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绪论 1

一、物理学的研究内容、研究力法及其在自然科学中的地位 1

二、物理学的逻辑与历史 2

三、力学在物理学中的地位和作用 19

四、力学的知识体系 20

五、如何学好力学的建议 21

第一篇 质点基本运动规律 25

第一章 质点运动学 25

1.1 位置矢量、速度、加速度及其相互关系 25

1.1.1 质点、参考系、坐标系 26

1.1.2 位置矢量、位移、速度、加速度及其相互关系 27

1.2 位置矢量、速度、加速度相互关系的坐标表示 29

1.2.1 直角坐标系下的表示 29

1.2.2 平面极坐标系下的表示 32

1.2.3 本征坐标系下的表示 34

1.3 相对运动 35

1.3.1 速度和加速度在平动与静止参考系间的变换 35

1.3.2 速度和加速度在匀角速转动与静止参考系间的变换 38

本章知识单元和知识点小结 40

习题 40

第二章 惯性系下质点动力学 43

2.1 牛顿三定律 43

2.1.1 牛顿第一定律 44

2.1.2 牛顿第二定律 45

2.1.3 牛顿第三定律 48

2.2 万有引力定律 48

2.2.1 开普勒三定律 48

2.2.2 万有引力定律的建立过程 49

2.3 自然界中的基本力及力学中常见的力 50

2.3.1 自然界中最基本的相互作用力 50

2.3.2 力学中常见的力 51

2.4 量纲 56

2.4.1 基本量和导出量 56

2.4.2 量纲 57

2.4.3 量纲的意义 57

2.4.4 时间、长度和质量的计量 58

本章知识单元和知识点小结 59

习题 60

第三章 非惯性系下质点动力学 64

3.1 相对性原理 64

3.2 非惯性系下质点动力学 66

3.2.1 加速平动非惯性系中的惯性力 66

3.2.2 匀角速转动非惯性系中的惯性力 68

3.3 地球表面惯性力现象分析 71

3.4 惯性力的物理本质 75

3.4.1 惯性质量与引力质量 75

3.4.2 引力场 77

3.4.3 等效原理 78

本章知识单元和知识点小结 79

习题 79

第二篇 运动定理（原理）与守恒定律 85

第四章 动量定理与动量守恒定律 85

4.1 质点系的质心运动 85

4.1.1 质点系的质心与质心运动定律 86

4.1.2 质心的特点与求法 87

4.1.3 质心坐标系 90

4.2 质点系动量定理与动量守恒定律 91

4.2.1 质点的动量定理 91

4.2.2 质点系动量定理 92

4.2.3 质心动量定理 93

4.2.4 质点系动量守恒 94

4.2.5 质心系下质点系总动量 96

4.3 变质量系统 97

4.3.1 变质量系统动力学方程 97

4.3.2 变质量系统动力学方程应用举例 98

本章知识单元和知识点小结 99

习题 100

第五章 功能原理与机械能守恒定律 103

5.1 质点系动能定理 103

5.1.1 质点动能定理 104

5.1.2 力的功、功率 105

5.1.3 质点系动能定理 107

5.2 质点系动能定理中的内力功分析 109

5.2.1 一对内力功的特点 109

5.2.2 保守内力与非保守内力 110

5.2.3 质点系的势能 112

5.3 质点系功能原理与机械能守恒定律 115

5.3.1 质点系功能原理 115

5.3.2 质点系机械能守恒定律 116

5.3.3 静系与质心系下质点系动能关系 117

5.3.4 质心系下质点系的功能原理 118

5.3.5 能量守恒定律 119

5.4 碰撞 120

5.4.1 碰撞的特点 120

5.4.2 一维碰撞过程与分类 120

5.4.3 碰撞定律 122

5.4.4 二维碰撞 124

本章知识单元和知识点小结 126

习题 127

第六章 角动量定理与角动量守恒定律 132

6.1 质点角动量定理 132

6.1.1 质点的角动量定理 133

6.1.2 力的力矩 134

6.1.3 质点的角动量 135

6.1.4 质点角动量守恒 136

6.2 质点系角动量定理与角动量守恒定律 138

6.2.1 质点系角动量定理 138

6.2.2 质点系角动量守恒定律 141

6.2.3 静系与质心系下质点系角动量关系 142

6.2.4 质心系中质点系的角动量定理 143

6.3 有心力场问题 144

6.3.1 三种宇宙速度 144

6.3.2 有效势能与轨道特征 146

6.3.3 两体化单体问题 148

本章知识单元和知识点小结 149

习题 150

第三篇 两种特殊质点系的运动与两种普遍的运动形式 155

第七章 刚体 155

7.1 刚体定轴转动运动学 155

7.1.1 描述刚体定轴转动的转动参量 156

7.1.2 转动参量的矢量性分析 157

7.1.3 转动角量与线量的关系 158

7.2 刚体定轴转动动力学 159

7.2.1 刚体定轴转动的势能、动能、角动量、外力功 159

7.2.2 转动惯量 161

7.2.3 刚体定轴转动的转动定律 164

7.2.4 刚体定轴转动的角动量定理与角动量守恒定律 165

7.2.5 刚体定轴转动的动能定理 166

7.3 刚体平面平行运动的处理方法 167

7.4 以质心为基点处理刚体的平面平行运动 168

7.4.1 平面平行运动的动能及角动量的表达式 169

7.4.2 描述刚体的平动和转动的方程 169

7.4.3 刚体平面平行运动举例 170

7.5 刚体平面平行运动中的瞬时转轴 177

7.5.1 刚体平面平行运动中的瞬时转轴 177

7.5.2 刚体绕瞬时转轴的动能定理 178

7.5.3 刚体绕瞬时转轴的转动定律 178

7.6 刚体的平衡 179

7.7 对称刚体的定点运动现象 180

7.7.1 对称刚体的惯量主轴 180

7.7.2 刚体不受外力矩作用时的运动现象 181

7.7.3 刚体受外力矩作用时的进动现象 182

7.7.4 刚体受外力矩作用时的章动现象 184

7.7.5 刚体定点纯滚动时的进动现象 185

本章知识单元和知识点小结 187

习题 188

第八章 流体 195

8.1 流体静力学 195

8.1.1 静流体内任意一点的压强 196

8.1.2 静流体内不同点压强的关系 197

8.1.3 浮力定律（阿基米德原理） 198

8.1.4 帕斯卡定律 201

8.2 理想流体的定常流动 201

8.2.1 动流体的描述 201

8.2.2 动流体内任意一点的压强 202

8.2.3 连续性方程 203

8.2.4 伯努利方程 203

8.2.5 流体的动量与角动量 204

8.3 伯努利方程的应用 205

8.3.1 小孔流速测量 206

8.3.2 管道中流体流速测量——汾丘里流量计 206

8.3.3 非管道中流体流速测量——皮托管 207

8.3.4 虹吸现象 207

8.3.5 机翼的升力 马格纳斯效应 208

本章知识单元和知识点小结 209

习题 209

第九章 振动 212

9.1 简谐振动 212

9.1.1 简谐振动的动力学方程及其解 213

9.1.2 简谐振动的运动学特征 216

9.1.3 简谐振动的几何描述 219

9.1.4 简谐振动的合成 219

9.2 阻尼振动 224

9.2.1 阻尼振动的微分方程及其解 224

9.2.2 弱阻尼振动的能量损失、品质因数 225

9.3 受迫运动 227

9.3.1 受迫振动的微分方程及其解 227

9.3.2 受迫振动的共振现象 228

9.3.3 受迫振动中的能量 230

本章知识单元和知识点小结 231

习题 231

第十章 波动 236

10.1 机械波的定性描述 236

10.1.1 产生机械波的条件与波的特点 237

10.1.2 波的几何描述 237

10.1.3 波的分类 237

10.2 机械波的波动方程 238

10.2.1 张紧弦线的波动方程 238

10.2.2 固体的弹性波动方程 239

10.3 机械波的运动学方程 241

10.3.1 机械波波动方程的解 241

10.3.2 波传播形式的分类 242

10.3.3 波的相速度与群速度 243

10.4 简谐机械波的运动学方程 245

10.4.1 描述简谐波特征的物理量 246

10.4.2 相位传输法确定平面简谐波表达式 246

10.4.3 平面简谐波几种常见的表达式 247

10.5 机械波的能量、传播以及反射与合成 248

10.5.1 行波的能量 248

10.5.2 波的衍射 惠更斯原理 252

10.5.3 波的叠加原理 252

10.5.4 波在界面的反射与透射 253

10.5.5 驻波 254

10.5.6 简正频率 257

10.6 多普勒效应 260

10.7 声波与超波速运动简介 262

本章知识单元和知识点小结 263

习题 264

第四篇 时空结构 269

第十一章 狭义相对论简介 269

11.1 经典时空观与实验的矛盾 269

11.1.1 伽利略变换蕴含的经典时空观 270

11.1.2 经典时空观与实验的矛盾——迈克耳孙-莫雷实验 270

11.2 狭义相对论的两条基本假设 272

11.3 洛伦兹变换与速度和加速度变换 273

11.3.1 洛伦兹变换 273

11.3.2 相对论中的速度和加速度变换 275

11.3.3 伽利略变换与洛伦兹变换的分析比较 276

11.4 狭义相对论运动学的基本现象 278

11.4.1 同时的相对性 278

11.4.2 时间延缓 279

11.4.3 长度收缩 283

11.4.4 时钟的同步 284

11.4.5 多普勒效应 288

11.5 狭义相对论动力学基本关系式 290

11.5.1 相对论中的质量和动量 290

11.5.2 相对论中的动能、质能关系 291

11.5.3 相对论中的能量与动量的关系 292

11.5.4 相对论中的力 292

11.5.5 静质量为零的粒子 293

本章知识单元和知识点小结 294

习题 295

第十二章 广义相对论简介 298

12.1 狭义相对论的两个遗留问题 298

12.2 广义相对论的理论基础 299

12.2.1 等效原理 300

12.2.2 广义协变性原理 301

12.2.3 引力场方程 301

12.3 广义相对论预言现象与实验证实 304

12.3.1 光线偏折与星体位置观测和引力透镜 304

12.3.2 引力时间延缓与引力红移 305

12.3.3 时空弯曲与水星轨道进动 306

12.3.4 引力场中光速减慢与雷达回波延迟 307

12.3.5 黑洞 308

12.3.6 引力子与引力波 309

本章知识单元和知识点小结 310

矢量运算基本知识 311

常用数据 313

物理学史中涉及的物理学家一览表 314

习题参考答案 318

参考文献 334