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第一篇 物质的运动6

第一部分 物体的机械运动6

第一章 质点运动6

1.1 物理基准6

1.1.1 长度、时间和质量标准6

1.1.2 参考系7

1.2 质点运动的描述8

1.3 相对运动13

1.4 牛顿运动定律14

1.4.1 力15

1.4.2 牛顿运动定律15

1.4.3 牛顿定律的应用17

1.5 动量20

1.5.1 动量与冲量20

1.5.2 动量定理与动量守恒定律21

1.5.3 火箭的发射23

1.6 能量25

1.6.1 功25

1.6.2 功与能量29

1.6.3 机械能守恒31

1.6.4 普遍的能量守恒与转化定律32

1.6.5 赛车胜负的关键33

科学问题解析 万有引力定律及其应用34

习题35

第二章 刚体转动39

2.1 转动的描述39

2.2 力矩与转动定律42

2.3 角动量与角动量守恒定律47

2.4 刚体绕定轴转动的动能定理51

2.5 工程中的刚体转动53

工程问题解析 汽车制动器55

习题56

第三章 狭义相对论59

3.1 牛顿的绝对时空观59

3.2 狭义相对论的基本原理61

3.3 相对论性的时空观64

3.4 核能及其工程应用70

科学问题解析 核武器75

习题75

第二部分 气体分子的热运动78

第四章 气体动理论78

4.1 理想气体的微观模型与统计理论78

4.2 压强、温度与内能公式80

4.2.1 压强公式80

4.2.2 温度公式83

4.2.3 内能公式83

4.3 气体分子的速率分布统计规律85

4.3.1 分子的速率分布85

4.3.2 分子的特征速率86

4.3.3 太阳风的成分86

科学问题解析 礁湖星云的压强87

习题88

第五章 热力学基础89

5.1 理想气体状态与状态的改变89

5.2 热力学第一定律91

5.2.1 热力学第一定律92

5.2.2 热力学第一定律在典型过程中的应用93

5.2.3 人体新陈代谢的能量转化98

5.3 循环过程在工程中的应用99

5.4 热力学第二定律103

5.5 熵与无序106

5.5.1 熵与熵增加原理106

5.5.2 无序度107

工程问题解析 陶瓷内燃机110

习题111

第三部分 微观粒子的概率运动114

第六章 量子物理114

6.1 量子与量子化规律114

6.1.1 量子与量子化115

6.1.2 黑体辐射与能量子假说115

6.1.3 光电效应与光量子学说117

6.1.4 量子化规律的应用119

6.2 物质的波粒二象性120

6.2.1 光的粒子性121

6.2.2 物质波——德布罗意波121

6.3 粒子运动的不确定性123

6.4 粒子运动的薛定谔方程126

6.5 扫描隧穿显微镜128

6.6 量子信息技术131

工程问题解析 太阳能电池135

习题136

第二篇 场139

第七章 静电场139

7.1 静电场的描述139

7.1.1 电荷与电场139

7.1.2 电场强度141

7.1.3 电场线145

7.2 静电场的高斯定理146

7.2.1 电场强度通量146

7.2.2 真空中的高斯定理147

7.2.3 高斯定理在计算电场强度分布中的应用148

7.3 静电场的环路定理151

7.3.1 电场力的功151

7.3.2 真空中的环路定理151

7.4 电势152

7.4.1 电势能与电势153

7.4.2 等势面156

7.4.3 电势梯度156

7.5 电场与物质的作用157

7.5.1 静电场中的导体158

7.5.2 静电场中的电介质160

7.5.3 电容器及其应用163

7.6 静电场的能量166

7.7 静电场的应用167

工程问题解析 等离子显示器169

习题169

第八章 恒定磁场172

8.1 磁场的描述172

8.2 毕奥-萨伐尔定律175

8.3 磁场的高斯定理178

8.4 磁场的安培环路定理179

8.5 磁场对运动电荷的作用182

8.5.1 带电粒子在电场和磁场中的运动182

8.5.2 霍耳效应及应用185

8.5.3 磁场对电流的作用187

8.6 磁场与物质的作用191

8.6.1 磁介质的磁化191

8.6.2 铁磁质及应用194

8.6.3 磁悬浮列车196

工程问题解析 巨磁阻效应及其应用198

习题199

第九章 电与磁的联系202

9.1 电磁感应203

9.1.1 电磁感应现象203

9.1.2 楞次定律204

9.1.3 法拉第电磁感应定律205

9.1.4 发电机210

9.1.5 自感和互感212

9.2 感生电场216

9.3 位移电流219

9.4 电磁场222

9.5 电磁场在工程中的应用225

工程问题解析 金属探测器227

习题228

第三篇 波动235

第十章 机械波235

10.1 机械振动236

10.1.1 简谐运动的描述236

10.1.2 受迫振动和共振240

10.1.3 简谐运动的合成241

10.1.4 机械波的形成242

10.2 机械波的描述243

10.2.1 机械波的分类与特征物理量243

10.2.2 平面简谐波的波函数245

10.2.3 地震产生的波动249

10.3 机械波的传播规律250

10.3.1 衍射现象与惠更斯原理250

10.3.2 干涉现象与波的叠加251

10.3.3 驻波现象及应用254

10.4 声波257

10.4.1 声波的特征与种类258

10.4.2 多普勒效应260

10.4.3 多普勒雷达与多普勒彩超261

工程问题解析 声呐技术264

习题264

第十一章 光波266

11.1 光的本质266

11.2 光的相干特性267

11.2.1 干涉与光程268

11.2.2 杨氏双缝干涉269

11.2.3 薄膜干涉271

11.2.4 迈克耳孙干涉仪275

11.2.5 干涉现象在工程精密测量中的应用276

11.3 光的衍射特性278

11.3.1 惠更斯-菲涅耳原理278

11.3.2 单缝衍射279

11.3.3 圆孔衍射281

11.3.4 光栅衍射283

11.3.5 衍射现象与DNA的研究286

11.4 光的偏振特性287

11.4.1 偏振光的描述287

11.4.2 布儒斯特定律289

11.4.3 双折射现象289

11.4.4 三维电影290

工程问题解析 全息技术291

习题292

第十二章 电磁波295

12.1 电磁波的形成与特性296

12.2 电磁波的能量与电磁辐射299

12.3 电磁波谱300

12.4 工程中的电磁波302

科学问题解析 宇宙起源探秘303

习题304

习题答案306