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第一篇 力学 3

第1章 质点运动学 3

1.1 参考系、坐标系和质点模型 3

1.1.1 参考系 3

1.1.2 坐标系 4

1.1.3 质点模型 4

1.2 质点运动的描述 5

1.2.1 质点位置的描述 5

1.2.2 速度和速率 8

1.2.3 加速度 10

1.3 直线运动、运动学的两类问题 12

1.3.1 直线运动 12

1.3.2 运动学的两类问题 13

1.4 运动叠加原理、抛体运动 14

1.4.1 运动叠加原理 15

1.4.2 抛体运动 15

1.5 圆周运动 18

1.5.1 圆周运动的速度 19

1.5.2 圆周运动的加速度 19

1.5.3 圆周运动的角量描述 22

1.6 相对运动 25

阅读材料一：物理学的产生和发展 27

习题一 30

第2章 质点动力学 34

2.1 常见力 34

2.1.1 万有引力、重力 34

2.1.2 弹性力 35

2.1.3 摩擦力 36

2.2 牛顿运动定律及其应用 38

2.2.1 牛顿运动定律的内容 38

2.2.2 牛顿运动定律的应用 40

2.3 非惯性系和惯性力 44

2.4 质点动量定理 46

2.4.1 力的冲量 47

2.4.2 质点的动量 48

2.4.3 动量定理及应用 49

2.5 质点系动量定理及其守恒定律 52

2.5.1 质点系动量定理 52

2.5.2 动量守恒定律及其应用 53

2.5.3 火箭飞行原理 55

2.6 功、动能定理 56

2.6.1 功 57

2.6.2 质点动能定理 59

2.6.3 质点系动能定理 61

2.7 功能原理、机械能守恒定律 62

2.7.1 保守力的功、势能 63

2.7.2 质点系功能原理 64

2.7.3 机械能守恒定律 66

2.8 碰撞问题 68

2.8.1 完全弹性碰撞 68

2.8.2 完全非弹性碰撞 69

2.8.3 非完全弹性碰撞 70

阅读材料二：经典物理的奠基人——牛顿 70

习题二 72

第3章 刚体的定轴转动 77

3.1 刚体定轴转动的描述 77

3.1.1 刚体 77

3.1.2 刚体的运动形式 78

3.1.3 刚体定轴转动的描述 78

3.2 刚体定轴转动定律、转动惯量 80

3.2.1 力矩 80

3.2.2 转动定律 81

3.2.3 转动惯量 81

3.3 转动定律的应用 84

3.4 转动动能定理 87

3.4.1 力矩的功 87

3.4.2 转动动能 88

3.4.3 转动动能定理 88

3.5 角动量定理、角动量守恒定律 91

3.5.1 力矩的冲量矩 92

3.5.2 角动量 92

3.5.3 角动量定理 93

3.5.4 角动量守恒定律 93

习题三 97

第4章 狭义相对论 101

4.1 力学相对性原理、经典力学时空观 101

4.1.1 力学相对性原理 101

4.1.2 经典力学时空观 102

4.1.3 经典力学在高速领域遇到的困难 103

4.2 狭义相对论基本原理、洛仑兹变换 104

4.2.1 狭义相对论基本原理 105

4.2.2 洛仑兹坐标变换 105

4.2.3 洛仑兹速度变换 107

4.3 狭义相对论的时空观 108

4.3.1 同时的相对性 108

4.3.2 时间间隔的相对性——时间膨胀 109

4.3.3 空间间隔的相对性——长度收缩 110

4.4 狭义相对论的动力学基础 112

4.4.1 相对论动量、质量和速率关系 112

4.4.2 相对论动力学基础方程 114

4.4.3 相对论动能、质能关系 114

4.4.4 动量和能量的关系 115

阅读材料三：物理学的革命者——爱因斯坦 116

习题四 118

第二篇 机械振动和机械波第5章 机械振动 118

5.1 简谐振动的特征 123

5.1.1 简谐振动的定义 123

5.1.2 简谐振动的动力学特征 124

5.1.3 简谐振动的运动学特征 125

5.2 描述简谐振动的物理量 127

5.2.1 振幅 127

5.2.2 周期和频率 127

5.2.3 相位和相位差 128

5.2.4 振幅和初相位的求法 129

5.3 简谐振动的描述方法 130

5.3.1 解析法 130

5.3.2 振动曲线法 130

5.3.3 旋转矢量图示法 133

5.3.4 旋转矢量图的应用 134

5.4 简谐振动的能量 138

5.4.1 简谐振动系统的动能 138

5.4.2 简谐振动系统的势能 139

5.4.3 简谐振动系统的总能量 139

5.5 阻尼振动、受迫振动及共振 141

5.5.1 阻尼振动 141

5.5.2 受迫振动 142

5.5.3 共振 142

5.6 简谐振动的合成 143

5.6.1 沿同一直线、相同频率的两个简谐振动的合成 143

5.6.2 沿同一直线、不同频率的简谐振动的合成 148

5.6.3 两个同频率垂直振动的合成 150

5.6.4 两个不同频率垂直振动的合成 152

习题五 153

第6章 机械波 157

6.1 机械波的产生和传播 157

6.1.1 机械波产生的条件和种类 157

6.1.2 波动的几何描述 159

6.1.3 波动过程的物理本质 161

6.1.4 描述波动的物理量 163

6.2 平面简谐波表达式的建立与意义 166

6.2.1 平面简谐波表达式的建立 166

6.2.2 波动表达式的物理意义 170

6.3 波的能量 173

6.3.1 波的能量特征 173

6.3.2 波的能量密度 174

6.3.3 波的能流及能流密度 174

6.4 声波 176

6.5 波的叠加原理、波的干涉 178

6.5.1 波的叠加原理 178

6.5.2 波的干涉 179

6.6 驻波 182

6.6.1 驻波的产生 182

6.6.2 驻波的表达式 183

6.6.3 驻波的特征 183

6.6.4 半波损失 184

6.7 多普勒效应 185

阅读材料四：钟摆的发明者——惠更斯 187

习题六 189

第三篇 热学 195

第7章 气体动理论 195

7.1 热力学系统、平衡态及理想气体状态方程 195

7.1.1 热力学系统 195

7.1.2 平衡态和状态参量 196

7.1.3 理想气体状态方程 197

7.2 理想气体的压强公式 199

7.2.1 理想气体微观模型 199

7.2.2 理想气体压强公式 200

7.3 理想气体的温度公式 203

7.3.1 理想气体温度公式 203

7.3.2 气体分子的方均根速率 203

7.4 能量按自由度均分定理及理想气体内能 204

7.4.1 自由度 205

7.4.2 能量按自由度均分定理 206

7.4.3 理想气体的内能 207

7.5 麦克斯韦速率分布律 208

7.5.1 速率分布和分布函数 208

7.5.2 麦克斯韦速率分布函数 210

7.5.3 3种速率 210

7.6 分子的平均碰撞频率和平均自由程 212

7.6.1 平均碰撞频率 213

7.6.2 平均自由程 213

7.7 玻耳兹曼分布 215

7.7.1 玻耳兹曼分布律 215

7.7.2 重力场中微粒按高度分布规律 216

7.7.3 气压公式 216

习题七 217

第8章 热力学基础 219

8.1 准静态过程、功 219

8.1.1 准静态过程 219

8.1.2 功 220

8.2 热量、热力学第一定律 222

8.2.1 热量 222

8.2.2 热力学第一定律 223

8.3 理想气体的等值过程 224

8.3.1 等体过程 224

8.3.2 等压过程 225

8.3.3 等温过程 226

8.4 气体的摩尔热容 227

8.4.1 热容、摩尔热容 228

8.4.2 理想气体的摩尔热容 228

8.5 绝热过程 231

8.5.1 绝热过程的特征 231

8.5.2 绝热过程方程、绝热曲线 232

8.6 循环 233

8.6.1 循环过程 234

8.6.2 正循环、热机效率 234

8.6.3 逆循环、制冷系数 240

8.7 热力学第二定律、熵 243

8.7.1 热力学第二定律 243

8.7.2 可逆过程和不可逆过程 244

8.7.3 卡诺定理、克劳修斯不等式 245

8.7.4 克劳修斯熵 246

8.7.5 熵增加原理 248

阅读材料五：热功当量的测量者——焦耳 248

习题八 250

附录A 矢量及其运算 253

A.1 矢量和标量 253

A.2 矢量合成 253

A.3 矢量乘法 255

A.4 矢量函数的导数和积分 256

附录B 国际单位制 258

附录C 习题参考答案 261

参考文献 270