目　录

模块1　力学

第 1章　质点运动学　2
1.1　质点 参考系 运动方程　2
1.1.1　质点　2
1.1.2　参考系和坐标系　3
1.1.3　运动方程　3
1.1.4　时间和时刻　4
1.2　位移 速度 加速度　4
1.2.1　位矢　4
1.2.2　位移　5
1.2.3　速度　5
1.2.4　加速度　6
1.3　圆周运动　9
1.3.1　切向加速度和法向加速度　9
1.3.2　圆周运动的加速度　10
1.3.3　圆周运动的角量描述　10
1.3.4　线量和角量的关系　12
1.4　相对运动 伽利略坐标变换　13
1.4.1　伽利略坐标变换式　13
1.4.2　速度变换　14
1.4.3　加速度变换　15
1.5　习题　17

第 2章　牛顿运动定律　21
2.1　牛顿运动定律　21
2.1.1　牛顿第 一定律　22
2.1.2　牛顿第 二定律　22
2.1.3　牛顿第三定律　24
2.2　几种常见的力　24
2.2.1　万有引力　24
2.2.2　重力　26
2.2.3　弹性力　27
2.2.4　摩擦力　27
2.3　牛顿定律应用举例　28
2.4　*非惯性系 惯性力　33
2.5　习题　35

第3章　运动的守恒定律　39
3.1　动量定理　39
3.1.1　质点的动量定理　39
3.1.2　质点系的动量定理　40
3.2　动量守恒定律　44
3.3　*质心运动 火箭飞行问题　46
3.3.1　质心　46
3.3.2　质心运动定律　48
3.3.3　火箭飞行　51
3.4　保守力与非保守力 势能　52
3.4.1　功　52
3.4.2　保守力与非保守力　53
3.4.3　势能　55
3.4.4　势能曲线　56
3.5　功能原理 能量守恒定律　57
3.5.1　质点的动能定理　57
3.5.2　质点系的动能定理　58
3.5.3　质点系的功能原理　59
3.5.4　机械能守恒定律　59
3.5.5　能量守恒定律　62
3.6　碰撞问题　62
3.7　*对称性与守恒定律　65
3.7.1　对称性　65
3.7.2　守恒定律与对称性　66
3.8　习题　67

第4章　刚体的转动　72
4.1　刚体 刚体的运动　72
4.1.1　刚体的平动和转动　72
4.1.2　定轴转动的角量和线量　73
4.2　力矩 转动惯量 定轴转动定律　74
4.2.1　力矩　74
4.2.2　转动定律　76
4.2.3　转动惯量和平行轴定理　77
4.3　角动量 角动量守恒定律　81
4.3.1　质点的角动量和角动量守恒定律　81
4.3.2　刚体定轴转动的角动量定理　84
4.3.3　刚体定轴转动的角动量守恒定律　85
4.4　刚体定轴转动的功能关系　87
4.4.1　力矩的功和功率　87
4.4.2　刚体的转动动能　88
4.4.3　刚体绕定轴转动的动能定理　88
4.5　*进动　91
4.6　习题　92

模块2　热学

第5章　气体动力学　98
5.1　热运动的描述 理想气体的状态方程　98
5.1.1　气体的状态参量　98
5.1.2　平衡态 准静态过程　99
5.1.3　理想气体的状态方程　99
5.2　分子热运动的统计规律性　100
5.3　压强公式 压强的统计意义　102
5.3.1　理想气体的微观模型　102
5.3.2　理想气体的压强公式及统计意义　102
5.4　理想气体分子的平均平动动能与温度的关系　104
5.5　能量均分定理 理想气体的内能　105
5.5.1　分子的自由度　105
5.5.2　能量按自由度均分定理　106
5.5.3　理想气体的内能　107
5.6　气体分子的速率分布　108
5.6.1　速率分布曲线　108
5.6.2　麦克斯韦气体分子速率分布律　109
5.6.3　三种统计速率　109
5.7　玻尔兹曼能量分布定律
　　　*重力场中的等温气压公式　111
5.7.1　玻尔兹曼能量分布律　111
5.7.2　重力场中的等温气压公式　112
5.8　分子碰撞 平均自由程　113
5.9　*气体的运输现象　115
5.9.1　粘滞现象　115
5.9.2　热传导现象　116
5.9.3　扩散现象　117
5.10　*实际气体的范德瓦耳斯方程　117
5.10.1　分子体积引起的修正　118
5.10.2　分子引力引起的修正　118
5.10.3　范德瓦尔斯方程　119
5.11　习题　120

第6章　热力学基础　124
6.1　准静态过程 功 热量 内能　124
6.1.1　准静态过程　124
6.1.2　功　125
6.1.3　热量　125
6.1.4　内能　126
6.2　热力学第零定律和第 一定律　126
6.2.1　热力学第零定律　126
6.2.2　热力学第 一定律　127
6.3　理想气体的等体过程和等压过程　127
6.3.1　等体过程　128
6.3.2　等压过程　128
6.3.3　等体摩尔热容 等压摩尔热容　129
6.4　理想气体的等温过程和绝热过程 *多方过程　132
6.4.1　等温过程　132
6.4.2　绝热过程　134
6.4.3　绝热线和等温线　135
6.4.4　*多方过程　137
6.5　循环过程 卡诺循环　139
6.5.1　循环过程　139
6.5.2　热机和制冷机　140
6.5.3　卡诺循环　141
6.6　热力学第 二定律 卡诺定理　145
6.6.1　热力学第 二定律的两种表述　145
6.6.2　可逆过程与不可逆过程　146
6.6.3　卡诺定理　147
6.7　熵 熵增加原理　147
6.7.1　熵　147
6.7.2　熵变的计算　149
6.7.3　熵增加原理　150
6.7.4　熵增加原理与热力学第 二定律　151
6.8　热力学第 二定律的统计意义　151
6.8.1　玻尔兹曼关系式　152
6.8.2　热力学第 二定律的统计意义　153
6.9　*耗散结构 信息熵　153
6.9.1　耗散结构　153
6.9.2　信息熵　154
6.10　习题　155

模块3　电磁学

第7章　真空中的静电场　164
7.1　电荷 库仑定律　164
7.1.1　电荷　164
7.1.2　电荷的量子化　165
7.1.3　电荷守恒定律　165
7.1.4　库仑定律　165
7.2　电场 电场强度矢量　167
7.2.1　电场　167
7.2.2　电场的强度　167
7.2.3　电场强度叠加原理　168
7.2.4　电场强度的计算　169
7.2.5　电偶极子在均匀场中的力矩　174
7.3　电场强度通量 高斯定理　174
7.3.1　电场线　175
7.3.2　电场强度通量　175
7.3.3　高斯定理　176
7.3.4　高斯定理的应用　178
7.4　静电场的环路定理 电势　182
7.4.1　静电场力的功　182
7.4.2　静电场的环路定理　183
7.4.3　电势能　184
7.4.4　电势 电势差　185
7.4.5　电势叠加原理　185
7.5　等势面 电场强度与电势梯度的关系　189
7.5.1　等势面　189
7.5.2　场强与电势关系　190
7.6　习题　193

第8章　静电场中的导体与电介质　196
8.1　静电场中的导体　196
8.1.1　静电感应 导体的静电平衡　196
8.1.2　静电平衡时导体上的电荷分布　197
8.1.3　空腔导体内外的静电场与静电屏蔽　199
8.2　静电场中的电介质　201
8.2.1　*电介质的极化　201
8.2.2　*电极化强度矢量 电极化强度与极化电荷的关系　202
8.2.3　介质中的静电场　202
8.2.4　有电介质时的高斯定理 电位移　203
8.3　电容与电容器　205
8.3.1　孤立导体的电容　205
8.3.2　电容器的电容　206
8.3.3　电容器电容的计算　206
8.3.4　电容器的串联和并联　208
8.4　静电场的能量　209
8.5　*电容器的充放电　212
8.5.1　电容器充电　212
8.5.2　电容器放电　213
8.6　习题　214

第9章　恒定电流的磁场　217
9.1　恒定电流　217
9.1.1　电流 电流密度　217
9.1.2　电源电动势　219
9.1.3　欧姆定律的微分形式　220
9.2　磁感应强度　221
9.2.1　基本磁现象　221
9.2.2　磁感应强度矢量　222
9.3　电流的磁场 毕奥-萨伐尔定律　223
9.3.1　毕奥-萨伐尔定律　223
9.3.2　毕奥-萨伐尔定律的应用　224
9.3.3　运动电荷的磁场　227
9.4　磁通量 磁场的高斯定理　228
9.4.1　磁感应线和磁通量　228
9.4.2　磁场的高斯定理　229
9.5　安培环路定理　230
9.5.1　安培环路定理　230
9.5.2　安培环路定理的应用　231
9.6　带电粒子在电场和磁场中的运动　234
9.6.1　洛伦兹力　234
9.6.2　带电粒子在电磁场中的运动和应用　234
9.6.3　霍尔效应　236
9.7　磁场对载流导线的作用　238
9.7.1　磁场对载流导线的作用力——安培力　238
9.7.2　载流线圈的磁矩 磁场对载流线圈的作用　242
9.7.3　磁力的功　244
9.8　磁场中的磁介质　245
9.8.1　磁介质　245
9.8.2　磁介质的磁化 磁化强度　246
9.8.3　磁介质中的安培环路定理 磁场强度　247
9.9　铁磁质　248
9.9.1　磁质的磁化规律 磁滞回线　248
9.9.2　磁性材料的分类　249
9.9.3　磁畴　250
9.10　习题　250

第 10章　电磁感应与电磁场　256
10.1　电磁感应定律　256
10.1.1　电磁感应现象　256
10.1.2　法拉第电磁感应定律　257
10.1.3　楞次定律　258
10.2　动生电动势　259
10.3　感生电动势　262
10.3.1　感生电场 感生电动势　262
10.3.2　*电子感应加速器　264
10.3.3　*涡电流　265
10.4　自感与互感　266
10.4.1　自感系数 自感电动势　266
10.4.2　互感系数 互感电动势　267
10.5　磁场的能量　269
10.6　位移电流 麦克斯韦电磁场理论　270
10.6.1　位移电流 全电流定律　271
10.6.2　麦克斯韦方程组的积分形式 电磁场　273
10.7　习题　275

复习题答案　280
参考文献　291