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概述篇1

第0章 绪论1

0.1物理学和物质世界1

0.1.1物理学描绘了物质世界1

0.1.2物理学的两个前沿理论2

0.1.3物理学使人们深刻认识物质世界5

0.2物理学科学思维与研究方法5

0.2.1物理学的研究方法5

0.2.2物理学家的科学态度6

0.3物理学与其他学科发展7

习题10

力学篇11

第1章 天体运动与牛顿力学11

1.1人类宇宙观的发展11

1.1.1古代人类对天体运动的认识11

1.1.2新宇宙观的诞生——哥白尼的太阳中心说12

1.1.3行星运动之谜的揭开——开普勒行星运动三定律14

1.1.4目前观测的宇宙概貌17

1.2质点运动的描述17

1.2.1理想模型 自由度17

1.2.2描述质点运动的物理量18

1.2.3运动的坐标表示20

1.2.4直线运动 圆周运动22

1.3牛顿运动定律24

1.3.1牛顿运动定律24

1.3.2牛顿第二定律的积分形式——运动定理27

1.3.3非惯性系与惯性力28

1.4引力思想与万有引力定律30

1.4.1引力思想的发展30

1.4.2万有引力定律 引力质量与惯性质量34

1.4.3万有引力的生动例证——海王星的发现35

1.5物理学研究路线之一——因果律与决定论36

教学参考1.1潮汐现象38

习题39

第2章 对称性与守恒定律43

2.1动量定理和动量守恒定律43

2.1.1动量定理43

2.1.2动量守恒定律44

2.2角动量定理和角动量守恒定律46

2.3动能定理和机械能守恒定律46

2.3.1动能定理46

2.3.2保守力 势能47

2.3.3机械能守恒定律50

2.4刚体的定轴转动51

2.4.1刚体的定轴转动51

2.4.2刚体定轴转动的基本方程52

2.4.3转动惯量及其计算53

2.5嫦娥奔月56

2.5.1三种宇宙速度56

2.5.2人类航天事业的发展59

2.5.3嫦娥奔月62

2.6对称性与守恒定律66

2.6.1对称性67

2.6.2对称性原理70

2.6.3对称性与守恒定律70

2.6.4对称性原理在物理学的发展中起着重要的指导作用72

2.6.5 20世纪扩大了对称性的作用72

2.7牛顿力学的内在随机性 混沌现象73

教学参考2.1宇称守恒与不守恒75

教学参考2.2国际单位制和量纲78

习题81

第3章 运动与时空85

3.1经典时空观85

3.1.1牛顿时空观的相对性与绝对性85

3.1.2运动的相对性 速度合成86

3.1.3伽利略相对性原理——牛顿物理学的相对性87

3.2相对论时空观91

3.2.1狭义相对论的两条重要思想92

3.2.2狭义相对论的运动学效应95

3.3洛伦兹变换——狭义相对论运动学的核心103

3.4相对论速度变换定律——光速是极限105

3.5质量的相对性106

3.5.1惯性质量与速度的关系106

3.5.2相对论动量及动力学规律108

3.6质能关系——新时代的标志109

3.6.1相对论动能109

3.6.2质能关系110

习题112

第4章 引力与时空——广义相对论117

4.1广义相对论的两条基本原理117

4.1.1狭义相对论的局限性117

4.1.2等效原理117

4.1.3广义相对性原理120

4.2引力场的时空弯曲121

4.3宇宙的形状和命运126

4.4宇宙的起源——大爆炸与宇宙膨胀128

4.4.1宇宙膨胀——哈勃红移128

4.4.2宇宙大爆炸128

4.4.3大爆炸理论预言的一些验证132

4.5引力坍缩——星系的诞生与演化134

4.6恒星的末日——黑洞136

4.6.1引力坍缩形成致密天体137

4.6.2脉冲星是一种致密天体138

4.6.3中子星 黑洞138

4.7广义相对论的可观测效应140

4.7.1水星近日点的进动140

4.7.2引力红移141

4.7.3光线弯曲142

4.7.4雷达回波延迟142

4.7.5引力波143

习题144

波动篇147

第5章 振动与波动147

5.1胡克定律与弹性势能147

5.2振动运动学——简谐振动的描述148

5.2.1简谐振动表达式148

5.2.2描述简谐振动的特征量149

5.2.3简谐振动的旋转矢量图示法150

5.3简谐振动动力学151

5.3.1自由振动151

5.3.2阻尼振动152

5.3.3受迫振动153

5.4简谐振动的能量153

5.5简谐振动的合成154

5.6平面简谐波的描述155

5.6.1平面简谐波的传播155

5.6.2平面简谐波的波动表达式156

5.6.3波的能量158

5.7波的叠加159

5.7.1波的干涉现象159

5.7.2驻波161

5.8多普勒效应162

5.8.1机械波的多普勒效应163

5.8.2电磁波的多普勒效应165

5.9复杂运动的傅里叶分析165

习题166

第6章 波动光学169

6.1光的微粒说与波动说169

6.2光的干涉及应用172

6.2.1光程 光程差 相干条件172

6.2.2分波前干涉 杨氏双缝实验176

6.2.3分振幅干涉 迈克耳孙干涉仪178

6.3光的衍射184

6.3.1光的衍射现象和惠更斯-菲涅耳原理184

6.3.2奠定波动说的重要实验——圆屏衍射185

6.3.3夫琅禾费单缝衍射186

6.3.4夫琅禾费圆孔衍射 光学仪器分辨本领187

6.3.5光栅衍射192

6.3.6晶体对X射线的衍射196

6.4光的偏振198

6.4.1光的五种偏振态198

6.4.2马吕斯定律202

6.4.3布儒斯特定律203

6.4.4光在各向异性晶体中的双折射现象204

6.4.5偏振光的产生与检验207

习题208

电磁篇213

第7章 静电场和恒定磁场213

7.1静电现象与静磁现象的早期认识213

7.2静电场的基本规律215

7.2.1库仑定律的建立及类比方法215

7.2.2电场与电场强度220

7.2.3静电场的高斯定理E通量222

7.2.4静电场的环路定理 电势224

7.3静电场中的导体和电介质226

7.3.1静电场中的导体226

7.3.2静电场中的电介质228

7.4静电场的能量230

7.5稳恒磁场231

7.5.1磁场 磁感应强度231

7.5.2稳恒磁场的高斯定理和安培环路定理235

7.5.3磁场对运动电荷的作用238

7.5.4磁场对载流导线的作用 安培力241

7.5.5带电粒子在电场和磁场中所受的力——洛伦兹公式243

7.5.6磁性的来源244

教学参考7.1磁流体发电245

教学参考7.2生物磁学246

习题248

第8章 电磁感应定律与麦克斯韦电磁理论253

8.1电磁感应定律253

8.1.1电磁感应现象的发现253

8.1.2法拉第电磁感应定律256

8.1.3动生电动势和感生电动势259

8.1.4电磁感应定律发现过程中的物理学思想与方法260

8.2磁场的能量264

8.2.1互感与自感264

8.2.2磁场的能量267

8.3电磁场的能量268

8.4麦克斯韦电磁理论269

8.4.1涡旋电场269

8.4.2位移电流270

8.4.3麦克斯韦电磁场方程组（积分形式）272

8.4.4电磁场建立过程中的物理学思想与方法273

8.5电、磁、光大综合274

8.5.1电磁波预言 赫兹实验274

8.5.2电磁波谱277

8.5.3伟大的综合279

习题280

统计量子篇283

第9章 气体动理论和热力学基础283

9.1气体分子的微观结构283

9.1.1热力学系统的基本概念285

9.1.2热的本质 热力学温标 理想气体物态方程285

9.1.3理想气体的压强和温度288

9.1.4能量均分定理——理想气体的内能290

9.1.5麦克斯韦分布率和玻耳兹曼分布律293

9.1.6范德瓦尔斯气体方程297

9.1.7物理学研究路线之二——随机事件的统计规律性（统计规律性与因果律的对立）298

9.2热力学第一定律300

9.2.1热力学第一定律300

9.2.2热力学第一定律对理想气体准静态过程的应用303

9.2.3热机效率与卡诺循环305

9.3热力学第二定律307

9.3.1热力学第二定律307

9.3.2可逆与不可逆过程308

9.3.3熵与熵增加原理309

9.3.4熵与微观态311

教学参考9.1温度的早期认识及其利用311

习题312

第10章 通往微观世界的三大发现——原子结构与核辐射315

10.1电子的发现和X射线的发现316

10.1.1电子的发现与汤姆孙原子模型316

10.1.2 X射线的发现318

10.2原子的核式模型320

10.2.1卢瑟福的原子核式模型320

10.2.2原子的玻尔理论322

10.3核结构和核力325

10.3.1原子核的结构325

10.3.2一种新的相互作用力——核力327

10.4原子核的放射性330

10.4.1放射性的发现330

10.4.2 α、β3和γ放射性衰变331

10.4.3核子结构333

10.5放射性的衰变规律334

10.5.1半衰期334

10.5.2核衰变时间的估计及其应用336

10.6探索微观世界的近代技术338

10.6.1电子显微镜338

10.6.2高能粒子加速器341

10.7同步辐射的发现和特性343

10.7.1同步辐射的发现343

10.7.2同步辐射的特性345

10.8裂变与聚变——原子能及其和平利用346

10.8.1核裂变与裂变能——电能的源泉346

10.8.2核聚变与聚变能——无限丰富的优越能源350

习题352

第11章量子物理基础理论355

11.1物质世界的量子化356

11.1.1黑体辐射——能量量子化356

11.1.2光电效应——光量子359

11.1.3氢原子光谱——原子结构量子化360

11.2波粒二象性361

11.3概率波365

11.4不确定关系368

11.5泡利不相容原理371

11.6描述微观粒子状态的基本方程372

11.6.1波函数372

11.6.2描述微观粒子状态的基本方程——薛定谔方程372

习题374

部分习题答案377

附录1基本物理常量表386

附录2物理量的名称、符号和单位387

附录3诺贝尔物理学奖历届获奖者名录（1901—2011）390

参考文献396