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魔法学校系列丛书·课堂笔记。漫游课堂奇境，探寻考试法宝。
经典物理学导论：理论与应用 本书旨在为高中高年级（或大学一年级）学生提供一个全面而深入的经典物理学基础，重点关注力学、热学和电磁学三大核心领域。本书内容不包含任何关于“课堂笔记：物理（高2）（上）（必修加选修）”的具体章节、习题或笔记形式的内容。 --- 第一部分：力学基础——运动的规律与能量的守恒 本部分构建了理解宏观世界运动的基础框架，从牛顿的经典体系出发，逐步过渡到能量和动量的保守定律，为后续的深入学习打下坚实的基础。 第一章：运动学描述 本章细致讲解了描述物体运动所需的数学工具和物理概念。我们从理想化的质点模型入手，定义了位移、速度和加速度。重点探讨了一维匀变速直线运动的规律，并通过矢量分析引入了二维和三维空间中的运动描述，包括抛体运动的精确分析以及圆周运动的角速度、线速度与向心加速度的关系。通过大量实例，帮助读者建立起对瞬时变化率的直观理解。 第二章：牛顿运动定律 这是经典力学的核心。本章详细阐述了牛顿第一、第二和第三定律。第二定律（$mathbf{F}=mmathbf{a}$）被视为连接力和运动的桥梁，并通过分解合力，解决各种复杂场景下的动力学问题，如连接体、摩擦力、弹簧力等。我们深入探讨了惯性参考系与非惯性参考系的概念，为理解惯性力（如离心力和科里奥利力）的引入做好铺垫。第三定律（作用力与反作用力）则被用来分析相互作用中的守恒特性。 第三章：功、能与功率 功和能的概念是物理学中最为强大的工具之一。本章定义了功的标量概念，并基于此导出了动能定理。随后，我们系统地介绍了保守力与势能（重力势能、弹性势能），并严格证明了机械能守恒定律。对于非保守力做功的情况，我们建立了动能与势能的推广关系。功率作为能量转换的速率，被引入以分析实际工程中的效率问题。 第四章：动量与碰撞 动量（线性动量）的概念及其守恒定律是处理相互作用系统，特别是涉及快速碰撞或爆炸问题的关键。本章推导了动量定理，并着重分析了完全弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非弹性碰撞的特点，强调了动量守恒在隔离系统中的普适性。此外，本部分还引入了质心运动的概念，展示了质心运动如何不受内部相互作用力的影响。 第五章：刚体转动与平衡 将运动学和动力学扩展到具有形状和大小的物体——刚体。本章定义了转动动量、转动惯量以及力矩。类比平动中的牛顿第二定律，我们导出了刚体的转动动力学方程 ($oldsymbol{ au} = Ioldsymbol{alpha}$)。本章还详细讨论了刚体转动的能量（转动动能）和角动量守恒定律，并通过静态平衡的条件（合力和合力矩为零）来解决结构稳定性的问题。 --- 第二部分：热学——物质的微观运动与宏观能量传递 本部分将视角转向了温度、热量和物质的统计行为，连接了微观粒子运动与宏观热现象。 第六章：理想气体与气体动理论 本章从宏观上描述了气体的状态方程——理想气体状态方程 ($PV=nRT$)。随后，我们深入到微观层面，通过气体动理论（Kinetic Theory of Gases）解释了宏观压力和温度的统计学起源。本章推导了气体分子平均速率的分布，并明确了温度与分子平均平动动能之间的关系。 第七章：热力学定律 热力学是能量在不同形式间转换的科学。本章首先定义了热力学系统、功（体积功）和内能，并严格阐述了热力学第一定律（能量守恒的另一种表达）。接着，我们介绍了比热容、等温、绝热、等压和等容过程，并分析了气体在这些过程中的能量变化。最后，热力学第二定律被引入，阐述了自然过程的方向性、熵（Entropy）的概念及其在不可逆过程中的增加趋势。 第八章：热量传递 本章聚焦于热能如何在物体之间或系统之间传递的机制。详细分析了三种基本传热方式：热传导（涉及傅里叶定律）、热对流（涉及流体力学）和热辐射（涉及黑体辐射的基本概念）。通过实际例子，如建筑保温和散热，说明了这些过程的应用。 --- 第三部分：电磁学——场、力和相互作用的统一 本部分是经典物理学中最庞大、最精妙的部分，它描述了电荷与磁体如何相互作用，以及光本身作为电磁波的本质。 第九章：静电学与电势 本章从电荷的性质和守恒定律开始，引入了库仑定律，这是静电力学的基石。随后，我们从静电力导出电场（$mathbf{E}$）的概念，并学习如何通过电场线来可视化场的分布。本章的核心在于电势的概念，即标量势能的体现，通过电势差解释了电场力做功的性质。高斯定律在静电学中的应用，尤其是在处理具有高度对称性的电荷分布时，被重点强调。 第十章：直流电路与磁场起源 电荷的稳恒运动形成了电流。本章讨论了电阻、欧姆定律、串并联电路的分析方法，以及电功率的计算。随后，视线转向磁场：电流的磁效应，包括毕奥-萨伐尔定律和安培环路定律，用于计算不同电流分布产生的磁场。洛伦兹力（磁场对运动电荷的作用力）被用来分析带电粒子在磁场中的运动轨迹。 第十一章：电磁感应与交流电 法拉第电磁感应定律揭示了变化的磁场如何产生电场（感应电动势），这是发电机的基本原理。楞次定律则给出了感应电流方向的判断依据。本章还介绍了电感器及其产生的自感与互感现象。最后，我们初步探讨了电阻（R）、电感（L）和电容（C）元件在交变电流（AC）电路中的响应特性。 第十二章：麦克斯韦方程组与电磁波 本章是对整个电磁学理论的总结与升华。我们回顾并完整陈述了麦克斯韦方程组（积分形式），这些方程统一了电场、磁场、电荷和电流之间的所有关系。特别是麦克斯韦对安培定律的修正（引入了位移电流），预言了电磁波的存在。本章详细分析了电磁波的产生、传播特性，以及其在真空中以光速传播的必然性，从而将光学初步纳入电磁学的范畴。 --- 本书的特点在于其严谨的逻辑推导、丰富的图示辅助以及对物理图像的深刻构建。它要求读者不仅要掌握公式，更要理解公式背后的物理意义和适用条件，为未来探索相对论和量子力学打下坚实、无可动摇的经典物理学基础。
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