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第1篇 力学 2

1质点运动学 2

1.1参考系 时间和空间 2

1.1.1参考系 坐标系 2

1.1.2时间 2

1.1.3长度的测量 3

1.2质点运动的描述 4

1.2.1质点 4

1.2.2位置矢量 运动方程 4

1.2.3位移和路程 5

1.2.4速度和速率 6

1.2.5加速度 7

1.2.6运动学中的两类问题 7

1.3质点运动几种典型形式 10

1.3.1匀速直线运动 10

1.3.2匀变速直线运动 11

1.3.3抛体运动 12

1.3.4自然坐标系 圆周运动 14

1.4相对运动 19

阅读材料（1）伽利略的科学成就 21

习题1 23

2牛顿定律 25

2.1牛顿定律 25

2.1.1牛顿第一定律 25

2.1.2牛顿第二定律 26

2.1.3牛顿第三定律 27

2.2物理量的单位和量纲 27

2.3几种常见的力 28

2.3.1万有引力 重力 28

2.3.2弹性力 29

2.3.3摩擦力 30

2.4牛顿定律的应用 30

2.5非惯性系 惯性力 34

2.5.1伽利略相对性原理 34

2.5.2平动加速参考系 平动惯性力 35

2.5.3匀速转动参考系 惯性离心力 科里奥利力 36

阅读材料（2）失重、微重力和超重 36

习题2 37

3动量和动量守恒定律 41

3.1质点和质点系的动量定理 41

3.1.1冲量 质点的动量定理 41

3.1.2质点系的动量定理 42

3.2动量守恒定律 44

3.2.1动量守恒定律 44

3.2.2火箭的运动 46

3.3质心 质心运动定理 48

3.3.1质心 48

3.3.2质心运动定理 49

3.3.3质心系 50

阅读材料（3）宇宙飞船 50

习题3 51

4功和能 54

4.1功 功率 54

4.1.1功 54

4.1.2功率 58

4.2动能 动能定理 59

4.2.1质点的动能定理 59

4.2.2质点系的动能定理 61

4.3保守力和非保守力 63

4.3.1保守力 63

4.3.2非保守力 65

4.4势能 势能曲线 65

4.4.1势能 65

4.4.2力学中几种常见的势能 66

4.4.3势能曲线 67

4.5功能原理 机械能守恒定律 68

4.5.1质点系的功能原理 68

4.5.2机械能守恒定律 72

4.5.3宇宙速度 75

4.6能量守恒定律 77

阅读材料（4）能源的开发与利用 77

习题4 80

5角动量 角动量守恒定律 84

5.1力矩 角动量 84

5.1.1质点受力的力矩 84

5.1.2质点角动量 85

5.1.3质点系的角动量 85

5.2质点角动量定理与角动量守恒定律 86

5.2.1质点角动量定理 86

5.2.2质点角动量守恒定律 87

5.3质点系的角动量定理与角动量守恒定律 88

5.3.1质点系的角动量定理 88

5.3.2质点系的角动量守恒定律 89

阅读材料（5）对称性与守恒定律 90

习题5 95

6刚体的转动 97

6.1刚体运动的描述 97

6.1.1刚体 97

6.1.2刚体的自由度 97

6.1.3刚体运动的几种形式 98

6.2刚体定轴转动的描述 99

6.3定轴转动定理 转动惯量 102

6.3.1定轴转动定律 102

6.3.2刚体定轴转动定律的应用 104

6.3.3转动惯量的计算 106

6.4定轴转动刚体的角动量定理与角动量守恒定律 111

6.4.1定轴转动刚体的角动量定理 111

6.4.2定轴转动刚体的角动量守恒定律 112

6.5力矩的功 刚体定轴转动的动能定理 115

6.5.1刚体定轴转动动能与力矩的功 115

6.5.2刚体定轴转动的动能定理 116

6.6刚体的势能 118

6.7刚体的进动 121

阅读材料（6）拉莫尔进动 123

习题6 126

7流体力学简介 130

7.1流体静力学 130

7.1.1静止流体内的压强 131

7.1.2液体的表面张力 131

7.2理想流体的定常流动 131

7.2.1定常流动 131

7.2.2连续性方程 132

7.2.3伯努利方程 132

7.2.4伯努利方程的应用 133

7.3黏滞流体的流动 134

7.3.1流体的黏滞性 134

7.3.2黏滞流体的运动规律 135

阅读材料（7）血液的流动 136

习题7 137

8狭义相对论 139

8.1相对论产生的背景 139

8.1.1牛顿力学的时空观 140

8.1.2爱因斯坦的两个基本假设 143

8.2爱因斯坦的时空观 144

8.2.1同时性的相对性 144

8.2.2时间延缓 146

8.2.3长度收缩 148

8.3洛伦兹变换和速度的合成 152

8.3.1洛伦兹变换 152

8.3.2速度的变换 155

8.4几个经典佯谬 157

8.4.1因果关系 157

8.4.2孪生子效应 158

8.4.3高速物体的视觉效应 159

8.5相对论力学中的牛顿第二定律 161

8.5.1相对论质量和动量 162

8.5.2力和加速度的关系 164

8.6相对论能量 167

8.6.1相对论动能 167

8.6.2质能关系 168

8.6.3能量和动量的关系 171

阅读材料（8）星系的诞生与演化 171

习题8 173

第2篇 机械振动和机械波 176

9机械振动 176

9.1简谐运动 176

9.1.1简谐运动的特征及其运动方程 176

9.1.2描述简谐运动的基本物理量 178

9.2简谐运动的旋转矢量法 183

9.2.1旋转矢量法 183

9.2.2旋转矢量图的应用 185

9.3单摆和复摆 187

9.3.1单摆 187

9.3.2复摆 188

9.4简谐运动的能量 190

9.5简谐运动的合成 192

9.5.1两个同方向同频率的简谐运动的合成 192

9.5.2两个同方向不同频率的简谐运动的合成拍 195

9.5.3两个相互垂直的简谐运动的合成 196

9.6阻尼振动 受迫振动 共振 199

9.6.1阻尼振动 199

9.6.2受迫振动 201

9.6.3共振 203

阅读材料（9）混沌与物理 204

习题9 208

10机械波 212

10.1机械波的产生和传播 212

10.1.1机械波的形成 212

10.1.2横波与纵波 212

10.1.3波长 波的周期和频率 波速 214

10.1.4波的几何表示法 216

10.2平面简谐波的波函数 217

10.2.1平面简谐波的波函数 217

10.2.2波函数的物理意义 220

10.2.3波动微分方程 225

10.3波的能量 226

10.3.1波动能量的传播 226

10.3.2能流和能流密度 228

10.4惠更斯原理 波的衍射、反射和折射 230

10.4.1惠更斯原理 230

10.4.2波的衍射 231

10.4.3波的反射和折射 232

10.5波的干涉 233

10.5.1波的叠加原理 233

10.5.2波的干涉 234

10.6驻波 237

10.6.1驻波的形成 237

10.6.2驻波方程 238

10.6.3驻波的能量 241

10.6.4半波损失 241

10.7多普勒效应 243

10.8声波 247

10.8.1声强和声强级 248

10.8.2声压 250

阅读材料（10）次声波 超声波 冲击波 251

习题10 253

第3篇 热学 258

11热力学基础 258

11.1平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律 258

11.1.1状态参量 258

11.1.2平衡态 259

11.1.3理想气体的物态方程 259

11.1.4热力学第零定律 260

11.2热力学第一定律 261

11.2.1准静态过程 261

11.2.2功 262

11.2.3热量 263

11.2.4热力学第一定律 264

11.3热力学第一定律的应用 265

11.3.1理想气体的等体过程 气体定体摩尔热容 265

11.3.2理想气体的等压过程 气体定压摩尔热容 267

11.3.3理想气体的等温过程 268

11.3.4绝热过程 多方过程 270

11.4循环过程 卡诺循环 276

11.4.1循环过程 276

11.4.2热机和制冷机 277

11.4.3卡诺循环 280

11.5热力学第二定律 卡诺定理 283

11.5.1热力学第二定律 283

11.5.2实际过程的不可逆性 285

11.5.3卡诺定理 286

11.6熵 熵增加原理 287

11.6.1熵 287

11.6.2熵变的计算 289

11.6.3熵增加原理 291

阅读材料（11）永动机幻想的破灭 292

习题11 294

12气体动理论 298

12.1气体动理论基本观点与方法 298

12.1.1物质微观结构的观点 298

12.1.2统计规律与统计方法 299

12.2气体分子的统计分布律 302

12.2.1麦克斯韦速率分布律 302

12.2.2玻耳兹曼分布律 306

12.3气体宏观性质的微观解释 308

12.3.1理想气体的微观模型 308

12.3.2理想气体压强的微观实质 309

12.3.3温度的微观实质 311

12.3.4实际气体的范德瓦耳斯方程 312

12.4热运动能量的统计规律 315

12.4.1分子自由度 316

12.4.2能量按自由度均分定理 316

12.4.3理想气体的内能和热容 317

12.5气体内输运现象及微观机制 320

12.5.1分子的平均自由程 320

12.5.2黏滞现象及微观解释 323

12.5.3热传导现象及微观解释 324

12.5.4扩散现象及微观解释 325

12.5.5三种输运现象的比较 326

12.6热力学第二定律和熵的统计意义 326

12.6.1宏观态与微观态 326

12.6.2热力学第二定律的微观解释 328

12.6.3熵的微观实质 329

阅读材料（12）低温技术简介 330

习题12 333

习题参考答案 334

参考文献 343