大學物理

本書介紹了近代物理的觀點，涉及許多現代物理學知識，包括物理學前言的理論和實驗，引入了物理學在實際工程技術中的應用實例。

前言

第1章 質點運動學 1

1.1 質點運動的一般描述 1

1.1.1 描述質點運動的幾個基本物理量 1

1.1.2 質點運動的相對性 5

1.2 幾種特殊運動的描述 6

1.2.1 勻變速直線運動 6

1.2.2 拋體運動 8

1.2.3 圓周運動 9

習題1 14

第2章 質點動力學 15

2.1 牛頓三定律慣性系和非慣性系 15

2.1.1 牛頓三定律 15

2.1.2 關於力的三條規律 16

2.1.3 慣性系和非慣性系慣性力 17

2.2 力的功（力的空間累積效應） 19

2.2.1 功 功率 能量 19

2.2.2 功和能的關係 23

2.3 力的衝量（力的時間累積效應） 25

2.3.1 動量 衝量 衝力 25

2.3.2 衝量和動量的關係 27

2.4 角動量和角動量定理 29

2.4.1 質點的角動量 29

2.4.2 質點的角動量定理 30

2.4.3 質點的角動量守恆定律 32

習題2 33

第3章 剛體力學基礎 34

3.1 剛體運動 34

3.1.1 剛體的定義 34

3.1.2 剛體的運動 34

3.1.3 剛體的定軸轉動 35

3.2 力矩 轉動定律 轉動慣量 36

3.2.1 力矩 36

3.2.2 轉動定律 36

3.2.3 轉動慣量的計算 38

3.3 轉動動能 力矩的功 轉動動能定理 41

3.3.1 轉動動能 41

3.3.2 力矩的功 42

3.3.3 剛體定軸轉動的動能定理 42

3.4 角動量 角動量定理 角動量守恆定律 44

3.4.1 角動量（動量矩） 44

3.4.2 角動量定理 44

3.4.3 角動量守恆定律 44

習題3 47

第4章 機械振動 49

4.1 簡諧振動 49

4.1.1 簡諧振動 49

4.1.2 描述簡諧振動的物理量 50

4.1.3 簡諧振動的矢量圖示法 52

4.2 簡諧振動的能量 54

4.3 簡諧振動的合成 55

4.3.1 兩個同方向同頻率簡諧振動的合成 55

4.3.2 同方向不同頻率簡諧振動的合成 56

4.3.3 兩個相互垂直的同頻率簡諧振動的合成 57

4.4 阻尼振動和受迫振動簡介 58

4.4.1 阻尼振動 59

4.4.2 受迫振動 60

習題4 60

第5章 機械波 63

5.1 描述機械波的基本物理量 63

5.2 平面簡諧波的波函數 65

5.2.1 平面簡諧波的波函數 65

5.2.2 波函數的物理意義 66

5.2.3 平面簡諧波的微分方程 68

5.3 波的能量 68 ^[2] 

5.3.1 波的能量和能量密度 68

5.3.2 能流和能流密度 70

5.3.3 波的吸收 70

5.4 惠更斯原理 70

5.5 波的疊加原理 波的干涉 71

5.6 駐波 74

5.7 多普勒效應 76

5.7.1 波源S相對於介質靜止，而觀察者O以速度v0相對於介質運動 77

5.7.2 觀察者O相對於介質靜止，而波源S以速度v0相對於介質運動 77

5.7.3 波源S和觀察者O同時相對於介質運動 78

習題5 79

第6章 靜電場 81

6.1 電荷的量子化 電荷守恆定律 81

6.1.1 電荷的量子化 81

6.1.2 電荷守恆定律 81

6.2 庫侖定律 81

6.3 電場強度 82

6.3.1 靜電場 82

6.3.2 電場強度 82

6.3.3 點電荷電場強度 83

6.3.4 電場強度疊加原理 84

6.4 電場強度通量 高斯定理 86

6.4.1 電場線 86

6.4.2 電場強度通量 87

6.4.3 高斯定理 88

6.4.4 高斯定理應用舉例 89

6.5 靜電場的環路定理 電勢能 90

6.5.1 靜電場力所做的功 90

6.5.2 靜電場的環路定理 91

6.5.3 電勢能 91

6.6 電勢 92

6.6.1 電勢 92

6.6.2 點電荷電場的電勢 92

6.6.3 電勢的疊加原理 92

6.7 電場強度與電勢梯度 94

6.7.1 等勢面 94

6.7.2 電場強度與電勢梯度 95

6.8 靜電場中的電偶極子 96

6.8.1 外電場對電偶極子的力矩和取向作用 96

6.8.2 電偶極子在電場中的電勢能和平衡位置 96

習題6 96

第7章 靜電場中的導體和電介質 99

7.1 靜電場中的導體 99

7.1.1 靜電感應 靜電平衡條件 99

7.1.2 靜電平衡時導體上電荷的分佈 100

7.2 電容 電容器 100

7.2.1 孤立導體的電容 101

7.2.2 電容器 101

7.2.3 電容器的連接 103

7.3 靜電場中的電介質 104

7.3.1 電介質對電容的影響 相對電容率 104

7.3.2 電介質的極化 105

7.3.3 電極化強度 105

7.4 電位移 有電介質時的高斯定理 106

7.5 靜電場的能量 能量密度 107

7.5.1 孤立帶電導體的電能 107

7.5.2 電容器的電能 108

7.5.3 靜電場的能量 能量密度 108

習題7 109

第8章 穩恆磁場 111

8.1 磁場 磁感應強度 111

8.1.1 磁的基本現象 111

8.1.2 磁感應強度 112

8.2 畢奧-薩伐爾定律 113

8.2.1 磁場的疊加原理 113

8.2.2 畢奧-薩伐爾定律 113

8.2.3 畢奧-薩伐爾定律的應用舉例 114

8.3 磁場的高斯定理 117

8.3.1 磁感應線 117

8.3.2 磁通量 117

8.3.3 磁場的高斯定理及其應用 118

8.4 安培環路定理 118

8.4.1 安培環路定理 118

8.4.2 安培環路定理的應用 119

8.5 磁場對運動電荷的作用 122

8.5.1 洛倫茲力 帶電粒子在均勻磁場中的運動 122

8.5.2 帶電粒子在現代電磁場技術中的應用舉例 123

8.6 磁場對載流導線的作用 124

8.6.1 安培定律 124

8.6.2 磁場對平面載流線圈作用的力矩 125

8.7 磁場中的磁介質 126

習題8 127

第9章 電磁感應 電磁場基本方程 129

9.1 電磁感應的基本定律 129

9.1.1 電磁感應現象 129

9.1.2 電磁感應的基本定律 130

9.2 動生電動勢 132

9.2.1 動生電動勢 132

9.2.2 動生電動勢與洛倫茲力的關係 133

9.2.3 動生電動勢與能量守恆和轉換定律的關係 134

9.2.4 磁場中轉動線圈內的動生電動勢 134

9.3 自感 互感 磁場的能量 136

9.3.1 自感 136

9.3.2 互感 137

9.3.3 磁場的能量 138

9.4 麥克斯韋的兩個假設 140

9.4.1 麥克斯韋關於渦旋電場的假設 140

9.4.2 麥克斯韋關於位移電流的假設 142

9.5 麥克斯韋方程組 144

9.5.1 麥克斯韋方程組的積分形式 145

9.5.2 麥克斯韋方程組的微分形式 146

習題9 147

第10章 氣體動理論 149

10.1 氣體動理論的基本概念 150

10.1.1 熱力學系統 150

10.1.2 平衡態、平衡過程、理想氣體狀態方程 150

10.2 理想氣體狀態方程的微觀解釋 153

10.2.1 理想氣體壓強公式 154

10.2.2 理想氣體分子的平均平動動能與温度的關係 155

10.3 能量按自由度均分原理 156

10.3.1 分子運動的自由度 156

10.3.2 能量均分定理 158

10.3.3 理想氣體的內能 158

10.4 麥克斯韋速率分佈 160

10.4.1 氣體分子速率分佈函數 160

10.4.2 麥克斯韋分子速率分佈律 161

10.4.3 三種統計速率 163

10.5 氣體分子的平均自由程和碰撞頻率 164

10.5.1 氣體分子平均碰撞頻率 164

10.5.2 分子的平均自由程 165

10.6 內遷移 范德瓦耳斯方程 167

10.6.1 氣體內的遷移現象 167

10.6.2 真實氣體 范德瓦耳斯方程 171

習題10 175

第11章 熱力學基礎 177

11.1 熱力學第一定律 177

11.1.1 內能、功和熱量 177

11.1.2 熱力學第一定律 179

11.2 理想氣體的等值過程 180

11.2.1 等容過程 180

11.2.2 等壓過程 181

11.2.3 等温過程 182

11.3 理想氣體的絕熱過程和多方過程 184

11.3.1 絕熱過程 184

11.3.2 多方過程 186

11.4 循環過程和卡諾循環 186

11.4.1 循環過程 186

11.4.2 熱機和效率 187

11.4.3 製冷機及製冷係數 187

11.4.4 卡諾循環 188

11.5 熱力學第二定律的表述 191

11.5.1 可逆過程與不可逆過程 191

11.5.2 熱力學第二定律的表述 192

11.6 卡諾定理 194

11.6.1 卡諾定理的內容 194

11.6.2 卡諾定理的證明 194

11.6.3 熱力學温標 195

11.7 熵和熵增加原理 195

11.7.1 克勞修斯等式 195

11.7.2 熵 196

11.7.3 熵增加原理 197

11.7.4 温熵圖 198

11.8 熱力學第二定律的統計意義 199

11.8.1 理想氣體自由膨脹不可逆性的統計意義 199

11.8.2 熱力學概率和玻爾茲曼熵公式 201

11.8.3 熱力學第二定律的適用範圍 201

習題11 201

第12章 波動光學 203

12.1 光的電磁理論 203

12.1.1 電磁學理論 203

12.1.2 相干光 204

12.2 分波面的干涉實驗 205

12.2.1 楊氏雙縫干涉實驗 205

12.2.2 菲涅耳雙面鏡 207

12.2.3 勞埃德鏡實驗 207

12.3 分振幅干涉 207

12.3.1 光程 光程差 207

12.3.2 薄膜干涉 208

12.4 邁克耳孫干涉儀 213

12.5 光的衍射 214

12.5.1 光的衍射現象 214

12.5.2 衍射現象的分類 215

12.5.3 惠更斯-菲涅耳原理 216

12.6 單縫夫琅禾費衍射 216

12.7 圓孔衍射和光學儀器的分辨本領 218

12.7.1 網孔夫琅禾費衍 ^[2]