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绪论1

第一篇 力学9

第一章 质点运动学9

1.1质点运动的描述9

1.1.1位置矢量9

1.1.2位移与路程11

1.1.3速度与速率12

1.1.4加速度13

1.1.5运动学中的两类基本问题14

1.2圆周运动16

1.2.1圆周运动的角量描述17

1.2.2圆周运动的速度与加速度18

1.3相对运动20

思考题与习题22

阅读材料 机遇只偏爱有准备的人26

第二章 牛顿运动定律29

2.1牛顿运动定律29

2.1.1牛顿第一定律29

2.1.2牛顿第二定律30

2.1.3牛顿第三定律31

2.1.4力学中几种常见的力31

2.2牛顿运动定律的应用33

2.2.1知力求力——一般问题33

2.2.2知运动求力——微分问题35

2.2.3知力求运动——积分问题35

2.3非惯性系与惯性力38

2.3.1非惯性系38

2.3.2惯性力39

2.3.3超重与失重39

2.3.4惯性离心力 科里奥利力40

思考题与习题41

阅读材料 牛顿44

第三章 机械能守恒定律47

3.1功与功率47

3.1.1功47

3.1.2功率50

3.2动能定理51

3.2.1质点的动能定理51

3.2.2质点系的动能定理52

3.3保守力与非保守力 势能54

3.3.1保守力与非保守力54

3.3.2势能56

3.3.3保守力与势能的微分关系57

3.3.4势能曲线58

3.4功能原理与机械能守恒定律59

3.4.1功能原理59

3.4.2机械能守恒定律60

思考题与习题62

第四章 动量守恒定律65

4.1动量定理65

4.1.1质点的动量定理65

4.1.2质点系的动量定理68

4.2动量守恒定律71

4.2.1动量守恒定律71

4.2.2火箭的飞行原理73

4.3质心与质心运动定理74

4.3.1质心与质心位矢74

4.3.2质心运动定理76

4.4碰撞76

4.4.1完全弹性碰撞77

4.4.2完全非弹性碰撞78

思考题与习题78

阅读材料 运动的两种量度81

第五章 刚体的定轴转动 角动量守恒定律82

5.1刚体定轴转动的描述83

5.1.1描述刚体定轴转动的物理量83

5.1.2相关量间的关系85

5.2质点的角动量及其守恒定律86

5.2.1质点的角动量86

5.2.2力矩的操作性定义86

5.2.3质点的角动量定理与角动量守恒定律87

5.3刚体的角动量与转动惯量88

5.3.1刚体的角动量88

5.3.2刚体的转动惯量89

5.3.3刚体的角动量定理90

5.3.4 M内=0的证明91

5.4刚体的定轴转动定律92

5.4.1转动定律的内容92

5.4.2转动定律的应用92

5.5刚体的角动量守恒定律94

5.5.1角动量守恒定律的内容94

5.5.2角动量守恒定律的应用95

5.6转动刚体的功能关系飞轮96

5.6.1力矩的功96

5.6.2动能定理97

5.6.3飞轮98

5.7刚体的进动98

5.7.1陀螺的进动98

5.7.2陀螺仪的进动100

5.8对称性与守恒律101

5.8.1形体（几何）对称与物理对称101

5.8.2对称性与守恒律101

思考题与习题103

阅读材料 分形与分维107

第六章 液体的运动109

6.1液体的概念及特性109

6.1.1液体的概念109

6.1.2表面张力109

6.1.3毛细现象110

6.2理想液体的运动112

6.2.1理想液体的概念112

6.2.2理想液体运（流）动的描述112

6.3伯努利方程114

6.3.1伯努利方程的导出114

6.3.2伯努利方程的应用116

6.4黏性液体的运动117

6.4.1黏性定理与黏度117

6.4.2黏性液体的伯努利方程118

思考题与习题119

第七章 狭义相对论基础121

7.1狭义相对论的两条基本原理121

7.1.1伽利略变换与经典力学的相对性原理121

7.1.2经典力学的时空观及其困惑123

7.1.3迈克耳孙-莫雷实验123

7.1.4狭义相对论的两条基本原理125

7.2洛伦兹变换126

7.2.1洛伦兹坐标变换126

7.2.2洛伦兹坐标变换公式的推导128

7.2.3洛伦兹速度变换129

7.3狭义相对论的时空观130

7.3.1同时性的相对性130

7.3.2时间的相对性——时间延缓效应131

7.3.3长度的相对性——长度收缩效应132

7.3.4高速运动物体的测量形象与视觉形象133

7.4相对论动力学基础134

7.4.1质速关系——高速运动物体的质量134

7.4.2质速关系的证明135

7.4.3相对论动力学的基本方程——高速运动物体的动量135

7.4.4质能关系——高速运动物体的能量136

7.4.5能量动量关系——相对论动量的另一种表示138

思考题与习题138

阅读材料 爱因斯坦140

第二篇 电磁学147

第八章 真空中的静电场147

8.1电荷 库仑定律147

8.1.1电荷147

8.1.2库仑定律148

8.2电场强度150

8.2.1电场150

8.2.2电场强度151

8.2.3几种带电体的场强151

8.2.4场强的计算153

8.3高斯定理157

8.3.1电场线157

8.3.2电场强度通量158

8.3.3静电场的高斯定理160

8.4静电场的环路定理 电势能165

8.4.1静电场力的功165

8.4.2静电场的环路定理166

8.4.3电势能166

8.5电势167

8.5.1电势的概念167

8.5.2几种带电体的电势168

8.5.3电势的计算169

8.6电场与电势的微分关系171

8.6.1等势面171

8.6.2电势梯度——电场与电势的微分关系172

思考题与习题173

阅读材料 静电的应用、危害与事故防范176

第九章 静电场与导体和电介质的相互作用179

9.1静电场与导体的相互作用179

9.1.1导体的静电平衡179

9.1.2静电平衡导体的电学特性180

9.1.3静电屏蔽183

9.2电容183

9.2.1孤立导体的电容184

9.2.2电容器的电容184

9.2.3电容器电容的计算185

9.3静电场与电介质的相互作用187

9.3.1电介质的极化187

9.3.2 介质极化的描述188

9.3.3电介质对电场的影响190

9.4有电介质存在时的静电场191

9.4.1电介质中的高斯定理 电位移矢量191

9.4.2利用介质中的高斯定理求场强192

9.4.3电介质中的环路定理194

9.4.4电场的边界条件195

9.5电场的能量196

9.5.1电容器的储能196

9.5.2电场的能量196

思考题与习题198

阅读材料 铁电体及其应用201

第十章 恒定电流的磁场203

10.1恒定电流203

10.1.1电流与电流密度203

10.1.2恒定电流与恒定电场206

10.1.3电动势206

10.2磁场 磁感应强度207

10.2.1磁场207

10.2.2磁感应强度208

10.3毕奥-萨伐尔定律209

10.3.1磁场叠加原理209

10.3.2毕奥-萨伐尔定律209

10.3.3利用毕奥-萨伐尔定律求磁场210

10.3.4利用毕奥-萨伐尔定律导出运动电荷的磁场公式214

10.4恒定磁场的高斯定理214

10.4.1磁感应线214

10.4.2磁通量215

10.4.3恒定磁场的高斯定理216

10.5恒定磁场的安培环路定理217

10.5.1安培环路定理217

10.5.2安培环路定理的证明218

10.5.3安培环路定理的应用219

思考题与习题222

阅读材料 物理学中的类比法226

第十一章 磁场对电流和运动电荷的作用228

11.1安培定律228

11.1.1安培定律的内容228

11.1.2安培定律的应用229

11.2磁场对载流线圈的作用231

11.2.1磁场对载流线圈的作用231

11.2.2载流线圈在均匀磁场中的转动233

11.3洛伦兹力234

11.3.1洛伦兹力234

11.3.2带电粒子在均匀磁场中的运动235

11.3.3带电粒子在均匀电场和磁场中的运动239

11.3.4霍耳效应239

思考题与习题241

阅读材料 磁流体发电245

第十二章 磁场与介质的相互作用247

12.1介质的磁化247

12.1.1磁化现象247

12.1.2磁介质的分类248

12.2有介质存在时的磁场248

12.2.1磁化电流 介质中的磁场248

12.2.2介质中的安培环路定理 磁场强度249

12.2.3介质中磁场的计算251

12.2.4有介质存在时的磁场高斯定理252

12.2.5恒定磁场的边界条件253

12.3物质的磁性254

12.3.1物质的顺磁性254

12.3.2物质的抗磁性254

12.3.3物质的铁磁性255

思考题与习题258

第十三章 电磁感应260

13.1电磁感应的基本定律260

13.1.1楞次定律260

13.1.2法拉第电磁感应定律261

13.1.3感应电动势的计算262

13.2动生电动势与感生电动势264

13.2.1动生电动势264

13.2.2感生电动势与感生电场266

13.2.3感生（涡旋）电场概念的应用269

13.3自感与互感270

13.3.1自感270

13.3.2互感272

13.4磁场的能量274

13.4.1螺线管储能274

13.4.2磁场的能量275

思考题与习题276

阅读材料 法拉第281

第十四章 电磁场与电磁波284

14.1位移电流与全电流284

14.1.1位移电流的概念284

14.1.2全电流安培环路定理286

14.2麦克斯韦方程组287

14.2.1麦克斯韦方程组的积分形式287

14.2.2麦克斯韦方程组的微分形式288

14.3电磁波290

14.3.1电磁波的产生与传播290

14.3.2电磁波的波动方程291

14.3.3电磁波的特性291

14.3.4电磁波谱及其应用292

14.4超导体的电磁特性293

14.4.1零电阻效应293

14.4.2零电场与恒磁场293

14.4.3迈斯纳效应294

14.4.4临界温度与临界磁场294

14.5电磁场的相对性295

思考题与习题297

阅读材料 麦克斯韦298

第十五章 电路301

15.1直流电路301

15.1.1含源及闭合电路的欧姆定律301

15.1.2基尔霍夫定律303

15.1.3直流电流的功与功率305

15.2电路的暂态过程305

15.2.1 RC电路的暂态过程305

15.2.2 LR电路的暂态过程306

15.3交流电路308

15.3.1交流电路的概念及其描述308

15.3.2交流电路的电流与电压的相位及相差308

15.3.3交流电路的求解310

15.3.4交流电路的功率314

15.3.5三相交流电316

15.4谐振电路317

15.4.1串联谐振电路317

15.4.2谐振电路的品质因数Q318

思考题与习题319

思考题与习题参考答案321

附录332

附录Ⅰ矢量332

一、矢量的概念及特性332

二、矢量的表示332

三、矢量的运算333

附录Ⅱ国际单位制（SI）338

一、国际单位制的基本单位338

二、包括SI辅助单位在内的具有专门名称的SI导出单位339

三、国际单位制的词头340

附录Ⅲ常用物理常量表340

附录Ⅳ有关太阳、地球和月球的数据342

附录Ⅴ希腊字母表342