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前言 3

第1篇 力学 3

第1章 质点运动学 3

1.1 参考系 时间和空间的测量 3

1.1.1 参考系 坐标系 3

1.1.2 时间的测量 3

1.1.3 长度的测量 4

1.2 质点运动的矢量描述 5

1.2.1 质点 5

1.2.2 位矢 运动方程和轨迹方程 5

1.2.3 速度 加速度 6

1.2.4 自然坐标系 切向加速度和法向加速度 10

1.3 相对运动 14

习题1 16

第2章 质点动力学 18

2.1 牛顿运动定律 18

2.1.1 牛顿第一定律 18

2.1.2 牛顿第二定律 19

2.1.3 牛顿第三定律 19

2.1.4 国际单位制 量纲 20

2.1.5 常见的力 21

2.1.6 牛顿运动定律的应用 23

*2.1.7 非惯性系 惯性力 27

2.2 动量和动量守恒定律 29

2.2.1 质点和质点系的动量定理 30

2.2.2 动量守恒定律 33

2.3 功、机械能和机械能守恒定律 36

2.3.1 功 功率 37

2.3.2 动能和质点动能定理 43

2.3.3 质点系动能定理 45

2.3.4 势能和势能曲线 46

2.3.5 功能原理 机械能守恒定律 49

2.4 质点的角动量和角动量守恒定律 54

2.4.1 力对参考点的力矩 54

2.4.2 质点角动量 55

2.4.3 质点的角动量定理 55

2.4.4 质点角动量守恒定律 56

2.4.5 质点系的角动量定理和角动量守恒定律 58

习题2 60

第3章 刚体力学基础 65

3.1 刚体运动的描述 65

3.1.1 刚体 65

3.1.2 刚体的自由度 65

3.1.3 刚体运动的几种形式 66

3.1.4 刚体定轴转动的描述 67

3.2 刚体定轴转动定律 角动量守恒定律 68

3.2.1 力矩 68

3.2.2 定轴转动定律 转动惯量 69

3.2.3 刚体定轴转动的角动量和角动量定理 75

3.2.4 定轴转动刚体的角动量守恒定律 76

3.3 刚体的能量 78

3.3.1 刚体定轴转动的动能和动能定理 78

3.3.2 刚体的重力势能 79

*3.4 陀螺的运动 进动 82

3.4.1 不受外力矩作用的陀螺 82

3.4.2 陀螺的进动 82

习题3 85

第4章 狭义相对论 88

4.1 爱因斯坦的两个基本假设 88

4.1.1 牛顿力学的时空观 89

4.1.2 爱因斯坦的两个基本假设 92

4.2 爱因斯坦的时空观 93

4.2.1 同时性的相对性 93

4.2.2 时间延缓 95

4.2.3 长度收缩 97

4.3 洛伦兹坐标变换和速度变换 101

4.3.1 洛伦兹坐标变换 101

4.3.2 洛伦兹速度变换 105

4.4 几个经典佯谬 106

4.4.1 因果关系 106

4.4.2 孪生子效应 107

4.4.3 高速物体的视觉效应 109

4.5 相对论动力学基础 111

4.5.1 相对论质量和动量 111

*4.5.2 力和加速度的关系 114

4.5.3 相对论能量 115

习题4 120

第2篇 机械振动 机械波 123

第5章 机械振动 123

5.1 简谐运动 123

5.1.1 简谐运动的特征及其运动方程 123

5.1.2 简谐运动方程中的三个基本物理量 124

5.2 简谐运动的旋转矢量表示法 127

5.2.1 旋转矢量表示法 127

5.2.2 旋转矢量图的应用 128

5.3 单摆和复摆 130

5.3.1 单摆 130

5.3.2 复摆 131

5.4 振动的能量 132

5.5 简谐运动的合成 134

5.5.1 同方向、同频率的两个简谐运动的合成 134

5.5.2 同方向、不同频率的两个简谐运动的合成拍 137

*5.5.3 相互垂直的两个简谐运动的合成 139

5.6 阻尼振动 受迫振动 共振 141

5.6.1 阻尼振动 141

5.6.2 受迫振动 共振 143

习题5 146

第6章 机械波 149

6.1 机械波的产生、传播和描述 149

6.1.1 机械波的形成 149

6.1.2 横波与纵波 149

6.1.3 波的几何描述 150

6.1.4 波速 波长 周期（频率） 151

6.2 平面简谐波的波函数 152

6.2.1 平面简谐波波函数的建立和意义 153

*6.2.2 波动方程 155

6.3 波的能量 158

6.3.1 波动能量的传播 158

6.3.2 能流和能流密度 160

6.3.3 波能量的吸收 161

6.4 惠更斯原理 波的衍射、反射和折射 162

6.4.1 惠更斯原理 162

6.4.2 波的衍射 163

6.4.3 波的反射和折射 163

6.5 波的干涉 165

6.5.1 波的叠加原理 165

6.5.2 波的干涉条件和公式 165

6.6 驻波 168

6.6.1 驻波的产生 169

6.6.2 驻波方程 169

6.6.3 驻波的能量 171

6.6.4 半波损失 172

6.6.5 振动的简正模式 172

6.7 多普勒效应 174

6.7.1 波源静止，观察者以uR相对于介质运动 174

6.7.2 观测者静止，波源以us相对于介质运动 175

6.7.3 波源以us运动，观测者以uR运动（相向为正） 176

*6.8 声波 超声波 次声波 177

6.8.1 音量、音调和音色 177

6.8.2 声压 179

6.8.3 次声波 179

6.8.4 超声波 180

习题6 182

第3篇 热学 187

第7章 气体动理论 187

7.1 热力学系统 平衡态 状态参量 187

7.1.1 热力学系统 187

7.1.2 平衡态 187

7.1.3 状态参量 188

7.2 理想气体状态方程 190

7.3 理想气体的压强 193

7.3.1 理想气体的微观模型 193

7.3.2 平衡状态气体的统计假设 194

7.3.3 理想气体的压强公式 194

7.4 理想气体的温度公式 196

7.5 能量均分定理 理想气体内能 198

7.5.1 自由度 198

7.5.2 能量均分定理 199

7.5.3 理想气体的内能 200

7.6 麦克斯韦速率分布律 201

7.6.1 速率分布和分布函数 202

7.6.2 理想气体分子的麦克斯韦速率分布律 203

7.6.3 三种速率 204

7.6.4 麦克斯韦速率分布的实验验证 205

*7.7 玻尔兹曼分布 208

7.7.1 玻尔兹曼分布律 208

7.7.2 重力场中微粒按高度的分布 209

7.8 气体分子的平均自由程和碰撞频率 209

*7.9 气体的内迁移现象 212

7.9.1 内摩擦现象 212

7.9.2 热传导现象 213

7.9.3 扩散现象 214

*7.10 真实气体 范德瓦耳斯方程 215

7.10.1 真实气体 215

7.10.2 范德瓦耳斯方程 216

习题7 219

第8章 热力学基础 221

8.1 准静态过程 功 热量 221

8.1.1 准静态过程 221

8.1.2 准静态过程压力的功 222

8.1.3 热量和热容量 223

8.2 热力学第一定律 224

8.2.1 内能 224

8.2.2 热力学第一定律的表述 224

8.3 热力学第一定律对理想气体等值过程的应用 225

8.3.1 等体过程 226

8.3.2 等压过程 227

8.3.3 等温过程 228

8.4 绝热过程 *多方过程 230

8.4.1 热力学第一定律在绝热过程中的应用 230

8.4.2 绝热方程 231

8.4.3 绝热线和等温线的比较 232

*8.4.4 多方过程 234

8.5 循环过程 卡诺循环 236

8.5.1 循环过程 236

8.5.2 热机和热机循环 237

8.5.3 制冷机和制冷系数 238

8.5.4 卡诺循环 240

8.6 热力学第二定律 卡诺定理 244

8.6.1 可逆过程与不可逆过程 244

8.6.2 热力学第二定律 245

8.6.3 卡诺定理 246

8.7 热力学第二定律的统计意义和熵的概念 247

8.7.1 热力学第二定律的统计意义 247

8.7.2 嫡和熵增加原理 249

8.7.3 熵的热力学表示 250

8.7.4 熵的计算 252

习题8 254

参考答案 257

参考文献 262

附录 263

附录一 希腊字母表 263

附录二 常用天文量 263

附录三 常用物理常量表 264

附录四 书中物理量的符号及单位 265

名词索引 267