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第1章 质点运动学 1

1.1 质点运动的描述 1

1.1.1 质点、参考系 1

1.1.2 位置矢量 运动方程 位移 2

1.1.3 速度 4

1.1.4 加速度 7

1.2 加速度为恒矢量时的质点运动 9

1.2.1 加速度为恒矢量时质点的运动方程 10

1.2.2 斜抛运动 11

1.3 圆周运动 12

1.3.1 圆周运动的速度 12

1.3.2 圆周运动的切向加速度和法向加速度 12

1.3.3 圆周运动的极坐标系描述 15

1.3.4 线量与角量的关系 15

1.4 相对运动 16

1.4.1 时间与空间 16

1.4.2 相对运动 17

身边的小实验：研究抛体运动规律 18

习题 19

第2章 牛顿运动定律 21

2.1 牛顿定律 21

2.1.1 牛顿第一定律 21

2.1.2 牛顿第二定律 22

2.1.3 牛顿第三定律 23

2.2 物理量的单位和量纲 23

2.3 几种常见的力 24

2.3.1 万有引力 24

2.3.2 弹性力 25

2.3.3 摩擦力 25

2.4 牛顿定律的应用 26

2.5 牛顿定律的适用范围 29

2.5.1 惯性系 29

2.5.2 牛顿定律的适用范围 30

历史链接：经典力学的建立 30

习题 32

第3章 冲量和动量 34

3.1 质点和质点系的动量定理 34

3.1.1 冲量 质点的动量定理 34

3.1.2 质点系动量定理 36

3.2 动量守恒定律 39

实验链接：气垫导轨实验 40

习题 41

第4章 功和能 43

4.1 功 43

4.1.1 功的定义 43

4.1.2 几种常见力的功 46

4.1.3 功率 48

4.2 动能定理 49

4.2.1 质点动能定理 49

4.2.2 质点系动能定理 51

4.3 势能 功能原理 机械能守恒定律 52

4.3.1 势能 52

4.3.2 功能原理 52

4.3.3 机械能守恒定律 54

4.4 碰撞 55

知识扩展：火力发电 56

习题 60

第5章 刚体的定轴转动 62

5.1 刚体的定轴转动 62

5.1.1 刚体运动的基本形式 62

5.1.2 刚体转动的角速度和角加速度 64

5.1.3 刚体转动中的角量与线量 65

5.1.4 匀变速转动 66

5.2 刚体定轴转动定律 67

5.2.1 力矩 67

5.2.2 刚体定轴转动的转动定律 69

5.3 转动惯量的计算 70

5.3.1 转动惯量 70

5.3.2 平行轴定理 72

5.4 刚体定轴转动定律的应用 74

5.5 转动中的功和能 77

5.5.1 力矩的功 77

5.5.2 力矩的功率 77

5.5.3 转动动能 77

5.5.4 刚体绕定轴转动的动能定理 78

5.6 对定轴的角动量守恒定律 79

5.6.1 质点的角动量定理和角动量守恒定律 79

5.6.2 刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律 82

实验链接：用三线摆法测定物体的转动惯量 86

习题 86

第6章 狭义相对论基础 88

6.1 伽利略变换式 牛顿的绝对时空观 88

6.1.1 经典力学的相对性原理 88

6.1.2 经典力学的绝对时空观 90

6.2 狭义相对论的基本假设 洛伦兹变换式 90

6.2.1 狭义相对论的基本原理 90

6.2.2 洛伦兹变换 91

6.3 狭义相对论的时空观 91

6.3.1 同时的相对性 91

6.3.2 长度收缩（洛伦兹收缩） 93

6.3.3 时间膨胀（时间延缓） 94

6.4 狭义相对论的动量与能量 97

6.4.1 相对论的动量与质量 97

6.4.2 狭义相对论的力学基本方程 97

6.4.3 相对论动能 98

6.4.4 质量和能量关系 99

6.4.5 能量与动量的关系 100

知识扩展：迈克尔逊—莫雷零结果实验 102

习题 105

第7章 振动 107

7.1 简谐振动 107

7.2 简谐振动的特征量 109

7.3 简谐振动的旋转矢量法 相位差 111

7.3.1 简谐振动和圆周运动的类比 111

7.3.2 简谐振动的旋转矢量法 111

7.3.3 相位差 112

7.4 常见的简谐振动例子 116

7.4.1 单摆 116

7.4.2 复摆 116

7.5 简谐振动的能量特征 117

7.6 简谐运动的合成 118

7.6.1 同方向、同频率简谐运动的合成 119

7.6.2 同方向、不同频率简谐运动的合成 拍 121

7.6.3 两个相互垂直的同频率简谐运动的合成 123

7.6.4 相互垂直的不同频率简谐运动的合成 利萨如图形 125

7.7 阻尼振动 受迫振动 共振 125

7.7.1 阻尼振动 125

7.7.2 受迫振动 127

7.7.3 共振 128

实验链接：相互垂直的不同频率简谐运动的合成实验 129

习题 129

第8章 机械波 131

8.1 机械波的基本概念 131

8.1.1 机械波 131

8.1.2 纵波和横波 132

8.1.3 描写波动过程中的物理量 133

8.1.4 波动过程的几何描述 133

8.2 平面简谐波的波函数 134

8.2.1 平面简谐波的波函数 134

8.2.2 波函数的物理意义 135

8.3 波的能量 139

8.3.1 波动过程中能量的传播 139

8.3.2 能流和能流密度 140

8.4 惠更斯原理 波的衍射、反射和折射 141

8.4.1 惠更斯原理 141

8.4.2 波的衍射 142

8.4.3 波的反射和折射 142

8.5 波的干涉 144

8.5.1 波的叠加 144

8.5.2 波的干涉 144

8.6 驻波 146

8.6.1 驻波的产生 146

8.6.2 驻波方程 146

8.6.3 相位的跃变 148

8.6.4 驻波的能量 148

8.6.5 振动的简正模式 149

8.7 声波 超声波 次声波 149

8.7.1 声波 149

8.7.2 超声波 150

8.7.3 次声波 151

8.8 多普勒效应 151

8.8.1 波源不动，观察者相对介质以速度v0运动 152

8.8.2 观察者不动，波源相对介质以速度vs运动 152

8.8.3 波源与观察者同时相对介质运动 153

知识扩展：多普勒效应测速 154

习题 157

第9章 光的干涉 159

9.1 相干光 159

9.1.1 光源 159

9.1.2 获得相干光的途径 160

9.2 光的干涉现象 161

9.2.1 杨氏双缝干涉实验 161

9.2.2 杨氏双缝干涉的光强分布 163

9.2.3 其他分波面干涉实验 164

9.3 光程与薄膜干涉 165

9.3.1 光程与光程差 165

9.3.2 薄膜干涉 166

9.3.2 薄膜干涉的应用：增透膜与增反膜 167

9.4 等厚干涉 169

9.4.1 劈尖干涉 170

9.4.2 牛顿环 171

9.4.3 等厚干涉的应用 172

9.5 等倾干涉 174

9.6 迈克尔逊干涉仪 175

历史连接：托马斯·杨和杨氏双缝干涉实验 175

习题 177

第10章 光的衍射 179

10.1 衍射现象、惠更斯—菲涅耳原理 179

10.1.1 光的衍射现象 179

10.1.2 惠更斯—菲涅耳原理 180

10.2 单缝的夫琅禾费衍射 180

10.2.1 夫琅禾费衍射实验 180

10.2.2 夫琅禾费衍射的条纹分布 182

10.3 圆孔衍射与光学仪器的分辨本领 184

10.3.1 圆孔衍射 184

10.3.2 光学仪器的分辨本领 185

10.4 光栅衍射 186

10.4.1 光栅 186

10.4.2 光栅衍射 187

10.4.3 光栅衍射的光谱 188

10.5 X射线的衍射 189

10.5.1 X射线的产生 189

10.5.2 X射线的衍射 190

知识扩展：伦琴与X射线的发现 191

习题 192

第11章 光的偏振 194

11.1 光的偏振性 194

11.1.1 自然光与偏振光 194

11.1.2 起偏与检偏 195

11.1.3 马吕斯定律 195

11.2 反射光和折射光的偏振 196

11.3 双折射与偏振棱镜 198

11.3.1 双折射晶体 198

11.3.2 尼科耳棱镜 199

知识扩展：光的偏振的应用 200

习题 201

参考文献 203