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书名：大学物理
定价：41.0
ISBN：9787030395849
作者：向鹏 著；向鹏，韦韧，孙正昊 编
版次：1
出版时间：2014-01
内容提要：
本书是根据国家教育部《高等学校非物理专业物理课程教学基本要求》，为了适应科学技术的发展，在结合笔者多年的教学实践的基础上编写的本科物理教材。内容叙述简明，注重系统性和现代性。全书共一册，包括力学、热学、电磁学、波动光学、近代物理的内容。
目录：
目录
前言
第1章 质点运动学 1
1.1 质点运动的一般描述 1
1.1.1 描述质点运动的几个基本物理量 1
1.1.2 质点运动的相对性 5
1.2 几种特殊运动的描述 6
1.2.1 匀变速直线运动 6
1.2.2 抛体运动 8
1.2.3 圆周运动 9
习题1 14
第2章 质点动力学 15
2.1 牛顿三定律惯性系和非惯性系 15
2.1.1 牛顿三定律 15
2.1.2 关于力的三条规律 16
2.1.3 惯性系和非惯性系惯性力 17
2.2 力的功（力的空间累积效应） 19
2.2.1 功 功率 能量 19
2.2.2 功和能的关系 23
2.3 力的冲量（力的时间累积效应） 25
2.3.1 动量 冲量 冲力 25
2.3.2 冲量和动量的关系 27
2.4 角动量和角动量定理 29
2.4.1 质点的角动量 29
2.4.2 质点的角动量定理 30
2.4.3 质点的角动量守恒定律 32
习题2 33
第3章 刚体力学基础 34
3.1 刚体运动 34
3.1.1 刚体的定义 34
3.1.2 刚体的运动 34
3.1.3 刚体的定轴转动 35
3.2 力矩 转动定律 转动惯量 36
3.2.1 力矩 36
3.2.2 转动定律 36
3.2.3 转动惯量的计算 38
3.3 转动动能 力矩的功 转动动能定理 41
3.3.1 转动动能 41
3.3.2 力矩的功 42
3.3.3 刚体定轴转动的动能定理 42
3.4 角动量 角动量定理 角动量守恒定律 44
3.4.1 角动量（动量矩） 44
3.4.2 角动量定理 44
3.4.3 角动量守恒定律 44
习题3 47
第4章 机械振动 49
4.1 简谐振动 49
4.1.1 简谐振动 49
4.1.2 描述简谐振动的物理量 50
4.1.3 简谐振动的矢量图示法 52
4.2 简谐振动的能量 54
4.3 简谐振动的合成 55
4.3.1 两个同方向同频率简谐振动的合成 55
4.3.2 同方向不同频率简谐振动的合成 56
4.3.3 两个相互垂直的同频率简谐振动的合成 57
4.4 阻尼振动和受迫振动简介 58
4.4.1 阻尼振动 59
4.4.2 受迫振动 60
习题4 60
第5章 机械波 63
5.1 描述机械波的基本物理量 63
5.2 平面简谐波的波函数 65
5.2.1 平面简谐波的波函数 65
5.2.2 波函数的物理意义 66
5.2.3 平面简谐波的微分方程 68
5.3 波的能量 68
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 波的叠加原理 波的干涉 71
5.6 驻波 74
5.7 多普勒效应 76
5.7.1 波源S相对于介质静止，而观察者O以速度v0相对于介质运动 77
5.7.2 观察者O相对于介质静止，而波源S以速度v0相对于介质运动 77
5.7.3 波源S和观察者O同时相对于介质运动 78
习题5 79
第6章 静电场 81
6.1 电荷的量子化 电荷守恒定律 81
6.1.1 电荷的量子化 81
6.1.2 电荷守恒定律 81
6.2 库仑定律 81
6.3 电场强度 82
6.3.1 静电场 82
6.3.2 电场强度 82
6.3.3 点电荷电场强度 83
6.3.4 电场强度叠加原理 84
6.4 电场强度通量 高斯定理 86
6.4.1 电场线 86
6.4.2 电场强度通量 87
6.4.3 高斯定理 88
6.4.4 高斯定理应用举例 89
6.5 静电场的环路定理 电势能 90
6.5.1 静电场力所做的功 90
6.5.2 静电场的环路定理 91
6.5.3 电势能 91
6.6 电势 92
6.6.1 电势 92
6.6.2 点电荷电场的电势 92
6.6.3 电势的叠加原理 92
6.7 电场强度与电势梯度 94
6.7.1 等势面 94
6.7.2 电场强度与电势梯度 95
6.8 静电场中的电偶极子 96
6.8.1 外电场对电偶极子的力矩和取向作用 96
6.8.2 电偶极子在电场中的电势能和平衡位置 96
习题6 96
第7章 静电场中的导体和电介质 99
7.1 静电场中的导体 99
7.1.1 静电感应 静电平衡条件 99
7.1.2 静电平衡时导体上电荷的分布 100
7.2 电容 电容器 100
7.2.1 孤立导体的电容 101
7.2.2 电容器 101
7.2.3 电容器的连接 103
7.3 静电场中的电介质 104
7.3.1 电介质对电容的影响 相对电容率 104
7.3.2 电介质的极化 105
7.3.3 电极化强度 105
7.4 电位移 有电介质时的高斯定理 106
7.5 静电场的能量 能量密度 107
7.5.1 孤立带电导体的电能 107
7.5.2 电容器的电能 108
7.5.3 静电场的能量 能量密度 108
习题7 109
第8章 稳恒磁场 111
8.1 磁场 磁感应强度 111
8.1.1 磁的基本现象 111
8.1.2 磁感应强度 112
8.2 毕奥-萨伐尔定律 113
8.2.1 磁场的叠加原理 113
8.2.2 毕奥-萨伐尔定律 113
8.2.3 毕奥-萨伐尔定律的应用举例 114
8.3 磁场的高斯定理 117
8.3.1 磁感应线 117
8.3.2 磁通量 117
8.3.3 磁场的高斯定理及其应用 118
8.4 安培环路定理 118
8.4.1 安培环路定理 118
8.4.2 安培环路定理的应用 119
8.5 磁场对运动电荷的作用 122
8.5.1 洛伦兹力 带电粒子在均匀磁场中的运动 122
8.5.2 带电粒子在现代电磁场技术中的应用举例 123
8.6 磁场对载流导线的作用 124
8.6.1 安培定律 124
8.6.2 磁场对平面载流线圈作用的力矩 125
8.7 磁场中的磁介质 126
习题8 127
第9章 电磁感应 电磁场基本方程 129
9.1 电磁感应的基本定律 129
9.1.1 电磁感应现象 129
9.1.2 电磁感应的基本定律 130
9.2 动生电动势 132
9.2.1 动生电动势 132
9.2.2 动生电动势与洛伦兹力的关系 133
9.2.3 动生电动势与能量守恒和转换定律的关系 134
9.2.4 磁场中转动线圈内的动生电动势 134
9.3 自感 互感 磁场的能量 136
9.3.1 自感 136
9.3.2 互感 137
9.3.3 磁场的能量 138
9.4 麦克斯韦的两个假设 140
9.4.1 麦克斯韦关于涡旋电场的假设 140
9.4.2 麦克斯韦关于位移电流的假设 142
9.5 麦克斯韦方程组 144
9.5.1 麦克斯韦方程组的积分形式 145
9.5.2 麦克斯韦方程组的微分形式 146
习题9 147
第10章 气体动理论 149
10.1 气体动理论的基本概念 150
10.1.1 热力学系统 150
10.1.2 平衡态、平衡过程、理想气体状态方程 150
10.2 理想气体状态方程的微观解释 153
10.2.1 理想气体压强公式 154
10.2.2 理想气体分子的平均平动动能与温度的关系 155
10.3 能量按自由度均分原理 156
10.3.1 分子运动的自由度 156
10.3.2 能量均分定理 158
10.3.3 理想气体的内能 158
10.4 麦克斯韦速率分布 160
10.4.1 气体分子速率分布函数 160
10.4.2 麦克斯韦分子速率分布律 161
10.4.3 三种统计速率 163
10.5 气体分子的平均自由程和碰撞频率 164
10.5.1 气体分子平均碰撞频率 164
10.5.2 分子的平均自由程 165
10.6 内迁移 范德瓦耳斯方程 167
10.6.1 气体内的迁移现象 167
10.6.2 真实气体 范德瓦耳斯方程 171
习题10 175
第11章 热力学基础 177
11.1 热力学**定律 177
11.1.1 内能、功和热量 177
11.1.2 热力学**定律 179
11.2 理想气体的等值过程 180
11.2.1 等容过程 180
11.2.2 等压过程 181
11.2.3 等温过程 182
11.3 理想气体的绝热过程和多方过程 184
11.3.1 绝热过程 184
11.3.2 多方过程 186
11.4 循环过程和卡诺循环 186
11.4.1 循环过程 186
11.4.2 热机和效率 187
11.4.3 制冷机及制冷系数 187
11.4.4 卡诺循环 188
11.5 热力学第二定律的表述 191
11.5.1 可逆过程与不可逆过程 191
11.5.2 热力学第二定律的表述 192
11.6 卡诺定理 194
11.6.1 卡诺定理的内容 194
11.6.2 卡诺定理的证明 194
11.6.3 热力学温标 195
11.7 熵和熵增加原理 195
11.7.1 克劳修斯等式 195
11.7.2 熵 196
11.7.3 熵增加原理 197
11.7.4 温熵图 198
11.8 热力学第二定律的统计意义 199
11.8.1 理想气体自由膨胀不可逆性的统计意义 199
11.8.2 热力学概率和玻尔兹曼熵公式 201
11.8.3 热力学第二定律的适用范围 201
习题11 201
第12章 波动光学 203
12.1 光的电磁理论 203
12.1.1 电磁学理论 203
12.1.2 相干光 204
12.2 分波面的干涉实验 205
12.2.1 杨氏双缝干涉实验 205
12.2.2 菲涅耳双面镜 207
12.2.3 劳埃德镜实验 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 迈克耳孙干涉仪 213
12.5 光的衍射 214
12.5.1 光的衍射现象 214
12.5.2 衍射现象的分类 215
12.5.3 惠更斯-菲涅耳原理 216
12.6 单缝夫琅禾费衍射 216
12.7 圆孔衍射和光学仪器的分辨本领 218
12.7.1 网孔夫琅禾费衍射 218
12.7.2 光谱仪器的分辨本领 219
12.8 光栅衍射 220
12.8.1 光栅 220
12.8.2 光栅方程 221
12.8.3 光栅衍射的光强分布 222
12.8.4 光栅光谱 223
12.9 X射线衍射 224
12.10 光的偏振 225
12.10.1 光的偏振 线偏振光和自然光 226
12.10.2 偏振片 起偏和检偏 227
12.10.3 马吕斯定律 227
12.10.4 反射光和折射光的偏振 228
12.10.5 双折射引起的偏振现象 229
12.10.6 散射引起的偏振现象 230
习题12 231
第13章 狭义相对论 233
13.1 伽利略变换 经典力学的相对性原理 233
13.1.1 经典力学的时空观 伽利略变换 233
13.1.2 经典力学的相对性原理 233
13.2 迈克耳孙-莫雷实验 234
13.2.1 以太参考系 234
13.2.2 迈克耳孙-莫雷实验 234
13.3 狭义相对论的基本原理洛伦兹变换 235
13.3.1 狭义相对论的基本原理 235
13.3.2 洛伦兹变换 235
13.3.3 洛伦兹速度变换 236
13.4 狭义相对论的时空观 238
13.4.1 同时的相对性 238
13.4.2 长度的收缩 238
13.4.3 时间延缓 239
13.5 相对论动量和能量 241
13.5.1 相对论动量与质量 241
13.5.2 狭义相对论力学的基本方程 242
13.5.3 相对论动能 242
13.5.4 质量和能量的关系 243
13.5.5 动量与能量的关系 244
习题13 245
第14章 量子理论 247
14.1 黑体辐射和普朗克能量子假说 247
14.2 光电效应与爱因斯坦光量子假说 250
14.2.1 光电效应 250
14.2.2 爱因斯坦光量子假说 251
14.3 康普顿效应（散射） 251
14.4 玻尔氢原子理论 253
14.4.1 氢原子光谱 253
14.4.2 玻尔氢原子理论 253
14.5 波函数假定 254
14.5.1 德布罗意物质波假说 254
14.5.2 德布罗意波的统计解释 256
14.5.3 状态及状态的描述 256
14.5.4 状态叠加原理 259
14.5.5 内积 261
14.6 薛定谔方程假定 261
14.6.1 自由粒子波函数的薛定谔方程 262
14.6.2 算符化规则 263
14.6.3 非自由粒子波函数方程 264
14.6.4 波函数的标准条件 264
14.7 定态薛定谔方程 265
14.7.1 定态薛定谔方程的建立 265
14.7.2 定态的性质 266
14.7.3 定态的几个典型物理模型问题 266
14.8 电子自旋 281
14.8.1 电子自旋实验 281
14.8.2 电子自旋假设 284
习题14 285
习题参考答案 287
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第1章 质点运动学
运动是绝对的，描述运动是相对的。要想描述一个物体的运动，必须选择另外的物体或物体组作参照。这种被选作参照的物体或物体组称为参考系。参考系的选择是任意的，但通常应根据问题的性质和需要，以方便实用为原则。物体的运动是在时间的流逝中在空间发生的。为了定量地描述物体的运动，必须选择与参考系相固连的坐标系，以确定物体在空间的确切位置。坐标系的选择也是任意的，也以方便实用为原则。
任何物体都有质量、形状和体积，当物体运动时，物体上各点或部位运动的情况是可以不同的。但是，当物体的形状和体积在所研究的问题中不起作用或虽起作用但可忽略不计时，这个物体就可以看成是具有质量的几何点，简称质点。这是对客观物体的科学抽象，理想化了的模型。大的物体不一定不是质点，例如，地球是人类接触到的*大物体，当我们研究地球绕太阳公转时，就把地球看成质点；小的物体不一定是质点，例如，子弹是比较小的物体，当我们研究空气对飞行子弹的阻力时，就不能把子弹视为质点。可见，质点是一个有条件的相对的概念。
1.1 质点运动的一般描述
1.1.1 描述质点运动的几个基本物理量
1. 位置矢量
描述质点在空间位置的有方向线段称质点的位置矢量。也称矢径，常用r表示，在直角坐标系中它是由坐标原点O引向质点所在位置P（z，y，2）的矢量，如图1-1所示，它一般可写成
（1-1）
式中，分别是的单位矢量。即是质点的空间坐标，也是位置矢量r沿坐标轴的三个分量。r的量值为
（1-2）
其方向由方向余弦表示
（1-3）
图1-1 质点的位置矢量
式中，是r分别与轴的夹角。
若质点做平面曲线运动，则有
（1-4）
r的量值为
（1-5）
其方向表示为
（1-6）
质点做直线运动时，则有
（1-7）
2. 位移、路程
（1）位移
设时刻质点在轨道上的A点，位置矢量为；时刻质点在轨道上的B点，位置矢量为rB。则由A到B的有方向线段AB称为质点在时间间隔内的位移，如图1-2所示，若位移AB用表示，则有
（1-8）
式中，是沿直角坐标轴的三个分量，
（2）路程
位移表示质点位置的改变，路程则是质点经过空间的几何路径，图1-2中的就是质点在时间内的路程。位移是矢量，路程是标量，它们是两个完全不同物理概念。当质点做直线运动且在运动方向不变的时间内，位移的大小和路程的量值相等，容易看出，当A趋近零时，有。
图1-2 位移
在国际单位制中，位置矢量，位移矢量和路程的单位均为米（m），量纲是L。
3. 速度、速率
（1）平均速度
设质点在时间内的位移为，则质点在时间内的平均速度定义为
（1-9）
式中，是平均速度沿直角坐标轴的三个分量。
从平均速度的定义看出，平均速度矢量的方向就是与其对应的位移方向。
（2）瞬时速度
如图1-3所示，是时间不断变小而导致变化的情形。当趋近零时，平均速度V的极限定义为f时刻的瞬时速度，即
（1-10）
这表明速度矢量V等于位置矢量r对时间的一阶导数，是反映质点运动状态变化快慢的物理量，其在直角坐标中可表示为
（1-11）
图1-3 瞬时速度
式中，分别代表三个坐标轴的速度分量；速度V的方向就是该时刻质点所在处轨道的切线方向。
（3）速率
设时间内质点的路程为，则时间内质点的平均速率定义为
（1-12）
由于一般情况下，所以平均速率与平均速度的大小并不相等。
当时间趋近零时，平均速率的极限就是瞬时速率即
（1-13）
由于ds=dr，瞬时速度的大小与瞬时速率的量值相等，不言而喻，瞬时速度与瞬时速率是两个不同的物理量。前者是矢量，后者是标量。
在国际单位制中，速度和速率的单位均为m/s，量纲是LT-1。
4. 加速度
（1）平均加速度
设时刻质点在轨道的A点，速度为，时刻质点轨道的B点，速度为，在时间内速度增量为，如图1-4所示，则时间内平均加速度定义为
（1-14）
图1-4 平均加速度
平均加速度只反映在时间内速度的平均变化率。平均加速度的方向就是时间内速度增量的方向，在直角坐标系可表示为
（1-15）
（2）瞬时加速度
当时间变化时，的量值和方向都发生变化，当时间位趋近零时，平均加速度的极限就定义为f时刻的瞬时加速度，即
（1-16）
这表明，质点的瞬时加速度等于速度矢量对时间的一阶导数或位置矢量对时间的二阶导数，其在直角坐标系可表示为
（1-17）
式中，是加速度沿坐标轴的三个分量。
5. 运动方程、轨道方程
（1）运动方程
当质点运动时，质点的位置矢量r的量值和方向都随时间改变，即位置矢量r是时间的函数。这个函数r（t）可以提供质点运动的全部信息，或能反映质点运动的规律。这种反映质点运动规律的函数称运动方程，在直角坐标系中可表示为
（1-18）
其分量为
（1-19）
（2）轨道方程
质点走过的运动轨道可用一个函数式表达，或从运动方程（1-19）中消去变量得到的方程称为轨道方程。一般可表示为
（1-20）
例如：质点做螺旋线运动时，其运动方程为
消去参变量后得到的方程
就是轨道方程。
例1.1 已知质息的运动方程为，求（1）质点在2s时的位置矢量、速度和加速度；（2）质点在2s内的位移。
解 （1）根据质点的运动方程
由速度的定义
根据加速度的定义
（2）将代人质点的运动方程，可得到质点在初始时刻的位置矢量，即，同理得，则有
例1.2 某物体运动规律为，是为正常数，时初速度为，求质点速度的表达式，
解根据已知
分离变量后得
两边积分
得
1.1.2 质点运动的相对性
描述一个质点的运动，选择不同的参考系，所得结论是不同的。例如，描述船的运动，既可以选择河床（地球）为参照系，也可以选择相对河床运动的河水为参考系，
为一般性地讨论，设s系是静止的参考系，如河床，系是相对于S系运动的参考系，如河水，且S7系相对S系运动过程中对应的坐标轴始终保持平行。质点P相对于S系的运动称为绝对运动，质点P相对于系的运动称相对运动，系相对于S系的运动称牵连运动，如图1-5所示，在任何时刻f都有
（1-21）
图1-5 相对运动
即绝对位置矢量r是相对位置矢量和牵连位置矢量的矢量和。若式（1-21）两端取增量、对时间一阶和二阶导数得
（1-22）
（1-23）
（1-24）
它们依次称为位移、速度、加速度合成定理或变换法则。前述船在河水中的运动，可写成更形象更好记的形式，即
必须指出，当与S之间没有加速度时，式（1-24）为
即绝对加速度等于相对加速度，说明这两个参考系S和具有相同的物理属性。
例1.3 一带蓬卡车，蓬高2m，当它停在路上时，倾斜雨滴落入车内，离车厢后沿处都淋着雨，若卡车以v=15km/h的速率沿平直路面行驶时，雨滴恰好不能落入车内，求雨滴下落速度及雨滴相对于车的速度
解根据已知蓬高，设雨滴相对于地面的速度为砂雨地，车相对于地面的速度为砂车地，雨滴相对于车厢的速度为依据式（1-23），可得图1-6所示的几何关系，由此可得
图1-6 雨滴相对运动的矢量关系
例1.4 某人在河水中游泳，假设他在静水中游泳的速度大小为4.5km/h，如果河水的流速为3km/h。求（1）此人向什么方向游时，才会沿着与河岸垂直的方向到达对岸？（2）若他想以*短的时间到达对岸，则应向何方向游？
解 以河岸为参考系，则人相对河水的速度大小为，其方向待求。水相对于河岸的速度为牵连速度大小为，方向沿河岸向东。
（1）由图1-7给出的几何关系可得
（2）河宽
由上式可知，当时到达河对岸历时*短。
图1-7 游泳者相对运动的矢量关系
1.2 几种特殊运动的描述
1.2.1 匀变速直线运动
1. 速度公式
质点做直线运动，且加速度是常量，这样的运动称为匀变速直线运动。例如，自由落体运动就是典型的匀加速直线运动（图1-8）。这种运动的运动学特征是
a=恒矢量
为方便讨论，设匀变速质点沿z轴运动，其初始条件是t=0，v=v0时，则有
定价：41.0
ISBN：9787030395849
作者：向鹏 著；向鹏，韦韧，孙正昊 编
版次：1
出版时间：2014-01
内容提要：
本书是根据国家教育部《高等学校非物理专业物理课程教学基本要求》，为了适应科学技术的发展，在结合笔者多年的教学实践的基础上编写的本科物理教材。内容叙述简明，注重系统性和现代性。全书共一册，包括力学、热学、电磁学、波动光学、近代物理的内容。
目录：
目录
前言
第1章 质点运动学 1
1.1 质点运动的一般描述 1
1.1.1 描述质点运动的几个基本物理量 1
1.1.2 质点运动的相对性 5
1.2 几种特殊运动的描述 6
1.2.1 匀变速直线运动 6
1.2.2 抛体运动 8
1.2.3 圆周运动 9
习题1 14
第2章 质点动力学 15
2.1 牛顿三定律惯性系和非惯性系 15
2.1.1 牛顿三定律 15
2.1.2 关于力的三条规律 16
2.1.3 惯性系和非惯性系惯性力 17
2.2 力的功（力的空间累积效应） 19
2.2.1 功 功率 能量 19
2.2.2 功和能的关系 23
2.3 力的冲量（力的时间累积效应） 25
2.3.1 动量 冲量 冲力 25
2.3.2 冲量和动量的关系 27
2.4 角动量和角动量定理 29
2.4.1 质点的角动量 29
2.4.2 质点的角动量定理 30
2.4.3 质点的角动量守恒定律 32
习题2 33
第3章 刚体力学基础 34
3.1 刚体运动 34
3.1.1 刚体的定义 34
3.1.2 刚体的运动 34
3.1.3 刚体的定轴转动 35
3.2 力矩 转动定律 转动惯量 36
3.2.1 力矩 36
3.2.2 转动定律 36
3.2.3 转动惯量的计算 38
3.3 转动动能 力矩的功 转动动能定理 41
3.3.1 转动动能 41
3.3.2 力矩的功 42
3.3.3 刚体定轴转动的动能定理 42
3.4 角动量 角动量定理 角动量守恒定律 44
3.4.1 角动量（动量矩） 44
3.4.2 角动量定理 44
3.4.3 角动量守恒定律 44
习题3 47
第4章 机械振动 49
4.1 简谐振动 49
4.1.1 简谐振动 49
4.1.2 描述简谐振动的物理量 50
4.1.3 简谐振动的矢量图示法 52
4.2 简谐振动的能量 54
4.3 简谐振动的合成 55
4.3.1 两个同方向同频率简谐振动的合成 55
4.3.2 同方向不同频率简谐振动的合成 56
4.3.3 两个相互垂直的同频率简谐振动的合成 57
4.4 阻尼振动和受迫振动简介 58
4.4.1 阻尼振动 59
4.4.2 受迫振动 60
习题4 60
第5章 机械波 63
5.1 描述机械波的基本物理量 63
5.2 平面简谐波的波函数 65
5.2.1 平面简谐波的波函数 65
5.2.2 波函数的物理意义 66
5.2.3 平面简谐波的微分方程 68
5.3 波的能量 68
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 波的叠加原理 波的干涉 71
5.6 驻波 74
5.7 多普勒效应 76
5.7.1 波源S相对于介质静止，而观察者O以速度v0相对于介质运动 77
5.7.2 观察者O相对于介质静止，而波源S以速度v0相对于介质运动 77
5.7.3 波源S和观察者O同时相对于介质运动 78
习题5 79
第6章 静电场 81
6.1 电荷的量子化 电荷守恒定律 81
6.1.1 电荷的量子化 81
6.1.2 电荷守恒定律 81
6.2 库仑定律 81
6.3 电场强度 82
6.3.1 静电场 82
6.3.2 电场强度 82
6.3.3 点电荷电场强度 83
6.3.4 电场强度叠加原理 84
6.4 电场强度通量 高斯定理 86
6.4.1 电场线 86
6.4.2 电场强度通量 87
6.4.3 高斯定理 88
6.4.4 高斯定理应用举例 89
6.5 静电场的环路定理 电势能 90
6.5.1 静电场力所做的功 90
6.5.2 静电场的环路定理 91
6.5.3 电势能 91
6.6 电势 92
6.6.1 电势 92
6.6.2 点电荷电场的电势 92
6.6.3 电势的叠加原理 92
6.7 电场强度与电势梯度 94
6.7.1 等势面 94
6.7.2 电场强度与电势梯度 95
6.8 静电场中的电偶极子 96
6.8.1 外电场对电偶极子的力矩和取向作用 96
6.8.2 电偶极子在电场中的电势能和平衡位置 96
习题6 96
第7章 静电场中的导体和电介质 99
7.1 静电场中的导体 99
7.1.1 静电感应 静电平衡条件 99
7.1.2 静电平衡时导体上电荷的分布 100
7.2 电容 电容器 100
7.2.1 孤立导体的电容 101
7.2.2 电容器 101
7.2.3 电容器的连接 103
7.3 静电场中的电介质 104
7.3.1 电介质对电容的影响 相对电容率 104
7.3.2 电介质的极化 105
7.3.3 电极化强度 105
7.4 电位移 有电介质时的高斯定理 106
7.5 静电场的能量 能量密度 107
7.5.1 孤立带电导体的电能 107
7.5.2 电容器的电能 108
7.5.3 静电场的能量 能量密度 108
习题7 109
第8章 稳恒磁场 111
8.1 磁场 磁感应强度 111
8.1.1 磁的基本现象 111
8.1.2 磁感应强度 112
8.2 毕奥-萨伐尔定律 113
8.2.1 磁场的叠加原理 113
8.2.2 毕奥-萨伐尔定律 113
8.2.3 毕奥-萨伐尔定律的应用举例 114
8.3 磁场的高斯定理 117
8.3.1 磁感应线 117
8.3.2 磁通量 117
8.3.3 磁场的高斯定理及其应用 118
8.4 安培环路定理 118
8.4.1 安培环路定理 118
8.4.2 安培环路定理的应用 119
8.5 磁场对运动电荷的作用 122
8.5.1 洛伦兹力 带电粒子在均匀磁场中的运动 122
8.5.2 带电粒子在现代电磁场技术中的应用举例 123
8.6 磁场对载流导线的作用 124
8.6.1 安培定律 124
8.6.2 磁场对平面载流线圈作用的力矩 125
8.7 磁场中的磁介质 126
习题8 127
第9章 电磁感应 电磁场基本方程 129
9.1 电磁感应的基本定律 129
9.1.1 电磁感应现象 129
9.1.2 电磁感应的基本定律 130
9.2 动生电动势 132
9.2.1 动生电动势 132
9.2.2 动生电动势与洛伦兹力的关系 133
9.2.3 动生电动势与能量守恒和转换定律的关系 134
9.2.4 磁场中转动线圈内的动生电动势 134
9.3 自感 互感 磁场的能量 136
9.3.1 自感 136
9.3.2 互感 137
9.3.3 磁场的能量 138
9.4 麦克斯韦的两个假设 140
9.4.1 麦克斯韦关于涡旋电场的假设 140
9.4.2 麦克斯韦关于位移电流的假设 142
9.5 麦克斯韦方程组 144
9.5.1 麦克斯韦方程组的积分形式 145
9.5.2 麦克斯韦方程组的微分形式 146
习题9 147
第10章 气体动理论 149
10.1 气体动理论的基本概念 150
10.1.1 热力学系统 150
10.1.2 平衡态、平衡过程、理想气体状态方程 150
10.2 理想气体状态方程的微观解释 153
10.2.1 理想气体压强公式 154
10.2.2 理想气体分子的平均平动动能与温度的关系 155
10.3 能量按自由度均分原理 156
10.3.1 分子运动的自由度 156
10.3.2 能量均分定理 158
10.3.3 理想气体的内能 158
10.4 麦克斯韦速率分布 160
10.4.1 气体分子速率分布函数 160
10.4.2 麦克斯韦分子速率分布律 161
10.4.3 三种统计速率 163
10.5 气体分子的平均自由程和碰撞频率 164
10.5.1 气体分子平均碰撞频率 164
10.5.2 分子的平均自由程 165
10.6 内迁移 范德瓦耳斯方程 167
10.6.1 气体内的迁移现象 167
10.6.2 真实气体 范德瓦耳斯方程 171
习题10 175
第11章 热力学基础 177
11.1 热力学**定律 177
11.1.1 内能、功和热量 177
11.1.2 热力学**定律 179
11.2 理想气体的等值过程 180
11.2.1 等容过程 180
11.2.2 等压过程 181
11.2.3 等温过程 182
11.3 理想气体的绝热过程和多方过程 184
11.3.1 绝热过程 184
11.3.2 多方过程 186
11.4 循环过程和卡诺循环 186
11.4.1 循环过程 186
11.4.2 热机和效率 187
11.4.3 制冷机及制冷系数 187
11.4.4 卡诺循环 188
11.5 热力学第二定律的表述 191
11.5.1 可逆过程与不可逆过程 191
11.5.2 热力学第二定律的表述 192
11.6 卡诺定理 194
11.6.1 卡诺定理的内容 194
11.6.2 卡诺定理的证明 194
11.6.3 热力学温标 195
11.7 熵和熵增加原理 195
11.7.1 克劳修斯等式 195
11.7.2 熵 196
11.7.3 熵增加原理 197
11.7.4 温熵图 198
11.8 热力学第二定律的统计意义 199
11.8.1 理想气体自由膨胀不可逆性的统计意义 199
11.8.2 热力学概率和玻尔兹曼熵公式 201
11.8.3 热力学第二定律的适用范围 201
习题11 201
第12章 波动光学 203
12.1 光的电磁理论 203
12.1.1 电磁学理论 203
12.1.2 相干光 204
12.2 分波面的干涉实验 205
12.2.1 杨氏双缝干涉实验 205
12.2.2 菲涅耳双面镜 207
12.2.3 劳埃德镜实验 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 迈克耳孙干涉仪 213
12.5 光的衍射 214
12.5.1 光的衍射现象 214
12.5.2 衍射现象的分类 215
12.5.3 惠更斯-菲涅耳原理 216
12.6 单缝夫琅禾费衍射 216
12.7 圆孔衍射和光学仪器的分辨本领 218
12.7.1 网孔夫琅禾费衍射 218
12.7.2 光谱仪器的分辨本领 219
12.8 光栅衍射 220
12.8.1 光栅 220
12.8.2 光栅方程 221
12.8.3 光栅衍射的光强分布 222
12.8.4 光栅光谱 223
12.9 X射线衍射 224
12.10 光的偏振 225
12.10.1 光的偏振 线偏振光和自然光 226
12.10.2 偏振片 起偏和检偏 227
12.10.3 马吕斯定律 227
12.10.4 反射光和折射光的偏振 228
12.10.5 双折射引起的偏振现象 229
12.10.6 散射引起的偏振现象 230
习题12 231
第13章 狭义相对论 233
13.1 伽利略变换 经典力学的相对性原理 233
13.1.1 经典力学的时空观 伽利略变换 233
13.1.2 经典力学的相对性原理 233
13.2 迈克耳孙-莫雷实验 234
13.2.1 以太参考系 234
13.2.2 迈克耳孙-莫雷实验 234
13.3 狭义相对论的基本原理洛伦兹变换 235
13.3.1 狭义相对论的基本原理 235
13.3.2 洛伦兹变换 235
13.3.3 洛伦兹速度变换 236
13.4 狭义相对论的时空观 238
13.4.1 同时的相对性 238
13.4.2 长度的收缩 238
13.4.3 时间延缓 239
13.5 相对论动量和能量 241
13.5.1 相对论动量与质量 241
13.5.2 狭义相对论力学的基本方程 242
13.5.3 相对论动能 242
13.5.4 质量和能量的关系 243
13.5.5 动量与能量的关系 244
习题13 245
第14章 量子理论 247
14.1 黑体辐射和普朗克能量子假说 247
14.2 光电效应与爱因斯坦光量子假说 250
14.2.1 光电效应 250
14.2.2 爱因斯坦光量子假说 251
14.3 康普顿效应（散射） 251
14.4 玻尔氢原子理论 253
14.4.1 氢原子光谱 253
14.4.2 玻尔氢原子理论 253
14.5 波函数假定 254
14.5.1 德布罗意物质波假说 254
14.5.2 德布罗意波的统计解释 256
14.5.3 状态及状态的描述 256
14.5.4 状态叠加原理 259
14.5.5 内积 261
14.6 薛定谔方程假定 261
14.6.1 自由粒子波函数的薛定谔方程 262
14.6.2 算符化规则 263
14.6.3 非自由粒子波函数方程 264
14.6.4 波函数的标准条件 264
14.7 定态薛定谔方程 265
14.7.1 定态薛定谔方程的建立 265
14.7.2 定态的性质 266
14.7.3 定态的几个典型物理模型问题 266
14.8 电子自旋 281
14.8.1 电子自旋实验 281
14.8.2 电子自旋假设 284
习题14 285
习题参考答案 287
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第1章 质点运动学
运动是绝对的，描述运动是相对的。要想描述一个物体的运动，必须选择另外的物体或物体组作参照。这种被选作参照的物体或物体组称为参考系。参考系的选择是任意的，但通常应根据问题的性质和需要，以方便实用为原则。物体的运动是在时间的流逝中在空间发生的。为了定量地描述物体的运动，必须选择与参考系相固连的坐标系，以确定物体在空间的确切位置。坐标系的选择也是任意的，也以方便实用为原则。
任何物体都有质量、形状和体积，当物体运动时，物体上各点或部位运动的情况是可以不同的。但是，当物体的形状和体积在所研究的问题中不起作用或虽起作用但可忽略不计时，这个物体就可以看成是具有质量的几何点，简称质点。这是对客观物体的科学抽象，理想化了的模型。大的物体不一定不是质点，例如，地球是人类接触到的*大物体，当我们研究地球绕太阳公转时，就把地球看成质点；小的物体不一定是质点，例如，子弹是比较小的物体，当我们研究空气对飞行子弹的阻力时，就不能把子弹视为质点。可见，质点是一个有条件的相对的概念。
1.1 质点运动的一般描述
1.1.1 描述质点运动的几个基本物理量
1. 位置矢量
描述质点在空间位置的有方向线段称质点的位置矢量。也称矢径，常用r表示，在直角坐标系中它是由坐标原点O引向质点所在位置P（z，y，2）的矢量，如图1-1所示，它一般可写成
（1-1）
式中，分别是的单位矢量。即是质点的空间坐标，也是位置矢量r沿坐标轴的三个分量。r的量值为
（1-2）
其方向由方向余弦表示
（1-3）
图1-1 质点的位置矢量
式中，是r分别与轴的夹角。
若质点做平面曲线运动，则有
（1-4）
r的量值为
（1-5）
其方向表示为
（1-6）
质点做直线运动时，则有
（1-7）
2. 位移、路程
（1）位移
设时刻质点在轨道上的A点，位置矢量为；时刻质点在轨道上的B点，位置矢量为rB。则由A到B的有方向线段AB称为质点在时间间隔内的位移，如图1-2所示，若位移AB用表示，则有
（1-8）
式中，是沿直角坐标轴的三个分量，
（2）路程
位移表示质点位置的改变，路程则是质点经过空间的几何路径，图1-2中的就是质点在时间内的路程。位移是矢量，路程是标量，它们是两个完全不同物理概念。当质点做直线运动且在运动方向不变的时间内，位移的大小和路程的量值相等，容易看出，当A趋近零时，有。
图1-2 位移
在国际单位制中，位置矢量，位移矢量和路程的单位均为米（m），量纲是L。
3. 速度、速率
（1）平均速度
设质点在时间内的位移为，则质点在时间内的平均速度定义为
（1-9）
式中，是平均速度沿直角坐标轴的三个分量。
从平均速度的定义看出，平均速度矢量的方向就是与其对应的位移方向。
（2）瞬时速度
如图1-3所示，是时间不断变小而导致变化的情形。当趋近零时，平均速度V的极限定义为f时刻的瞬时速度，即
（1-10）
这表明速度矢量V等于位置矢量r对时间的一阶导数，是反映质点运动状态变化快慢的物理量，其在直角坐标中可表示为
（1-11）
图1-3 瞬时速度
式中，分别代表三个坐标轴的速度分量；速度V的方向就是该时刻质点所在处轨道的切线方向。
（3）速率
设时间内质点的路程为，则时间内质点的平均速率定义为
（1-12）
由于一般情况下，所以平均速率与平均速度的大小并不相等。
当时间趋近零时，平均速率的极限就是瞬时速率即
（1-13）
由于ds=dr，瞬时速度的大小与瞬时速率的量值相等，不言而喻，瞬时速度与瞬时速率是两个不同的物理量。前者是矢量，后者是标量。
在国际单位制中，速度和速率的单位均为m/s，量纲是LT-1。
4. 加速度
（1）平均加速度
设时刻质点在轨道的A点，速度为，时刻质点轨道的B点，速度为，在时间内速度增量为，如图1-4所示，则时间内平均加速度定义为
（1-14）
图1-4 平均加速度
平均加速度只反映在时间内速度的平均变化率。平均加速度的方向就是时间内速度增量的方向，在直角坐标系可表示为
（1-15）
（2）瞬时加速度
当时间变化时，的量值和方向都发生变化，当时间位趋近零时，平均加速度的极限就定义为f时刻的瞬时加速度，即
（1-16）
这表明，质点的瞬时加速度等于速度矢量对时间的一阶导数或位置矢量对时间的二阶导数，其在直角坐标系可表示为
（1-17）
式中，是加速度沿坐标轴的三个分量。
5. 运动方程、轨道方程
（1）运动方程
当质点运动时，质点的位置矢量r的量值和方向都随时间改变，即位置矢量r是时间的函数。这个函数r（t）可以提供质点运动的全部信息，或能反映质点运动的规律。这种反映质点运动规律的函数称运动方程，在直角坐标系中可表示为
（1-18）
其分量为
（1-19）
（2）轨道方程
质点走过的运动轨道可用一个函数式表达，或从运动方程（1-19）中消去变量得到的方程称为轨道方程。一般可表示为
（1-20）
例如：质点做螺旋线运动时，其运动方程为
消去参变量后得到的方程
就是轨道方程。
例1.1 已知质息的运动方程为，求（1）质点在2s时的位置矢量、速度和加速度；（2）质点在2s内的位移。
解 （1）根据质点的运动方程
由速度的定义
根据加速度的定义
（2）将代人质点的运动方程，可得到质点在初始时刻的位置矢量，即，同理得，则有
例1.2 某物体运动规律为，是为正常数，时初速度为，求质点速度的表达式，
解根据已知
分离变量后得
两边积分
得
1.1.2 质点运动的相对性
描述一个质点的运动，选择不同的参考系，所得结论是不同的。例如，描述船的运动，既可以选择河床（地球）为参照系，也可以选择相对河床运动的河水为参考系，
为一般性地讨论，设s系是静止的参考系，如河床，系是相对于S系运动的参考系，如河水，且S7系相对S系运动过程中对应的坐标轴始终保持平行。质点P相对于S系的运动称为绝对运动，质点P相对于系的运动称相对运动，系相对于S系的运动称牵连运动，如图1-5所示，在任何时刻f都有
（1-21）
图1-5 相对运动
即绝对位置矢量r是相对位置矢量和牵连位置矢量的矢量和。若式（1-21）两端取增量、对时间一阶和二阶导数得
（1-22）
（1-23）
（1-24）
它们依次称为位移、速度、加速度合成定理或变换法则。前述船在河水中的运动，可写成更形象更好记的形式，即
必须指出，当与S之间没有加速度时，式（1-24）为
即绝对加速度等于相对加速度，说明这两个参考系S和具有相同的物理属性。
例1.3 一带蓬卡车，蓬高2m，当它停在路上时，倾斜雨滴落入车内，离车厢后沿处都淋着雨，若卡车以v=15km/h的速率沿平直路面行驶时，雨滴恰好不能落入车内，求雨滴下落速度及雨滴相对于车的速度
解根据已知蓬高，设雨滴相对于地面的速度为砂雨地，车相对于地面的速度为砂车地，雨滴相对于车厢的速度为依据式（1-23），可得图1-6所示的几何关系，由此可得
图1-6 雨滴相对运动的矢量关系
例1.4 某人在河水中游泳，假设他在静水中游泳的速度大小为4.5km/h，如果河水的流速为3km/h。求（1）此人向什么方向游时，才会沿着与河岸垂直的方向到达对岸？（2）若他想以*短的时间到达对岸，则应向何方向游？
解 以河岸为参考系，则人相对河水的速度大小为，其方向待求。水相对于河岸的速度为牵连速度大小为，方向沿河岸向东。
（1）由图1-7给出的几何关系可得
（2）河宽
由上式可知，当时到达河对岸历时*短。
图1-7 游泳者相对运动的矢量关系
1.2 几种特殊运动的描述
1.2.1 匀变速直线运动
1. 速度公式
质点做直线运动，且加速度是常量，这样的运动称为匀变速直线运动。例如，自由落体运动就是典型的匀加速直线运动（图1-8）。这种运动的运动学特征是
a=恒矢量
为方便讨论，设匀变速质点沿z轴运动，其初始条件是t=0，v=v0时，则有