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绪论 1

0.1 什么是物理学? 1

0.1.1 物理学以前称自然学 1

0.1.2 物理学是探讨物质结构,运动基本规律和相互作用的科学 1

0.1.3 物理学的任务和目的 2

0.1.4 物理学的理论与实验,科学与技术 4

0.1.5 物理学的研究方法和科学态度 5

0.2 怎样学习物理学? 7

0.2.1 培养物理直观 7

0.2.2 了解各种理论的适用范围 7

0.2.3 做好习题 7

第一章 质点运动学 8

1.1 引言 8

1.1.1 力学的研究对象 8

1.1.2 时间,空间和牛顿力学的绝对量 8

1.1.3 宇宙的层次和数量级 11

1.2 质点和参考系 15

1.2.1 质点和参考系 15

1.2.2 轨迹和运动方程 17

1.3 速度与加速度的瞬时性 19

1.3.1 位移,路程与速度 19

1.3.2 加速度 24

1.4 直角坐标运动的描述 26

1.4.1 直线运动 28

1.4.2 曲线运动 32

1.5 自然坐标系中运动的描述 36

1.5.1 切向加速度和法向加速度 37

1.5.2 自然坐标系 43

1.5.3 圆周运动 43

1.6 平面极坐标系中运动的描述 46

1.6.1 平面极坐标系 46

1.6.2 位矢,速度和加速度的极坐标表示 48

1.7 相对运动 51

1.7.1 动参考系作任意方式的平动 51

1.7.2 动参考系作任意方式的运动 53

思考题 64

习题 66

第二章 质点运动力学 72

2.1 牛顿运动定律 74

2.1.1 牛顿第一定律(惯性定律) 74

2.1.2 牛顿第二定律 78

2.1.3 牛顿第三定律(作用与反作用定律) 86

2.2 常见的力 88

2.2.1 弹性力 88

2.2.2 摩擦力 88

2.2.3 重力 90

2.2.4 万有引力 90

2.2.5 库仑力 90

2.2.6 分子力 91

2.2.7 核力 91

2.2.8 洛仑兹力 92

2.3 动力学问题的求解 93

2.4 力学相对性原理和伽利略变换 104

2.4.1 力学相对性原理 104

2.4.2 时间和空间的绝对性 105

2.4.3 伽利略变换 106

2.5 非惯性参考系和虚拟力 107

2.5.1 平动参考系 108

2.5.2 转动参考系 113

2.5.3 例题 120

2.5.4 牛顿绝对时空概念的困难和惯性的起源 124

思考题 128

习题 130

第三章 动量 140

3.1 动量守恒定律与动量定理 141

3.1.1 孤立体系与动量守恒定律 141

3.1.2 冲量与质点的动量定理 144

3.1.3 质点系动量定理 144

3.2 质心运动定理 148

3.2.1 质心运动定理 148

3.2.2 质心坐标系 151

3.3 变质量物体的运动 155

3.3.1 变质量体系 155

3.3.2 运动方程 156

思考题 160

习题 161

第四章 机械能守恒 167

4.1 能量守恒 168

4.1.1 永动机不可能 168

4.1.2 重力势能 169

4.1.3 动能 172

4.1.4 弹性势能和其他能量形式 173

4.2 动能定理 175

4.2.1 质点动能定理 175

4.2.2 功和功率 177

4.2.3 质点系功能定理 179

4.3 势能 181

4.3.1 有心力及其沿闭合路径做功 181

4.3.2 保守力与非保守力,势能 182

4.3.3 势能曲线 185

4.4 机械能守恒定律 188

4.4.1 质点系的功能原理和机械能守恒定律 188

4.4.2 保守系与时间反演不变性 191

4.4.3 两体问题 192

4.5 质心系 197

4.5.1 柯尼希定理 197

4.5.2 一般质民主系中的功能原理和机械能守恒定律 199

4.6 碰撞 203

4.6.1 正碰 205

4.6.2 斜碰 209

4.6.3 质心坐标系 210

4.7 对称性,因果关系与守恒律 217

4.7.1 什么是对称性 217

4.7.2 因果关系和对称性原理 219

4.7.3 守恒律与对称性 220

思考题 222

习题 223

第五章 角动量定理 229

5.1 孤立体系的角动量守恒 229

5.1.1 单质点孤立体系和掠面速度 229

5.1.2 两个质点的孤立体系和角动量 230

5.2 质点系角动量定理 233

5.2.1 质点角动量定理 233

5.2.2 质点系角动量定理 234

5.2.3 角动量守恒定律与空间各向同性 238

5.3 质心系的角动量定理 238

5.3.1 质心系的角动量定理 238

5.3.2 体系的角动量与质心的角动量 239

5.4 万有引力 240

5.4.1 开普勒的行星运动三定律 241

5.4.2 牛顿的理论 243

5.4.3 引力的线性叠加性 247

5.5 关于万有引力的讨论 252

5.5.1 G的测定 252

5.5.2 引力的几何性 254

5.5.3 逃逸速度 255

5.5.4 引力是什么 256

5.6 质点在有心力场中的运动 262

5.6.1 研究有心力问题的基本方程 263

5.6.2 有心力问题的定性处理,有效势能与轨道特征 265

5.6.3 有心力问题的定理处理和轨道问题 268

思考题 274

习题 276

第六章 刚体力学 282

6.1 刚体运动学 284

6.1.1 刚体的性质 284

6.1.2 刚体的几种特殊运动 287

6.1.3 刚体的一般运动 288

6.2 施于刚体的力系的简化 292

6.2.1 作用在刚体上的力是滑移矢量 293

6.2.2 几种特殊力系 293

6.3 刚体的定轴转动 296

6.3.1 角动量与角速度的关系 296

6.3.2 定轴转动刚体的动量矩定理 297

6.3.3 转动定律 298

6.3.4 转动惯量 299

6.3.5 惯量张量和惯量主轴 302

6.6.6 定轴转动刚体的角动量守恒 308

6.3.7 约束反力与静,动平衡问题 308

6.4 刚体运动的基本方程与刚体的平衡 311

6.4.1 刚体运动的基本方程 311

6.4.2 刚体的平衡 312

6.5 刚体的平面平行运动 314

6.5.1 运动方程 314

6.5.2 纯滚动的运动学判据 315

6.5.3 瞬时转动中心 316

6.5.4 功能原理 318

6.5.5 解题注意事项 319

6.6 刚体的定点运动 323

6.6.1 没有外加力矩的定点运动 323

6.6.2 陀螺的运动 326

思考题 330

习题 331

第七章 振动和波 341

7.1 简谐振动 341

7.1.1 平衡与振动 341

7.1.2 恢复力与弹性力 342

7.1.3 简谐振动的描述 346

7.1.4 谐振子的能量 349

7.1.5 振动的合成与分解 350

7.2 阻尼振动 356

7.2.1 运动方程及其解 357

7.2.2 欠阻尼振动 358

7.2.3 临界阻尼与过阻尼 360

7.3 受迫振动与共振 361

7.3.1 运动方程及其解 362

7.3.2 稳态解分析 364

7.3.3 共振(w=w0) 366

7.4 二自由度振动 371

7.5 机械波 373

7.5.1 机械波的产生和传播 374

7.5.2 波的分类 374

7.5.3 平面简谐波 377

7.5.4 波动方程和波的传播速度 380

7.5.5 波的能量密度 383

7.6 波在空间中的传播 387

7.6.1 惠更斯原理 387

7.6.2 波的反射定律 388

7.6.3 波的折射定律 389

7.6.5 波的衍射 390

7.7 波的叠加 391

7.7.1 波的干涉 391

7.7.2 驻波 393

7.7.3 非相干涉的叠加,波的群速度 396

7.8 多普勒效应 399

7.8.1 波源静止,观察者运动 399

7.8.2 波源运动,观察者静止 400

7.8.3 波源和观察者运动 401

7.8.4 一般情况 401

7.8.5 马赫锥 404

7.9 非线性波简介 405

思考题 408

习题 410

第八章 相对论 420

8.1 牛顿对空观的困难 421

8.1.1 光传播的射击理论的困难 421

8.1.2 "以太"理论及其困难 424

8.2 相对性原理 430

8.3 洛仑兹变换 434

8.4 相对论时空观 437

8.4.1 时间间隔的相对性 438

8.4.2 同时的相对性 441

8.4.3 长度的相对性 441

8.4.4 时序的相对性和因果关系 444

8.4.5 时空间隔的绝对性 446

8.4.6 速度合成律 447

8.4.7 角度变换公式 451

8.4.8 加速度变换公式 454

8.5 狭义相对论力学 459

8.5.1 相对论动量和质量 459

8.5.2 相对论中的力 462

8.5.3 质能公式 463

8.6 狭义相对论中质量,动量和力的变换公式 467

8.6.1 质量的变换公式 467

8.6.2 动量和能量的变换公式 468

8.6.3 力的变换公式 471

8.7 四维时空 473

8.7.1 四维矢量 473

8.7.2 时空间隔 476

8.7.3 四维速度矢量 477

8.7.4 四维动量矢量 478

8.7.5 多普勒效应 479

8.7.6 孪生子佯谬 481

8.8 广义相对论简介 487

8.8.1 等效原理和广义相对性原理 488

8.8.2 光在引力场中听弯曲 489

8.8.3 引力时间延缓和引力红移 490

8.8.4 弯曲时空和水星的进动 492

思考题 494

习题 496

习题答案 502