19.1.1 德布罗意关系350

19.1.2 波粒二象性的实验证明352

19.1.3 德布罗意波的概率诠释353

19.2 不确定关系353

19.3 波函数及其统计解释356

19.3.1 波函数356

19.3.2 波函数的统计解释357

19.4 薛定谔方程358

19.5 一维无限深势阱360

19.6 一维势垒和隧道效应363

19.7 电子自旋和泡利不相容原理364

思考与讨论367

习题19367

常用基本物理常数369

参考文献370