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绪论1

§1 物理学的意义1

§2 物质和相互作用2

一 物质的微观结构和夸克的发现2

二 宇宙学的标准模型5

三 基本的相互作用7

四 粒子物理的标准模型9

§3 物理量的测量和单位制11

§4 物理世界的层次和数量级13

第一部分 力学和相对论17

第一章 质点运动学17

§1-1 质点运动的描述17

一 质点 参考系和坐标系17

二 质点运动的矢量描述18

三 直角坐标系 抛体运动20

四 平面极坐标系 横向速度和径向速度22

五 自然坐标系 切向加速度和法向加速度24

§1-2 相对运动28

习题30

第二章 动量守恒和质点动力学33

§2-1 惯性定律和惯性系33

§2-2 质量 动量和动量守恒定律34

一 两质点间的相互作用34

二 惯性质量35

三 动量 动量守恒定律36

§2-3 力 冲量和动量定理38

一 力的定义38

二 力的叠加原理 质点系动量守恒的条件39

三 牛顿运动定律41

四 冲量和动量定理41

§2-4 牛顿运动定律及其应用45

一 牛顿运动定律的表述45

二 牛顿运动定律的应用46

三 自然界中常见的力48

§2-5 伽利略相对性原理和非惯性系55

一 伽利略相对性原理55

二 伽利略变换56

三 非惯性系58

四 平动加速参考系中的惯性力59

五 惯性离心力60

六 科里奥利力60

习题66

第三章 机械能守恒71

§3-1 机械能守恒定律71

§3-2 功和功率73

一 功和能73

二 功率75

§3-3 势能76

一 保守力 保守系的机械能守恒76

二 势能曲线79

§3-4 质心参考系87

一 动量中心系和质心87

二 质心运动定理88

三 克尼希定理 资用能89

§3-5 两体碰撞92

习题97

第四章 角动量守恒103

§4-1 角动量和角动量守恒定律103

§4-2 力矩和角动量定理105

一 力矩和质点的角动量定理105

二 质点系的角动量定理105

三 质心系的角动量定理108

§4-3 质点在有心力场中的运动112

§4-4 对称性与守恒定律119

一 对称性119

二 对称性与守恒定律121

习题126

第五章 连续体力学130

§5-1 刚体运动学131

一 刚体的平移和定轴转动131

二 刚体的平面平行运动132

§5-2 刚体动力学134

一 定轴转动刚体的角动量和转动惯量134

二 刚体定轴转动的角动量定理和转动定理137

三 刚体定轴转动的动能定理137

四 刚体的进动和陀螺仪138

§5-3 固体的弹性146

一 弹性体中的应力和应变146

二 弹性体的拉伸和压缩147

三 弹性体的剪切形变149

§5-4 流体力学151

一 流体的连续性方程151

二 理想流体的定常流动154

三 粘性流体的流动157

习题162

第六章 振动和波167

§6-1 简谐振动167

一 描述简谐振动的特征量167

二 简谐振动的合成169

三 振动的分解 傅里叶变换174

§6-2 弹性系统的振动178

一 谐振子的自由振动178

二 谐振子的阻尼振动181

三 谐振子的受迫振动和共振183

§6-3 耦合振子187

一 简正模187

二 简正模的叠加190

§6-4 机械波的产生和传播191

一 波动图像191

二 波动方程194

三 波的能量196

四 声波197

§6-5 驻波199

一 驻波的形成和特点199

二 两端固定的弦中的驻波 多自由度系统的简正模201

三 半波损失202

§6-6 多普勒效应204

§6-7 波包和非线性波208

一 波包和群速208

二 非线性效应对波动的影响210

三 孤波和孤子211

习题212

第七章 相对论217

§7-1 狭义相对论的基本假设217

一 相对论的意义217

二 狭义相对论的基本假设219

三 迈克耳孙-莫雷实验220

一 相对论变换和时空观222

§7-2 相对论运动学222

二 闵科夫斯基空间 洛伦兹变换下的不变量225

三 狭义相对论的时空观228

§7-3 相对论动力学236

一 动量和质量236

二 力 功和动能239

三 能量 质能关系240

四 能量和动量的关系244

五 动量、能量和力的相对论变换245

§7-4 广义相对论254

一 等效原理255

二 爱因斯坦的引力场方程260

三 广义相对论的检验262

习题266

一 电荷 电荷守恒定律270

§8-1 电相互作用270

第八章 电相互作用和真空中的静电场270

第二部分 电磁学270

二 库仑定律 静电力的叠加原理273

三 电场和电场强度274

四 场强的叠加原理275

§8-2 静电场的高斯定理281

一 电场线281

二 电场通量281

三 静电场的高斯定理283

四 静电场的高斯定理的微分形式285

§8-3 静电场的环路定理和电势289

一 静电场的环路定理289

二 电势差与电势292

三 电势叠加原理294

四 等势面 电势的梯度295

习题301

一 导体的静电平衡条件305

第九章 静电场中的导体和电介质305

§9-1 静电场中的导体305

二 导体壳和静电屏蔽308

三 电容和电容器310

§9-2 静电场中的电介质313

一 电介质的极化313

二 极化强度和极化电荷315

三 各向同性线性电介质的极化规律317

四 电位移 有电介质时的高斯定理318

五 电介质的击穿和压电效应320

§9-3 静电场的能量324

一 带电体系的静电能324

二 电场的能量和能量密度328

习题332

一 磁性现象336

§10-1 磁相互作用336

第十章 电磁相互作用336

二 磁场和磁感应强度337

三 洛伦兹力338

四 带电粒子在磁场中的运动338

五 霍耳效应340

§10-2 运动电荷的电磁场345

一 运动电荷的电场和磁场(非相对论的)345

二 电磁场的相对论变换347

三 运动电荷的电磁场(相对论的)349

四 两个运动电荷之间的相互作用352

§10-3 磁场和电流356

一 恒定电流356

二 毕奥-萨伐尔定律364

三 安培定律365

习题375

一 磁场的高斯定理和矢势382

第十一章 恒定磁场和磁介质382

§11-1 磁场的高斯定理和安培环路定理382

二 安培环路定理385

§11-2 有磁介质时的高斯定理和安培环路定理390

一 介质的磁化390

二 有磁介质时的高斯定理395

三 有磁介质时的安培环路定理395

§11-3 介质的磁化规律399

一 顺磁质和抗磁质399

二 铁磁质400

习题407

第十二章 电磁感应409

§12-1 电磁感应定律409

一 电磁感应现象的发现409

二 法拉第电磁感应定律410

三 楞次定律412

一 动生电动势414

§12-2 动生电动势和感生电动势414

二 感生电动势417

三 电磁感应定律的普遍形式417

四 电磁感应与相对性原理419

§12-3 互感和自感424

一 互感424

二 自感426

§12-4 磁场的能量430

一 自感磁能430

二 互感磁能431

三 磁场的能量432

§12-5 暂态过程435

一 LR电路的暂态过程435

二 RC电路的暂态过程436

三 LCR电路的暂态过程438

一 零电阻现象439

§12-6 超导电性和超导磁体439

二 迈斯纳效应和磁通量子化441

三 超导磁体的特点445

四 工作在持续电流状态的超导磁体446

习题449

第十三章 电路453

§13-1 直流电路453

一 电路中任意两点之间的电势差453

二 基尔霍夫方程组455

§13-2 交流电及其简单电路460

一 交流电概述460

二 交流电路中的基本元件462

三 简单交流电路的矢量图解法465

§13-3 交流电路的复数解法470

一 交流电的复数表示法470

二 交流电路的基尔霍夫方程组及其复数形式472

一 瞬时功率和平均功率474

§13-4 交流电的功率474

二 功率因数475

§13-5 共振电路477

一 串联共振电路477

二 共振电路的品质因数479

三 并联共振电路481

习题483

第十四章 电磁场和电磁波488

§14-1 位移电流488

一 电磁场的基本规律488

二 位移电流489

三 安培环路定理的普遍形式491

§14-2 麦克斯韦方程组和边界条件493

一 麦克斯韦方程组493

二 电磁场的边界条件495

一 自由空间中的电磁波和平面电磁波498

§14-3 电磁波498

二 电磁波的辐射504

三 电磁波谱510

§14-4 电磁场的能量和动量511

一 电磁场的能量密度和能流密度511

二 电磁场的动量513

三 电磁场是物质的一种形态515

习题516

附表1 基本物理常量1986年的推荐值519

附录519

附表2 保留单位和标准值520

附表3 太阳系的基本数据(Ⅰ)520

附表4 太阳系的基本数据(Ⅱ)521

第三部分 光学523

第十五章 光的干涉523

§15-1 光学概论523

一 从经典光学到现代光学523

二 光的电磁理论524

三 光波的复振幅描述528

一 光波的叠加529

§15-2 光波的相干叠加529

二 相干条件531

三 光程和光程差532

§15-3 分波前干涉533

一 杨氏实验533

二 菲涅耳双面镜和劳埃镜536

三 干涉条纹的可见度 光源的宽度和单色性537

§15-4 分振幅干涉544

一 薄膜干涉原理544

二 等倾干涉546

三 等厚干涉548

四 迈克耳孙干涉仪和法布里-珀罗干涉仪550

习题557

§16-1 光的衍射现象和惠更斯-菲涅耳原理561

一 光的衍射现象及其分类561

第十六章 光的衍射561

二 惠更斯-菲涅耳原理562

§16-2 单缝和圆孔的夫琅禾费衍射564

一 单缝的夫琅禾费衍射564

二 圆孔的夫琅禾费衍射568

三 光学仪器的分辨本领569

§16-3 光栅573

一 光栅的构成573

二 光栅衍射图样574

三 光栅衍射图样的特点576

四 光栅光谱578

§16-4 X射线在晶体上的衍射582

一 X射线的发现和应用582

二 布拉格条件583

三 电子衍射和中子衍射585

四 劳厄相和德拜相586

一 全息照相588

§16-4 现代光学588

二 傅里叶光学 光学信息处理594

习题599

第十七章 光的偏振602

§17-1 自然光和偏振光602

一 光的偏振态602

二 自然光603

三 线偏振光 马吕斯定律604

四 部分偏振光605

五 椭圆偏振光和圆偏振光606

§17-2 偏振光的产生和检验609

一 光在反射和折射时的偏振 玻片堆609

二 二向色性和偏振片611

三 晶体的双折射和偏振元件612

四 偏振光的获得和检验618

一 偏振光的干涉现象620

§17-3 偏振光的干涉620

二 偏振光的干涉原理 色偏振621

三 光弹效应和电光效应623

§17-4 旋光625

一 晶体和溶液的旋光性625

二 磁致旋光628

习题628

第十八章 光的吸收、散射和色散631

§18-1 光的吸收631

一 吸收定律631

二 一般吸收和选择吸收 吸收光谱633

§18-2 光的散射636

一 光的散射现象及其分类636

二 瑞利散射定律637

三 散射光的强度和偏振状态638

四 拉曼散射640

一 光的色散 棱镜光谱仪643

§18-3 光的色散643

二 正常色散和反常色散646

§18-4 非线性光学648

一 非线性光学现象648

二 非线性光学现象的解释649

习题651

第四部分 量子力学653

第十九章 从经典物理学到量子力学653

§19-1 从经典物理学到前期量子论653

一 黑体辐射 普朗克的能量子假说654

二 光电效应 爱因斯坦的光量子论660

三 原子结构和原子光谱 玻尔的量子论668

§19-2 量子力学的建立和发展675

一 海森伯矩阵力学的提出675

二 德布罗意波 薛定谔波动力学的提出676

三 量子理论的发展678

习题682

第二十章 波函数与薛定谔方程686

§20-1 波函数的统计诠释686

一 概率波686

二 统计诠释及其它物理条件对波函数提出的要求690

三 概率的基本概念及运算692

§20-2 力学量的统计不确定性694

一 不确定性原理694

二 动量分布概率696

三 力学量的平均值 算符的引进698

§20-3 态叠加原理702

一 量子态及其表象702

二 态叠加原理703

§20-4 薛定谔方程707

一 薛定谔方程的引进707

二 定域的概率守恒710

三 定态薛定谔方程712

一 无限深方势阱 离散谱715

§20-5 一维定态问题715

二 线性谐振子718

三 方势垒的穿透 隧道效应723

习题731

第二十一章 力学量与本征态735

§21-1 力学量用算符表达735

一 量子力学中的力学量735

二 经典分析力学中的哈密顿量737

三 量子力学中的哈密顿量 薛定谔方程的普遍形式743

一 力学量算符的本征值方程745

§21-2 本征值和本征函数 线性厄米算符745

二 线性厄米算符747

三 厄米算符的性质 厄米算符与力学量750

§21-3 厄米算符的对易关系753

一 算符的一般运算规则和对易式753

二 量子力学的基本对易式755

三 角动量算符各分量之间的对易式756

一 不同力学量同时有确定值的条件和共同本征函数759

§21-4 共同本征函数759

二 角动量(L2，Lz)的共同本征函数 球谐函数760

三 力学量完全集和本征函数的完全性762

四 狄拉克符号764

五 占有数表象766

§21-5 力学量随时间的变化 守恒量与对称性769

一 力学量平均值随时间的变化769

二 守恒量771

三 守恒量与对称性772

§21-6 量子力学的基本假设777

习题778

第二十二章 有心力场和电磁场中的粒子780

§22-1 粒子在有心力场中的运动780

一 角动量守恒与力学量完全集780

二 径向方程与能量本征值781

一 两体问题化为单体问题782

§22-2 氢原子的能级和能量本征函数782

二 氢原子的径向方程和能量本征值784

三 氢原子的能量本征函数788

§22-3 氢原子和类氢离子的结构与性质790

一 氢原子的能级特点及简并度790

二 氢原子波函数及概率的分布792

三 氢原子的电流分布与磁矩800

四 类氢离子802

§22-4 粒子在电磁场中的运动803

一 有电磁场情况下的薛定谔方程803

二 A-B效应806

三 正常塞曼效应808

习题811

第二十三章 自旋和全同粒子813

§23-1 电子自旋813

一 电子自旋假设813

二 电子自旋态的描述817

三 自旋算符与泡利矩阵818

四 自旋轨道耦合 总角动量821

五 电子自旋对正常塞曼效应的影响以及反常塞曼效应823

六 电子顺磁共振和核磁共振825

§23-2 全同粒子系和原子组态828

一 全同粒子系的交换对称性828

二 全同粒子系的波函数 泡利不相容原理831

三 两个电子的自旋三重态和单态 正氦和仲氦835

四 元素周期表 原子的电子壳层结构838

习题843

第二十四章 微扰论和量子跃迁845

§24-1 定态微扰论845

一 非简并定态微扰论845

二 简并定态微扰论848

§24-2 含时微扰论和量子跃迁852

一 含时微扰论852

二 量子跃迁和跃迁概率854

§24-3 光的吸收和辐射856

一 光的吸收和受激辐射856

二 电偶极辐射的选择定则859

三 自发辐射859

§24-4 激光的基本原理861

一 受激辐射光放大与粒子数反转861

二 光学共振腔863

三 激光的纵模865

四 激光器867

五 激光的应用868

第五部分 热物理学870

第二十五章 热力学基础870

§25-1 热力学平衡的基本概念870

一 热物理学概述870

二 热力学系统的平衡态871

三 态参量和态函数873

四 热力学第零定律 温度874

五 物态方程879

§25-2 热力学第一定律883

一 热力学过程883

二 功883

三 热力学第一定律885

四 焓887

五 热容888

六 气体的态函数和热力学过程890

习题900

第二十六章 统计物理学基础905

§26-1 统计物理学的基本概念905

一 系统的微观运动状态及其描述905

二 等概率假设908

三 三类系统的分布和微观态数911

§26-2 最概然分布916

一 玻耳兹曼分布917

二 玻色分布和费米分布919

三 经典极限条件和能量连续条件920

习题926

第二十七章 热力学第二定律和第三定律927

§27-1 熵927

一 微观态数与无序度927

二 微观态数随能量的变化928

三 趋向热平衡及β的物理意义930

四 熵的概念932

§27-2 热力学第二定律934

一 可逆过程与不可逆过程934

二 热力学第二定律的表述937

三 过程的方向940

四 熵变的计算941

五 热机效率和卡诺定理942

一 热平衡的熵判据947

§27-3 自由能和吉布斯函数947

二 自由能948

三 吉布斯函数949

四 开系和多元系的热力学基本方程 化学势950

§27-4 热力学第三定律951

一 能斯特定理951

二 绝对零度不能达到原理953

习题954

第二十八章 均匀物质的统计热力学956

§28-1 热力学函数956

一 态函数的全微分和麦克斯韦关系956

二 基本热力学函数的确定959

§28-2 玻耳兹曼统计961

一 热力学量的统计表达式961

二 经典理想气体的热力学函数和速度分布963

三 能量均分定理 气体的热容968

四 固体的热容970

§28-3 玻色统计和费米统计974

一 热力学量的统计表达式974

二 声子和元激发976

三 玻色-爱因斯坦凝聚 液氦的超流动性983

四 金属中的自由电子气体990

五 能带论996

六 非晶体、准晶和富勒烯999

七 元激发和对称破缺1001

习题1005

第二十九章 相变和临界现象1008

§29-1 单元系的相变及其分类1008

一 单元复相系的平衡条件1008

二 单元复相系的平衡性质1010

三 相变的分类1015

四 液晶及其相变1017

一 气液相变的临界现象1019

§29-2 临界现象1019

二 气液相变以外的连续相变现象1022

三 相变理论的发展1026

习题1036

第三十章 非平衡热力学和统计物理学1038

§30-1 输运现象和玻耳兹曼方程1038

一 气体分子运动的简化模型1038

二 输运现象1042

三 玻耳兹曼方程1048

四 H定理1051

§30-2 耗散结构1052

一 自组织现象1053

二 开系的熵变和非平衡态1058

三 耗散结构的形成和应用1062

附录1069

附表1 基本物理常量1986年的推荐值1069

附表2 保留单位和标准值1070