力学 2
第1章 质点的运动 2
1.1 质点 参考系 坐标系 2
1.1.1 质点 2
1.1.2 参考系 3
1.1.3 坐标系 4
1.2 描述质点运动的物理量 5
1.2.1 时间与时刻 5
1.2.2 位置矢量 5
1.2.3 位移和路程 6
1.2.4 速度和速率 7
1.2.5 加速度 8
1.3 直线运动 11
1.3.1 匀速直线运动 11
1.3.2 匀变速直线运动 11
1.4 斜抛运动 12
1.4.1 运动的叠加性 12
1.4.2 斜抛运动的定义 13
1.5 圆周运动 15
1.5.1 圆周运动的角速度和角加速度 15
1.5.2 圆周运动的速度 15
1.5.3 匀速圆周运动 15
1.5.4 变速圆周运动 16
本章小结 17
习题 18
习题参考答案 21
第2章 牛顿运动定律 23
2.1 牛顿三大运动定律 24
2.1.1 牛顿第一定律（惯性定律） 24
2.1.2 牛顿第二定律 25
2.1.3 牛顿第三定律 26
2.2 力学中常见的几种力 27
2.2.1 万有引力 27
2.2.2 弹力 28
2.2.3 摩擦力 28
2.3 牛顿定律的应用 30
2.4 力学相对性原理 非惯性系和惯性力 32
2.4.1 惯性参考系 32
2.4.2 力学相对性原理 32
2.4.3 伽利略变换 32
2.4.4 非惯性系和惯性力 33
本章小结 35
习题 36
习题参考答案 39
第3章 功和能 41
3.1 功和功率 41
3.1.1 功 41
3.1.2 功率 42
3.2 动能和动能定理 44
3.2.1 动能 44
3.2.2 动能定理 44
3.3 势能 46
3.3.1 引力势能 46
3.3.2 重力势能 47
3.3.3 弹性势能 47
3.3.4 保守力 48
3.4 机械能守恒定律 能量守恒定律 49
3.4.1 质点系的功能原理 49
3.4.2 机械能守恒定律 50
3.4.3 能量守恒定律 51
本章小结 53
习题 54
习题参考答案 58
第4章 动量 动量定理 60
4.1 冲量 动量和动量定理 60
4.1.1 冲量 60
4.1.2 动量和动量定理 60
4.2 质点系的动量定理和动量守恒定律 63
4.2.1 质点系的动量定理 63
4.2.2 动量守恒定律 64
4.3 碰撞 66
4.3.1 碰撞现象 66
4.3.2 对心碰撞 67
4.3.3 完全弹性碰撞 67
4.3.4 完全非弹性碰撞 68
4.3.5 非弹性碰撞 68
本章小结 70
习题 71
习题参考答案 74
第5章 刚体的定轴转动 75
5.1 刚体运动的描述 75
5.1.1 刚体的平动 76
5.1.2 刚体的定轴转动及其特征量 76
5.2 力矩 79
5.2.1 力矩的概念 79
5.2.2 力矩做的功 80
5.3 刚体定轴转动的动能、转动惯量和动能定理 81
5.3.1 刚体的转动动能 81
5.3.2 刚体的转动惯量 81
5.3.3 刚体转动的动能定理 84
5.3.4 转动定律 85
5.4 定轴转动刚体的角动量守恒定律 86
5.4.1 角动量L 86
5.4.2 刚体对转轴的角动量 86
5.4.3 刚体对转轴的角动量定理 87
5.4.4 刚体对转轴的角动量守恒定律 87
本章小结 89
习题 90
习题参考答案 92
热学 94
第6章 热学的几个基本概念 94
6.1 宏观描述方法与微观描述方法 94
6.1.1 热学的研究对象及其特点 94
6.1.2 宏观描述方法与微观描述方法的概念 94
6.2 热力学系统的平衡态 95
6.2.1 热力学系统 95
6.2.2 热力学平衡 96
6.3 状态参量与物态方程 96
6.3.1 热力学系统状态参量 96
6.3.2 物态方程 96
本章小结 97
第7章 气体分子动理论 98
7.1 概率论基础 98
7.1.1 概率的表达式 98
7.1.2 等概率性 99
7.1.3 概率事件的运算法则 99
7.1.4 平均值及其运算法则 99
7.1.5 均方偏差 100
7.2 速度空间和麦克斯韦速度分布 100
7.2.1 速度空间 100
7.2.2 麦克斯韦速度分布 101
7.3 麦克斯韦速率分布 101
7.3.1 从麦克斯韦速度分布导出速率分布 101
7.3.2 理想气体分子的平均速率 方均根速率 最概然速率 102
7.4 自由度 能量均分定理 103
7.4.1 自由度与自由度数 103
7.4.2 能量均分定理 104
7.5 气体分子的平均碰撞频率和平均自由程 104
7.5.1 气体分子间的平均碰撞频率 104
7.5.2 气体分子的平均自由程 105
7.6 气体的输运现象 106
7.6.1 黏性现象的基本规律 106
7.6.2 扩散现象的基本规律 107
7.6.3 热传导现象的基本规律 108
本章小结 109
习题 109
习题参考答案 111
第8章 热力学基本定律与熵 113
8.1 热力学第一定律 113
8.1.1 准静态过程 113
8.1.2 功 热量 内能 114
8.1.3 热力学第一定律的内涵 115
8.2 热力学第一定律的应用 117
8.2.1 热容与焓 117
8.2.2 热力学第一定律的具体应用 118
8.3 卡诺循环 121
8.3.1 可逆与不可逆过程 121
8.3.2 热机和制冷机 122
8.3.3 卡诺循环 123
8.4 热力学第二定律 123
8.4.1 热力学第二定律的两种表述 123
8.4.2 两种表述的等效性 124
8.5 卡诺定理 125
8.6 熵与熵增加原理 125
8.6.1 克劳修斯等式 125
8.6.2 熵和熵的计算 126
8.6.3 熵增加原理 128
本章小结 128
习题 129
习题参考答案 132
电磁学 136
第9章 静电场 136
9.1 库仑定律 136
9.1.1 电荷 136
9.1.2 电荷的量子性 137
9.1.3 电荷守恒定律 137
9.1.4 库仑定律的内涵 137
9.2 电场 电场强度 139
9.2.1 电场强度 139
9.2.2 电场强度的计算 139
9.2.3 电场线 141
9.3 电势 142
9.3.1 电场力做功 142
9.3.2 静电场的环路定理 143
9.3.3 电势能 电势和电势差 143
9.3.4 电势的计算 144
9.3.5 等势面 146
9.4 高斯定理 147
9.4.1 电场强度通量 147
9.4.2 高斯定理的内容 148
9.4.3 高斯定理的应用 149
9.5 静电场中的金属导体 150
9.5.1 金属导体的静电平衡 150
9.5.2 导体壳和静电屏蔽 151
9.6 静电场中的电介质 151
9.6.1 电介质对电场的影响 151
9.6.2 电介质的极化 152
9.6.3 极化强度矢量 153
9.6.4 电位移矢量 有电介质时的高斯定理 153
9.7 电容器 154
9.7.1 电容器电容的计算 155
9.7.2 电容器的串联和并联 156
9.7.3 电容器的储能 156
本章小结 157
习题 158
习题参考答案 162
第10章 恒定电路 164
10.1 电流 电流密度 164
10.1.1 电流 164
10.1.2 电流密度 165
10.1.3 电流的连续性方程 165
10.2 电源 电动势 166
10.2.1 电源 166
10.2.2 电动势 166
10.3 恒定电路的计算 167
10.3.1 电阻的串联和并联 167
10.3.2 闭合电路的欧姆定律 167
10.3.3 一段含源电路的欧姆定律 168
10.3.4 平衡电桥 169
10.4 基尔霍夫定律 169
10.4.1 基尔霍夫第一定律 170
10.4.2 基尔霍夫第二定律 170
本章小结 171
习题 172
习题参考答案 174
第11章 稳恒磁场 175
11.1 磁场 175
11.1.1 磁场的概念 175
11.1.2 磁感应强度 176
11.1.3 毕奥-萨伐尔定律 176
11.2 磁场对载流导线的作用 178
11.2.1 安培定律 178
11.2.2 磁场对平面载流线圈的作用 178
11.3 磁场对运动电荷的作用 179
11.3.1 洛伦兹力 179
11.3.2 带电粒子在匀强磁场中的运动 180
11.3.3 霍尔效应 181
11.4 磁场的高斯定理 安培环路定理 181
11.4.1 磁场的高斯定理 181
11.4.2 安培环路定理 182
11.5 磁介质 184
11.5.1 磁介质的磁化 184
11.5.2 磁化强度 185
11.5.3 有磁介质时的安培环路定理 186
本章小结 187
习题 188
习题参考答案 190
光学 194
第12章 几何光学和光学仪器 194
12.1 几何光学的基本定律 费马原理 194
12.1.1 几何光学的基本定律 194
12.1.2 费马原理 195
12.2 光在平面上的反射和折射 196
12.2.1 单心光束 实像和虚像 196
12.2.2 光在平面上的反射和折射 197
12.3 光在球面上的反射和折射 200
12.3.1 光在球面上的反射 200
12.3.2 光在球面上的折射 202
12.4 透镜 205
12.4.1 光在连续几个球面上的折射 205
12.4.2 透镜的原理 205
12.5 显微镜 望远镜 208
12.5.1 光学仪器的放大本领 208
12.5.2 显微镜的放大本领 208
12.5.3 望远镜的放大本领 209
本章小结 210
习题 211
习题参考答案 214
第13章 光的干涉和衍射 217
13.1 光源 光的相干性 217
13.1.1 光的电磁理论 217
13.1.2 光的独立性 叠加性和相干性 218
13.2 光程 光程差 220
13.3 分波面干涉 221
13.3.1 杨氏双缝实验 221
13.3.2 菲涅耳双面镜实验 222
13.3.3 劳埃德镜实验和半波损失 223
13.4 光的衍射现象 惠更斯-菲涅耳原理 223
13.4.1 光的衍射 223
13.4.2 惠更斯-菲涅耳原理 224
13.5 夫琅禾费单缝和圆孔衍射 224
13.5.1 夫琅禾费单缝衍射 224
13.5.2 夫琅禾费圆孔衍射 226
13.6 平面衍射光栅 227
13.7 光学仪器的分辨本领 229
本章小结 230
习题 231
习题参考答案 234
天体物理与宇宙学简介 238
第14章 天体的层次和天文观测工具 238
14.1 宇宙中天体的层次 239
14.1.1 天体和天体的层次 239
14.1.2 太阳和太阳系 239
14.1.3 恒星世界 240
14.1.4 银河系 240
14.1.5 河外星系 241
14.1.6 星系群 星系团 超星系团 241
14.2 天文观测工具 242
14.2.1 人类获得天体信息的主要渠道 242
14.2.2 天文望远镜 243
本章小结 248
习题 248
习题参考答案 249
第15章 太阳与太阳系 251
15.1 太阳 251
15.1.1 太阳的基本特征 251
15.1.2 太阳的结构 252
15.2 太阳系 254
15.2.1 水星 254
15.2.2 金星 254
15.2.3 地球 255
15.2.4 火星 257
15.2.5 木星 258
15.2.6 土星 259
15.2.7 天王星 259
15.2.8 海王星 259
本章小结 260
习题 261
习题参考答案 262
第16章 恒星及其演化 263
16.1 恒星基本物理量的测量 263
16.1.1 恒星的距离 263
16.1.2 恒星的光度和星等 264
16.1.3 恒星的光谱 266
16.1.4 恒星的大小 267
16.1.5 恒星的质量 267
16.2 恒星的形成和演化 268
16.2.1 恒星的形成 269
16.2.2 恒星主序后的演化 270
16.3 致密天体 271
16.3.1 白矮星 272
16.3.2 中子星 273
16.3.3 黑洞 274
本章小结 276
习题 276
习题参考答案 278
第17章 宇宙学简介 279
17.1 人类对宇宙的探索历程 279
17.2 现代标准大爆炸宇宙学 280
17.3 大爆炸宇宙学的观测证据 282
17.4 暗物质和暗能量 283
本章小结 285
习题 285
习题参考答案 286
参考文献 287
