本书在编写过程中,注重内容体系的完整,突出物理本质,符合教学实际,重视各阶段知识的衔接。在教材内容中还适时、适量引入物理学发展中的一些重要思想、科学家的创造性思维、哲学的普遍原理、学科前沿和科技发展新动态等,将专业知识与课程思政元素有机结合,使读者能够从中受到启迪,提高科学素养,培养其探索未知、追求真理、勇攀科学高峰的责任感和使命感。希望通过本书的学习,读者能够对理学有比较全面、系统的认识,掌握物理学的基本概念和基本原理以及研究问题的方法,增进科学思维方法和科学伦理的训练,提高分析问题和解决问题的能力。

本书内容包括力学、热学、振动、波动、电磁学、光学和量子力学等,共计十二章。附有数学预备知识和课后习题答案。

第一章 质点机械运动的描述 …………………………………………………………… 1

 1.1 质点运动的描述 ………………………………………………………………………… 1

 1.2 圆周运动及其描述 ……………………………………………………………………… 8

 1.3 伽利略变换和经典时空观……………………………………………………………… 11

*1.4 洛伦兹变换和相对论时空观…………………………………………………………… 14

第二章 质点动力学 ……………………………………………………………………… 20

 2.1 牛顿运动定律…………………………………………………………………………… 20

 2.2 动量定理和动量守恒定律……………………………………………………………… 28

 2.3 功 动能定理…………………………………………………………………………… 33

 2.4 系统的势能 机械能守恒定律………………………………………………………… 38

*2.5 相对论力学中的几个重要结论………………………………………………………… 42

第三章 刚体的定轴转动 ………………………………………………………………… 49

 3.1 刚体定轴转动的描述…………………………………………………………………… 49

 3.2 刚体定轴转动定律……………………………………………………………………… 52

 3.3 刚体定轴转动的动能定理……………………………………………………………… 55

 3.4 定轴转动刚体的角动量定律和角动量守恒定律……………………………………… 57

第四章 气体动理论初步 ………………………………………………………………… 62

 4.1 理想气体………………………………………………………………………………… 62

 4.2 理想气体的压强与温度的微观机制…………………………………………………… 66

 4.3 能量均分定理 理想气体的内能……………………………………………………… 71

 4.4 气体分子的速率分布规律……………………………………………………………… 73

第五章 热力学基础 ……………………………………………………………………… 78

 5.1 热力学第一定律………………………………………………………………………… 78

 5.2 理想气体的几个典型准静态过程……………………………………………………… 83

5.3 循环过程………………………………………………………………………………… 89

 5.4 热力学第二定律………………………………………………………………………… 92

第六章 振动学基础 ……………………………………………………………………… 95

 6.1 简谐振动的规律………………………………………………………………………… 95

 6.2 简谐振动的描述………………………………………………………………………… 99

 6.3 两个同方向、同频率简谐振动的合成………………………………………………… 103

第七章 波动学基础 …………………………………………………………………… 108

 7.1 波动的基本概念 ……………………………………………………………………… 108

 7.2 平面简谐波 …………………………………………………………………………… 111

 7.3 波的能量 ……………………………………………………………………………… 116

 7.4 波的叠加 ……………………………………………………………………………… 120

*7.5 多普勒效应 …………………………………………………………………………… 122

第八章 静电场 ………………………………………………………………………… 127

 8.1 电荷 库仑定律 ……………………………………………………………………… 127

 8.2 电场 电场强度 ……………………………………………………………………… 129

 8.3 静电场的高斯定理 …………………………………………………………………… 134

 8.4 静电场的环路定理 电势 …………………………………………………………… 140

 8.5 静电场中的导体和电介质 …………………………………………………………… 145

 8.6 电容 静电场的能量 ………………………………………………………………… 151

第九章 稳恒磁场 ……………………………………………………………………… 157

 9.1 磁感应强度 磁场的高斯定理 ……………………………………………………… 157

 9.2 毕奥-萨伐尔定律 ……………………………………………………………………… 160

 9.3 安培环路定理 ………………………………………………………………………… 163

 9.4 带电粒子在磁场中的运动 …………………………………………………………… 165

 9.5 磁场对电流的作用 …………………………………………………………………… 168

 9.6 介质中的磁场 ………………………………………………………………………… 170

第十章 电磁感应 电磁场 …………………………………………………………… 176

 10.1 电磁感应的基本定律………………………………………………………………… 176

 10.2 动生电动势 感生电动势…………………………………………………………… 179

 10.3 自感 互感 磁场的能量…………………………………………………………… 182

 10.4 麦克斯韦电磁场理论简介…………………………………………………………… 186

 10.5 电磁波………………………………………………………………………………… 188

第十一章 波动光学 ……………………………………………………………………… 196

 11.1 相干光 光程………………………………………………………………………… 196

 11.2 杨氏双缝干涉………………………………………………………………………… 201

 11.3 薄膜干涉……………………………………………………………………………… 204

 11.4 单缝夫琅禾费衍射…………………………………………………………………… 211

 11.5 光栅衍射……………………………………………………………………………… 216

 11.6 光的偏振……………………………………………………………………………… 220

第十二章 量子物理学基础 ……………………………………………………………… 227

 12.1 黑体辐射与普朗克能量子假说……………………………………………………… 227

 12.2 光电效应与爱因斯坦光子理论……………………………………………………… 231

 12.3 氢原子光谱与玻尔氢原子理论……………………………………………………… 237

 12.4 实物粒子的波粒二象性和不确定关系……………………………………………… 243

 12.5 波函数 薛定谔方程及其简单应用………………………………………………… 247

 12.6 电子的自旋 原子的壳层结构……………………………………………………… 260

附 录 数学预备知识 ………………………………………………………………… 266

 数学预备知识之一 常用导数公式和积分公式…………………………………………… 266

 数学预备知识之二 矢量相关……………………………………………………………… 267

课后习题答案 …………………………………………………………………………… 271

参考文献 ………………………………………………………………………………… 283