第一章质点运动学

本章首先定义描述质点运动的物理量，如位置矢量、位移、速度和加速度等，进而讨论这些量随时间变化的关系，然后以圆周远动为例讨论曲线运动的描述，最后介绍相对运动以及相对运动中速度叠加原理。

●1.1质点 物理模型 参考系 坐标系

物质的运动的描述是相对的，复杂的。选择合适的参考系和物理模型能对物体的机械运动作定性的描述，建立适当的坐标系能定量描述物体的运动。

●1.2位置矢量 位移 速度 加速度

物质的运动的描述是相对的，复杂的。选择合适的参考系和物理模型能对物体的机械运动作定性的描述，建立适当的坐标系能定量描述物体的运动。

●1.3曲线运动的描述

一般用位置矢量、速度和加速度三个参量来描述质点的运动。位置矢量描述质点的空间位置，速度描述质点位置变化快慢及方向，加速度描述运动速度改变的快慢和方向。

●1.4相对运动

物体的描述是相对的，即选择不同的参考系，同一物体运动的描述是不同的。本节探讨了在不同参考系中，描述质点运动的物理量之间存在的关系。

●1.5质点运动学的两类基本问题

在质点运动学中，主要有两种类型的运动学问题。如果已知运动方程，可以通过对时间求导来获得速度和加速度，这类问题称为微分问题。如果已知速度求运动学方程，或者已知加速度求速度和运动学方程，可以通过积分法求解，这类问题称为积分问题。

第二章质点运动学

]质点动力学以牛顿运动定律为基础，研究物体之间的相互作用以及由此所引起的物体运动状态的变化规律。主要包括三个方面的内容，一是研究力的瞬时效应，即牛顿运动定律；二是研究力对时间的积累效应(冲量)并得出（角）动量守恒定律；三是研究力对空间的积累效应（功）并得出机械能守恒定律。

●2.1牛顿运动定律

牛顿运动定律是质点动力学的基本定律，也是经典力学的核心。牛顿定律包括三个定律，第一定律给出力的作用效果是迫使物体运动状态发生改变；第二定律描述了力与物体运动状态改变（加速度）的定量关系；第三定律描述了力是物体间的相互作用。

●2.2动量定理 动量守恒定律

本节首先定义了描述力的时间积累效果相关的物理量---冲量和动量，其次研究了冲量和动量之间的关系----动量守恒定律，最后推导出动量守恒定律。

●2.3动能定理和机械能守恒定律

能是物理学中的重要概念。机械运动中所具有的动能和势能之和称为机械能。本节主要从力的空间积累效果---功出发，定义了动能和势能，并讨论机械运动中能量变化规律----动能定理和机械能守恒定律。

●2.4角动量和角动量守恒定律

角动量概念的建立和转动有密切联系。本节引入力矩、角动量的概念，探讨了质点的角动量定理和角动量守恒定律。

第三章刚体力学基础

本章介绍刚体定轴转动所遵循的运动学及动力学规律，通过本章的学习，学生能了解刚体运动的描述，理解转动惯量、力对转轴的力矩、转动动能、力矩的功、角动量等基本概念，掌握刚体定轴转动的转动定律、刚体定轴转动中的动能定理和角动量守恒定律，并能对日常生活中的相关问题进行简单分析。

●3.1刚体运动的描述

本章介绍刚体定轴转动所遵循的运动学及动力学规律，通过本章的学习，学生能了解刚体运动的描述，理解转动惯量、力对转轴的力矩、转动动能、力矩的功、角动量等基本概念，掌握刚体定轴转动的转动定律、刚体定轴转动中的动能定理和角动量守恒定律，并能对日常生活中的相关问题进行简单分析。

●3.2转动惯量

本章介绍刚体定轴转动所遵循的运动学及动力学规律，通过本章的学习，学生能了解刚体运动的描述，理解转动惯量、力对转轴的力矩、转动动能、力矩的功、角动量等基本概念，掌握刚体定轴转动的转动定律、刚体定轴转动中的动能定理和角动量守恒定律，并能对日常生活中的相关问题进行简单分析。

●3.3刚体定轴转动的转动定律

本章介绍刚体定轴转动所遵循的运动学及动力学规律，通过本章的学习，学生能了解刚体运动的描述，理解转动惯量、力对转轴的力矩、转动动能、力矩的功、角动量等基本概念，掌握刚体定轴转动的转动定律、刚体定轴转动中的动能定理和角动量守恒定律，并能对日常生活中的相关问题进行简单分析。

●3.4刚体转动定律应用

本章介绍刚体定轴转动所遵循的运动学及动力学规律，通过本章的学习，学生能了解刚体运动的描述，理解转动惯量、力对转轴的力矩、转动动能、力矩的功、角动量等基本概念，掌握刚体定轴转动的转动定律、刚体定轴转动中的动能定理和角动量守恒定律，并能对日常生活中的相关问题进行简单分析。

●3.5刚体定轴转动的动能定理

本章介绍刚体定轴转动所遵循的运动学及动力学规律，通过本章的学习，学生能了解刚体运动的描述，理解转动惯量、力对转轴的力矩、转动动能、力矩的功、角动量等基本概念，掌握刚体定轴转动的转动定律、刚体定轴转动中的动能定理和角动量守恒定律，并能对日常生活中的相关问题进行简单分析。

●3.6刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律

本章介绍刚体定轴转动所遵循的运动学及动力学规律，通过本章的学习，学生能了解刚体运动的描述，理解转动惯量、力对转轴的力矩、转动动能、力矩的功、角动量等基本概念，掌握刚体定轴转动的转动定律、刚体定轴转动中的动能定理和角动量守恒定律，并能对日常生活中的相关问题进行简单分析。

●3.7刚体角动量守恒定律的应用

本章介绍刚体定轴转动所遵循的运动学及动力学规律，通过本章的学习，学生能了解刚体运动的描述，理解转动惯量、力对转轴的力矩、转动动能、力矩的功、角动量等基本概念，掌握刚体定轴转动的转动定律、刚体定轴转动中的动能定理和角动量守恒定律，并能对日常生活中的相关问题进行简单分析。

第四章机械振动

本章介绍机械振动力学的基本理论及分析振动问题的方法，通过本章的学习，学生能了解阻尼振动、受迫振动和共振，理解简谐振动的运动学特征和动力学特征、描述简谐振动的各物理量的物理意义、简谐振动的能量、两同方向同频率谐振动的合成规律，以及合振动振幅的加强、减弱条件。能掌握简谐振动的旋转矢量法，能用旋转矢量法分析和计算有关问题。

●4.1简谐振动的特征

本章介绍机械振动力学的基本理论及分析振动问题的方法，通过本章的学习，学生能了解阻尼振动、受迫振动和共振，理解简谐振动的运动学特征和动力学特征、描述简谐振动的各物理量的物理意义、简谐振动的能量、两同方向同频率谐振动的合成规律，以及合振动振幅的加强、减弱条件。能掌握简谐振动的旋转矢量法，能用旋转矢量法分析和计算有关问题。

●4.2描述简谐振动的物理量

本章介绍机械振动力学的基本理论及分析振动问题的方法，通过本章的学习，学生能了解阻尼振动、受迫振动和共振，理解简谐振动的运动学特征和动力学特征、描述简谐振动的各物理量的物理意义、简谐振动的能量、两同方向同频率谐振动的合成规律，以及合振动振幅的加强、减弱条件。能掌握简谐振动的旋转矢量法，能用旋转矢量法分析和计算有关问题。

●4.3描述简谐振动的方法

本章介绍机械振动力学的基本理论及分析振动问题的方法，通过本章的学习，学生能了解阻尼振动、受迫振动和共振，理解简谐振动的运动学特征和动力学特征、描述简谐振动的各物理量的物理意义、简谐振动的能量、两同方向同频率谐振动的合成规律，以及合振动振幅的加强、减弱条件。能掌握简谐振动的旋转矢量法，能用旋转矢量法分析和计算有关问题。

●4.4旋转矢量法的应用

本章介绍机械振动力学的基本理论及分析振动问题的方法，通过本章的学习，学生能了解阻尼振动、受迫振动和共振，理解简谐振动的运动学特征和动力学特征、描述简谐振动的各物理量的物理意义、简谐振动的能量、两同方向同频率谐振动的合成规律，以及合振动振幅的加强、减弱条件。能掌握简谐振动的旋转矢量法，能用旋转矢量法分析和计算有关问题。

●4.5简谐振动的能量和简谐振动的合成

本章介绍机械振动力学的基本理论及分析振动问题的方法，通过本章的学习，学生能了解阻尼振动、受迫振动和共振，理解简谐振动的运动学特征和动力学特征、描述简谐振动的各物理量的物理意义、简谐振动的能量、两同方向同频率谐振动的合成规律，以及合振动振幅的加强、减弱条件。能掌握简谐振动的旋转矢量法，能用旋转矢量法分析和计算有关问题。

●4.6阻尼振动

本章介绍机械振动力学的基本理论及分析振动问题的方法，通过本章的学习，学生能了解阻尼振动、受迫振动和共振，理解简谐振动的运动学特征和动力学特征、描述简谐振动的各物理量的物理意义、简谐振动的能量、两同方向同频率谐振动的合成规律，以及合振动振幅的加强、减弱条件。能掌握简谐振动的旋转矢量法，能用旋转矢量法分析和计算有关问题。

●4.7受迫振动 共振

本章介绍机械振动力学的基本理论及分析振动问题的方法，通过本章的学习，学生能了解阻尼振动、受迫振动和共振，理解简谐振动的运动学特征和动力学特征、描述简谐振动的各物理量的物理意义、简谐振动的能量、两同方向同频率谐振动的合成规律，以及合振动振幅的加强、减弱条件。能掌握简谐振动的旋转矢量法，能用旋转矢量法分析和计算有关问题。

第五章机械波

振动的传播过程叫波动。机械振动在媒质中的传递构成机械波，各种形式的波的共同特征是具有时间周期性和空间周期性，因此定量描述波动过程的数学表达式既是时间又是空间位置的周期函数，我们把它称为波函数或波动方程式。本章以机械波为例讨论平面简谐波的描述以及波的传播性质，了解机械波的特点和规律。

●5.1机械波的形成和传播

机械波的产生需要哪些条件？描述波需要哪些物理量？从几何角度如何形象的描述波？本小节我们将带领大家探究这些知识点。

●5.2平面简谐波的波动方程

做简谐振动的波源在弹性媒质中形成的波称为简谐波，如何定量描述质点振动位移随空间和时间的变化呢？本节将带领大家建立平面简谐波的波动方程并理解它的物理意义。

●5.3波的能量

当行波在媒质中传播时，远离波源原来静止的媒质后来也振动起来了，说明行波伴随着能量的传播。波的能量传播具有什么特点，如何定量描述？本小节将带领大家一起来学习。

●5.4惠更斯原理 波的干涉

在波的传播过程中，任何一点都是一个新的波源，称为子波源。在以后的时刻里，这些子波的包络面就是该时刻的波面，这就是惠更斯原理。以惠更斯原理为基础，本节还将介绍波的叠加原理以及波的干涉。

●5.5驻波

驻波是一种特殊的干涉现象。驻波是如何形成的，有哪些特点？什么是半玻损失现象？让我们一起来揭秘。

●5.6多普勒效应

前几节是在波源与观察者相对于媒质均为静止的情况下研究波的传播规律，因此观察者接受到的频率与波源的频率相同。若波源与观察者或两者同时相对媒质在运动，观察者接受到的频率与波源的频率不同，这就是多普勒效应。

第六章光的干涉

在对光的研究中，人们发现，满足一定条件的两列光相遇时，在他们的重叠区域会出现稳定的明暗分布，这就是光的干涉现象。本章将介绍如何产生光的干涉现象以及分波阵面干涉和分振幅干涉的典型实验及其条纹分布特点。

●6.1光源 光的相干性

光源是如何发光的？普通光源的发光特点？满足什么条件的光才能相干？相干光和非相干光的光强分布特点？如何获得相干光？本节课将为大家一一揭晓。

●6.2光程与光程差

干涉现象的产生决定于两束相干光波的相位差。如何方便的计算两相干光在相遇点产生的相位差？我们很有必要来学习和理解光程与光程差的概念。

●6.3杨氏双缝干涉

把光源上同一发光点发出的光波分成两束或两束以上的相干光束，使他们各经历不同路径后再相遇，这就是分波阵面干涉，本节将介绍分波阵面干涉的典型实验：杨氏双缝干涉实验。

●6.4分振幅干涉

当一束光投射到两种透明媒质的分界面时将分成两束：一束为反射光，另一束为折射光。这种将同一束光分解成两部分的方法称为分振幅法，用分振幅法产生的光干涉称为分振幅干涉。本节将介绍重点介绍分振幅干涉的两种类型：等倾干涉和等厚干涉。

第七章光的衍射

本章首先介绍惠更斯-菲涅尔原理，提出子波的概念，从而用半波带法分析单缝夫琅禾费衍射，讨论衍射条纹的分布以及缝宽和波长对条纹分布的影响，跟着分析另一种形状的衍射——圆孔衍射，此外还探讨了光栅衍射，并对光学仪器分辨率进行介绍。

●7.1光的衍射 惠更斯-菲涅尔原理

通过学习光的衍射现象，知道两类衍射现象：菲涅尔衍射和夫郎禾费衍射；了解惠更斯-菲涅尔原理，知道子波的概念。

●7.2夫琅禾费单缝衍射

掌握夫琅禾费单缝衍射，能通过菲涅尔半波带法计算单缝衍射的条纹分布，能分析缝宽及波长对条纹分布的影响。

●7.3光栅衍射

大量等间距、等宽度的平行狭缝组成的光学元件叫光栅，每一个狭缝相当于一个单缝，多光束之间发生干涉，通过光栅方程知道光栅衍射的现象和原理。

●7.4圆孔衍射 光学仪器的分辨率

在单缝夫琅禾费衍射实验装置中，如果用一小孔代替狭缝，也会产生衍射现象，称为圆孔夫琅禾费衍射，中央亮斑叫艾里斑，由此引出了仪器的最小分辨角和分辨率。

第八章光的偏振

光的电磁波本性使得光具有偏振现象，根据光波的光矢量不同可以把光分成自然光与偏振光。通过偏振片可以从自然光中获得偏振光，也可以检测光束是否为偏振光，而线偏振光通过偏振片后的光强可以用马吕斯定律得到。另一种获得线偏振光的方法是当入射角为布儒斯特角时，反射光为线偏振光。

●8.1自然光与偏振光

光是横波具有偏振性，自然光是同时具有时间分布均匀性和空间分布均匀性的光；线偏振光是光矢量的方向始终不变，只沿一个固定方向振动的光；部分偏振光是沿某一方向的光振动优于其他方向的光。

●8.2起偏和和检偏 马吕斯定律

利用偏振片可以从自然光中获得偏振光，也可以检测光束是否为偏振光，本节学习利用偏振片来实现起偏和检偏的规律。 线偏振光透过偏振片之后的光强的变化可以由马吕斯定律算出，这里要注意入射光是线偏振光，而非自然光。

●8.3反射光和折射光的偏振

当一束自然光入射到一介质表面时，反射光跟折射光一般都是部分偏振光。如果入射角等于某一特定值时，在反射光成为只有垂直振动方向的线偏振光，此时的入射角称之为布儒斯特角。

第九章气体动理论

气体动理论是统计物理中最简单、最基本的内容。气体在平衡态下的宏观热力学性质其背后的微观本质究竟是什么呢？本章从气体微观结构的理想模型出发，以每个微观粒子遵循的力学规律为基础，运用统计的方法来推导宏观物理量与微观量统计平均值之间的关系，揭示气体宏观性质及其有关规律的微观本质。本章主要以理想气体为研究对象。

●9.1平衡态、温度、理想气体状态方程

平衡态是气体宏观性质不随时间而变化的一种理想化状态。在某个平衡态下，描写气体宏观性质的物理量的值是不变的。温度就是其中非常重要的一个宏观量，它是由热力学第零定律引入的。这些宏观量称为状态参量。各个状态参量之间并非完全独立的，它们满足的函数关系式称为状态方程。从气体的三个实验定律可以得到理想气体的状态方程。

●9.2理想气体的压强和温度的统计意义

压强和温度是大家非常熟悉的物理量。平衡态下，气体的压强和温度都具有确定的值，但是气体分子仍然不停地在做无规则的热运动。宏观参量压强和温度与气体分子的微观运动之间有什么关系呢？本节我们从气体分子的微观模型和性质入手，根据单个分子遵循的力学规律，利用统计平均的方法推导理想气体的压强和温度公式。从中揭示压强和温度的微观本质。

●9.3能量均分定律 理想气体的内能

单原子分子的运动只有平动，双原子分子和多原子分子的运动除了平动以外，还有转动和振动。分子热运动的平均动能包含平动动能、转动动能和振动动能。那么，分子的平均动能在各种不同运动形式上的分配规律是怎样的呢？能量均分定理给出了这个问题的答案。利用这个定理，我们可以计算理想气体内部各种形式能量的总和——理想气体的内能。结果表明，理想气体的内能只与气体的温度有关。

●9.4麦克斯韦速度分布律

对于某一个气体分子，它在任一时刻的运动速度是具有偶然性的，但是大量分子从整体上会呈现出一定的统计规律。1859年，麦克斯韦用概率论证明了在平衡态下，理想气体分子速度分布遵循一定的规律，这个规律就是麦克斯韦速度分布律。利用速率分布函数可以描写在一定速率区间内气体分子出现的概率。理想气体分子按速率分布的函数是麦克斯韦在1860年根据经典统计理论推导得出的，称为麦克斯韦速率分布函数。利用麦克斯韦速率分布函数可以计算分子速率的三个统计平均值：最概然速率、平均速率和方均根速率。

第十章热力学基础

与气体动理论不同，热力学基础并不考虑物质的微观结构和运动过程，而是以宏观系统为研究对象，从能量的观点出发，研究系统状态变化过程中热功转化的关系和条件。本章主要介绍了热力学第一定律及其在各种特殊过程中的应用，热力学第二定律及其统计意义，介绍了熵的概念以及熵增加原理。

●10.1准静态过程

任何热力学过程中，系统内能的变化通过做功和传热实现。准静态过程是热力学过程的一个理想化模型。准静态过程中，功和热量都可以用描述系统的状态参量来表示。功和热量都与过程有关，内能只与状态有关。

●10.2热力学第一定律

热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的具体表现。本节介绍了热力学第一定律及其数学表达式，分析了热力学第一定律在一些特殊过程如等容过程、等压过程、等温过程、绝热过程中的应用。

●10.3循环过程 卡若循环

本节介绍了热力学第一定律在循环过程中的具体应用。介绍了热机循环的效率和制冷机制冷系数。卡诺循环是在研究热机效率的基础上提出来的一个理想循环。卡诺循环的效率只与两个热源的温度有关，与工质无关。

●10.4热力学第二定律

满足热力学第一定律的热力学过程不一定都能进行，实际的热力学过程只能按一定的方向进行，这个规律要用热力学第二定律说明。本节介绍了热力学第二定律最具代表性的表述：开尔文表述和克劳修斯表述。介绍了可逆过程和不可逆过程，热力学第二定律的统计意义，熵的概念和熵增加原理。

●10.5热力学第二定律的统计意义

满足热力学第一定律的热力学过程不一定都能进行，实际的热力学过程只能按一定的方向进行，这个规律要用热力学第二定律说明。本节介绍了热力学第二定律最具代表性的表述：开尔文表述和克劳修斯表述。介绍了可逆过程和不可逆过程，热力学第二定律的统计意义，熵的概念和熵增加原理。