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第1章 几何光学基础1

1.1基本概念1

1.1.1点光源和光束1

1.1.2物和像2

1.1.3光速、光程和介质的折射率3

1.2几何光学基本定律4

1.2.1光的直线传播定律和光的独立传播定律4

1.2.2光的反射定律和折射定律5

1.2.3光的全反射7

1.3光在平面上的反射和折射7

1.3.1光在平面上的反射7

1.3.2光在平面上的折射9

1.4光在球面上的反射和折射11

1.4.1光在单球面上的折射11

1.4.2横向放大率和角放大率14

1.4.3球面折射成像的作图方法15

1.4.4球面反射成像15

1.5薄透镜16

1.5.1薄透镜成像规律16

1.5.2薄透镜成像的作图法和横向放大率18

思考与讨论20

习题121

第2章 光的偏振23

2.1光波的描述23

2.2光的偏振性24

2.2.1自然光与偏振光24

2.2.2偏振片的起偏和检偏26

2.3马吕斯定律28

2.4布儒斯特定律29

2.4.1反射光和折射光的偏振30

2.4.2玻璃片堆法获得偏振光31

思考与讨论32

习题232

第3章 光的干涉34

3.1光的相干性34

3.1.1光波的位相差、波程差和光程差34

3.1.2光的叠加原理和相干条件35

3.1.3相干光的获得36

3.2分波阵面干涉36

3.2.1杨氏双缝干涉实验36

3.2.2半波损失38

3.3分振幅干涉40

3.3.1薄膜的等倾干涉40

3.3.2劈尖的等厚干涉41

3.3.3牛顿环42

3.3.4增透膜43

思考与讨论44

习题345

第4章 光的衍射47

4.1光的衍射原理47

4.1.1光的衍射及其分类47

4.1.2惠更斯-菲涅耳原理48

4.2夫琅禾费单缝衍射和菲涅耳半波带法48

4.2.1单缝夫琅禾费衍射的装置以及光强分布49

4.2.2菲涅耳半波带法49

4.3光栅衍射和光谱52

4.3.1光栅52

4.3.2光栅衍射53

4.3.3明纹条件和光栅方程53

4.3.4光栅光谱54

4.3.5缺级问题55

4.3.6光栅的衍射光强分布55

4.4眼睛和光学仪器的分辨率56

4.4.1眼睛视物的基本原理56

4.4.2光学仪器的分辨率59

思考与讨论60

习题461

第5章 量子光学基础63

5.1热辐射与普朗克能量子假设63

5.2光电效应与爱因斯坦的光子理论65

5.3康普顿散射和光的波粒二象性67

5.3.1康普顿散射67

5.3.2光的波粒二象性68

5.4氢原子的玻尔理论69

思考与讨论74

习题574

第6章 运动的相对性75

6.1质点相对运动的描述75

6.1.1质点和参考系75

6.1.2位置矢量和运动方程76

6.1.3位移、速度和加速度78

6.2匀变速直线运动82

6.3圆周运动83

6.3.1匀速圆周运动与法向加速度83

6.3.2变速圆周运动84

6.4平面曲线运动87

6.4.1运动叠加原理87

6.4.2斜抛运动88

6.5伽利略相对性原理与伽利略变换90

6.5.1相对运动90

6.5.2伽利略相对性原理92

6.5.3伽利略变换93

6.5.4伽利略相对性原理的局限性94

思考与讨论95

习题696

第7章 狭义相对论时空观98

7.1狭义相对论的两个基本假设98

7.2洛伦兹坐标变换和速度变换98

7.2.1洛伦兹坐标变换98

7.2.2洛伦兹速度变换关系100

7.3同时性的相对性、时间延缓和长度收缩101

7.3.1同时的相对性101

7.3.2时间延缓效应103

7.3.3长度收缩效应104

思考与讨论105

习题7105

第8章 质点动力学基础107

8.1牛顿运动定律及其应用107

8.1.1牛顿第一运动定律107

8.1.2牛顿第二运动定律109

8.1.3牛顿第三运动定律110

8.1.4牛顿运动定律的综合应用111

8.2质点与质点系的动量定理和动量守恒定律113

8.2.1质点的动量和动量定理113

8.2.2质点系的动量定理114

8.2.3动量守恒定律116

8.3功和动能定理117

8.3.1功117

8.3.2动能和动能定理118

8.4质点系的势能120

8.4.1保守力的功120

8.4.2质点系的势能121

8.5机械能守恒定律和功能原理123

8.5.1机械能守恒定律123

8.5.2非保守力的功124

8.5.3功能原理124

8.6相对论质量和动量126

8.7狭义相对论质能关系127

思考与讨论129

习题8129

第9章 刚体转动132

9.1质心和质心运动定理132

9.1.1质心与刚体的平动132

9.1.2质心运动定律135

9.2刚体定轴转动136

9.3力矩、转动定律和转动惯量139

9.3.1力矩139

9.3.2刚体定轴转动的角动量139

9.3.3转动惯量140

9.3.4刚体定轴转动定律143

9.4角动量定理和角动量守恒定律144

9.4.1刚体定轴转动的角动量定理145

9.4.2刚体定轴转动的角动量守恒定律145

9.5力矩的功和刚体绕定轴转动的动能定理146

9.5.1力矩的功146

9.5.2刚体绕定轴转动的动能定理146

思考与讨论148

习题9149

第10章 机械振动和机械波153

10.1简谐振动153

10.1.1简谐振动方程153

10.1.2振幅和相位155

10.1.3简谐振动的旋转矢量法157

10.1.4简谐振动的能量158

10.2一维简谐振动的合成160

10.2.1两个同方向、同频率简谐振动的合成160

10.2.2两个同方向、不同频率简谐振动的合成162

10.3机械波163

10.3.1机械波的基本特征163

10.3.2平面简谐波的波函数166

10.4波的能量169

10.4.1波的能量传输特性169

10.4.2能量密度171

10.4.3能流密度171

思考与讨论172

习题10173

第11章 流体运动基础176

11.1理想流体的稳定流动176

11.1.1理想流体176

11.1.2稳定流动176

11.1.3连续性方程177

11.2伯努利方程及其应用178

11.2.1伯努利方程178

11.2.2伯努利方程的应用179

11.3黏性流体的运动规律180

11.3.1流体的黏性180

11.3.2泊肃叶定律181

11.3.3斯托克斯定律183

11.4液体表面性质184

11.4.1液体的表面张力184

11.4.2弯曲液面的附加压强188

11.4.3毛细现象和气体栓塞现象190

思考与讨论193

习题11194

第12章 气体动理学基础196

12.1平衡态和状态参量196

12.2理想气体模型197

12.3理想气体内能和能量均分原理202

12.4麦克斯韦气体分子速率分布律204

12.4.1气体分子速率的实验测定204

12.4.2分子速率分布205

12.4.3麦克斯韦分子速率分布律205

12.4.4统计速率206

12.5气体分子的平均碰撞频率和平均自由程207

12.5.1气体分子的平均碰撞频率207

12.5.2气体分子的平均自由程208

思考与讨论209

习题12210

第13章 热学基础212

13.1准静态过程212

13.1.1准静态过程与弛豫时间212

13.1.2准静态过程的功213

13.2热力学第一定律213

13.3理想气体的等体过程和等压过程214

13.3.1理想气体的等体过程214

13.3.2理想气体的等压过程215

13.4理想气体的等温过程和绝热过程216

13.4.1理想气体的等温过程216

13.4.2绝热过程217

13.5循环过程与热机效率219

13.5.1循环过程219

13.5.2卡诺循环220

13.5.3卡诺定理221

13.6热力学第二定律和熵增加原理221

13.6.1可逆过程与不可逆过程222

13.6.2热力学第二定律概述222

13.6.3熵与熵增加原理223

13.7玻尔兹曼关系224

13.8热力学第三定律225

思考与讨论225

习题13226

第14章 真空中的静电场229

14.1电荷守恒定律和库仑定律229

14.1.1电荷与电荷守恒定律229

14.1.2点电荷的概念与库仑定律231

14.1.3库仑定律和万有引力定律的主要异同232

14.1.4氢核聚变的困难所在233

14.2静止电荷的电场强度233

14.2.1静电场和电场强度233

14.2.2静电场的叠加原理和点电荷系的电场强度234

14.2.3连续带电体电场中的场强235

14.3静电场的高斯定理236

14.3.1电通量236

14.3.2真空中静电场的高斯定理238

14.3.3用高斯定理求电场强度241

14.4静电场的环路定理243

14.5电势能与电势245

14.5.1电势能245

14.5.2电势差和电势246

14.6电势叠加原理247

14.6.1在单个点电荷产生的电场中任意一点的电势247

14.6.2在多个点电荷产生的电场中任意一点的电势248

14.6.3在任意带电体产生的电场中任意一点的电势248

14.7电场强度和电势的关系250

14.7.1等势面250

14.7.2电势与电场强度的关系251

思考与讨论253

习题14255

第15章 导体和电介质中的静电场257

15.1导体的静电平衡257

15.1.1金属导体的静电平衡257

15.1.2导体表面的电荷和电场258

15.1.3导体空腔259

15.1.4导体静电平衡性质的应用260

15.2有电介质存在时的电场262

15.2.1电介质262

15.2.2极化电荷与自由电荷的关系263

15.2.3有电介质时的高斯定理264

15.3电容266

15.3.1孤立导体的电容266

15.3.2电容器267

15.3.3电容的计算268

15.4带电体系的静电能269

15.4.1电容器的静电能269

15.4.2静电场的能量270

思考与讨论271

习题15272

第16章 稳恒磁场275

16.1恒定电流、电流密度和电动势275

16.1.1恒定电流和电流密度275

16.1.2电源和电动势280

16.2磁感应强度和毕奥-萨伐尔定律281

16.2.1奥斯特实验281

16.2.2磁感应强度283

16.2.3毕奥-萨伐尔定律284

16.2.4毕奥-萨伐尔定律应用举例285

16.2.5运动电荷的磁场290

16.3稳恒磁场的高斯定理和安培环路定理291

16.3.1磁通量291

16.3.2磁场的高斯定理292

16.3.3安培环路定理293

16.4安培环路定理的应用295

思考与讨论299

习题16301

第17章 磁相互作用和磁介质304

17.1洛伦兹力304

17.2安培定律305

17.3磁场对载流线圈的作用307

17.3.1在匀强磁场中的载流线圈307

17.3.2在非均匀磁场中的载流线圈308

17.4有磁介质存在时的磁场309

17.4.1磁介质309

17.4.2磁化强度矢量与磁化电流312

17.5磁介质中的高斯定理和安培环路定理313

17.5.1磁介质中的高斯定理314

17.5.2磁介质中的安培环路定理314

思考与讨论317

习题17317

第18章 变化的电磁场和电磁波320

18.1电磁感应定律320

18.1.1电磁感应现象320

18.1.2法拉第电磁感应定律321

18.1.3楞次定律321

18.2动生电动势和感生电动势323

18.2.1动生电动势323

18.2.2感生电动势326

18.2.3电磁感应的应用举例328

18.3自感和互感330

18.3.1自感330

18.3.2互感331

18.4磁场的能量334

18.4.1自感线圈中的磁能334

18.4.2互感线圈中的磁能335

18.5位移电流和麦克斯韦方程组336

18.5.1位移电流336

18.5.2麦克斯韦方程组339

18.6电磁振荡和电磁波340

18.6.1电磁振荡340

18.6.2电磁波341

思考与讨论344

习题18346

第19章 量子力学基础350

19.1德布罗意波和微观粒子的波粒二象性350

19.1.1德布罗意关系350

19.1.2波粒二象性的实验证明352

19.1.3德布罗意波的概率诠释353

19.2不确定关系353

19.3波函数及其统计解释356

19.3.1波函数356

19.3.2波函数的统计解释357

19.4薛定谔方程358

19.5一维无限深势阱360

19.6一维势垒和隧道效应363

19.7电子自旋和泡利不相容原理364

思考与讨论367

习题19367

常用基本物理常数369

参考文献370