大学物理学要义与释疑 第2版 上PDF电子书下载

第1篇 力学 1

前言 1

第1章 运动学 3

1.1 位移、速度和加速度 3

1.1.1 参考系、坐标系 3

1.1.2 位移、速度、加速度的定义 3

1.1.3 速度v和加速度a的基本性质 4

1.2 质点运动学的常用公式 6

1.2.1 匀加速直线运动 6

1.2.2 圆周运动和平面曲线运动 6

1.2.3 角量与线量的关系 8

1.3 相对运动，速度相加原理及其适用范围 8

1.3.1 相对运动与速度相加原理 8

1.3.2 古典力学的时空观与速度相加原理的适用范围 9

1.4 解题的基本要求（不限于运动学） 9

1.5 典型例题 10

1.6 几个容易混淆的概念 14

1.6.1 |Δr|与|Δr|，|Δv与|Δv| 14

1.6.2 速度的合成、分解与伽利略速度变换关系 15

1.6.3 运动的合成、分解与运动的独立性 16

第2章 牛顿定律 18

2.1 牛顿三定律的内容 18

2.2 对牛顿三定律的认识 18

2.2.1 惯性与惯性运动 18

2.2.2 牛顿第二定律的表达式 19

2.2.3 牛顿定律科学概括了力的概念 20

2.2.4 牛顿定律应用的对象是质点 20

2.3 牛顿定律和参考系 20

2.3.1 牛顿定律并非在所有的参考系中都可以应用 20

2.3.2 牛顿第一定律定义了惯性参考系 21

2.3.3 力学中常用的三个惯性系 21

2.4 受力分析的难点——摩擦力的分析 21

2.4.1 常见力中接触力的特点 22

2.4.2 静摩擦力方向的分析 22

2.4.3 随转台匀角速转动物体的相对运动趋势的分析 23

2.5 应用牛顿定律解题的一般方法 23

2.6 典型例题 26

2.7 非惯性系中力和加速度之间的关系 31

2.7.1 在非惯性系中引入惯性力 31

2.7.2 惯性力不是相互作用力 32

2.7.3 非惯性系与力场的等效性 32

2.7.4 重力和地球的引力 33

2.7.5 科里奥利力 34

2.7.6 非惯性系中牛顿定律的应用举例 35

第3章 动量与角动量 38

3.1 动量与角动量的基本概念和基本规律 38

3.1.1 动量与角动量的基本概念和有关的物理量 38

3.1.2 动量与角动量的基本定律 40

3.1.3 动量概念和角动量概念的对比 43

3.1.4 动量守恒条件和角动量守恒条件的对比 43

3.2 用动量定理对变质量问题的分析 44

3.2.1 经典力学中变质量问题的含义 44

3.2.2 变质量问题的一般公式 44

3.3 角动量守恒与行星运动 45

3.3.1 行星运动是平面运动 45

3.3.2 对开普勒第二定律的证明 46

3.3.3 远、近日点速率的关系 46

3.4 典型例题 47

3.5 质心参考系 54

3.5.1 质心参考系是零动量参考系 54

3.5.2 质心系不一定是惯性系 54

3.5.3 质心系与惯性系中角动量的关系 55

3.5.4 质心系中角动量定理的形式 55

3.6 对某些问题的进一步说明与讨论 56

3.6.1 对动量守恒条件的再讨论 56

3.6.2 动量守恒定律和牛顿第三定律实质上是彼此等价的 56

3.6.3 为何在地球—卫星系统中研究动量关系不能选地球为参考系 57

3.6.4 一种处理变质量问题的错误做法 58

3.6.5 角动量概念和规律适用于作直线运动的物体吗 58

第4章 功与能 60

4.1 功与能的基本概念 60

4.1.1 功 60

4.1.2 保守力 61

4.1.3 动能 62

4.1.4 势能 62

4.1.5 机械能 63

4.2 功与能的主要规律及基本联系 63

4.2.1 功与能的主要规律 63

4.2.2 功与能的基本联系 64

4.3 利用功能关系解题的基本步骤 65

4.4 典型例题 66

4.5 质心系中的功能关系 71

4.5.1 柯尼希定理 71

4.5.2 质心系中的功能原理 71

4.5.3 质点系相对于惯性系的运动的分解 73

4.5.4 质心系中碰撞问题的研究 73

4.6 对某些问题的进一步说明与讨论 76

4.6.1 关于功的定义的几种不同说法 76

4.6.2 动量与动能的对比 77

4.6.3 “一对力”的功 78

4.6.4 关于保守力及势能概念的深入说明 79

4.6.5 重力势能与万有引力势能的关系 81

4.6.6 从一对对内力做功分析弹簧势能变化的方法 82

4.6.7 质点系的动量、角动量和机械能是否能在任何惯性系中同时守恒 83

4.6.8 为何在地球一卫星系统中研究能量关系时可以选择地球为参考系 84

4.6.9 为什么不能说物体在弹性碰撞的过程中动能守恒 85

4.6.10 汽车启动过程中有关功、能、动量等若干力学问题的讨论 85

第5章 刚体 88

5.1 刚体的基本概念 88

5.1.1 刚体的几种运动形式 88

5.1.2 刚体的重要物理量和表达式 88

5.2 刚体运动的基本规律 91

5.2.1 刚体的运动学规律 91

5.2.2 关于刚体转动惯量的规律 92

5.2.3 刚体的动力学规律 93

5.3 典型例题 95

5.4 对某些问题的进一步说明与讨论 104

5.4.1 圆盘纯滚动时的转动定律 104

5.4.2 转动圆盘啮合时的角动量守恒问题 106

5.4.3 滑冰运动员作旋转动作时的动力学分析 107

5.4.4 圆盘纯滚动中静摩擦力所做的功 108

5.4.5 为什么角速度与转心（基点）的位置无关 109

5.4.6 角位移是否为矢量 109

5.4.7 刚体角动量L和角速度ω的关系是否可写成L=Jω的形式 113

第6章 振动 114

6.1 简谐振动的基本概念 114

6.1.1 简谐振动的定义 114

6.1.2 简谐振动的特征量 115

6.1.3 相位差 116

6.1.4 简谐振动的运动学特点 117

6.2 简谐振动所服从的基本定律 118

6.2.1 服从牛顿定律 119

6.2.2 服从机械能守恒定律 119

6.3 描述和求解简谐振动的基本方法 120

6.3.1 描述简谐振动的方法 120

6.3.2 判断一个振动是不是简谐振动的方法 120

6.3.3 从运动学求解简谐振动的方法 120

6.3.4 从动力学求解简谐振动的方法 121

6.4 简谐振动的合成（叠加） 121

6.4.1 简谐振动合成的实质与方法 121

6.4.2 两个同频率的简谐振动的合成 121

6.4.3 两个不同频率的简谐振动的合成 124

6.4.4 振动合成的逆问题——振动的分解 125

6.5 阻尼振动 125

6.5.1 阻尼振动的方程和表达式 125

6.5.2 阻尼振动的特点（重点讨论弱阻尼情形） 126

6.5.3 弱阻尼、过阻尼、临界阻尼 126

6.6 受迫振动与共振 127

6.6.1 受迫振动的振动方程和表达式 127

6.6.2 受迫振动的特点 128

6.6.3 共振 128

6.6.4 无阻尼自由谐振动和稳态受迫振动的对比 129

6.7 典型例题 130

6.8 对某些问题的进一步说明与讨论 135

6.8.1 反相和反向 135

6.8.2 相位角和方位角 135

6.8.3 振动曲线的画法 136

6.8.4 用旋转矢量表示简谐振动的速度和加速度 136

6.8.5 简谐振动系统的机械能和振动能 137

6.8.6 组合弹簧振动系统的等效劲度系数 138

6.8.7 弹簧质量不能忽略时弹簧振子的固有频率 140

6.8.8 求振动周期举例 141

6.8.9 组合弹簧振动系统的横向微小振动 142

6.8.10 物体在稳定平衡位置附近的微小振动不一定都是简谐振动 144

6.8.11 单摆是个理想化模型 146

6.8.12 单摆大幅度摆动的周期 148

6.8.13 用振幅矢量法研究受迫振动 149

6.8.14 阻尼振动系统的能量 153

第7章 波动 156

7.1 波动的基本概念 156

7.1.1 波的传播的概念 156

7.1.2 波的特征量 157

7.1.3 波形曲线 157

7.1.4 波的表达式 158

7.1.5 波动方程 160

7.1.6 波的能量及其特点 160

7.2 与波的传播特性有关的原理、现象和规律 162

7.2.1 惠更斯原理 162

7.2.2 入射波、反射波、透射波间的振幅关系和相位关系 164

7.2.3 多普勒效应及其规律 166

7.3 与波的叠加特性有关的原理、现象和规律 167

7.3.1 叠加原理 167

7.3.2 波的干涉现象及其规律 168

7.3.3 驻波的形成及特点 169

7.3.4 两端固定绳的自由振动、简正模式 171

7.4 电磁波 173

7.5 典型例题 175

7.6 对某些问题的进一步说明与讨论 181

7.6.1 振动曲线和波形曲线的联系——波动概念的应用 181

7.6.2 机械波的多普勒效应公式的推导 183

7.6.3 光的多普勒效应 185

7.6.4 波的能量到哪去了 186

7.6.5 关于波的相干条件中“振动方向相同”一项的讨论 187

7.6.6 驻波是不是波 188

7.6.7 入射波和反射波振幅不等时的叠加 189

7.6.8 在完全反射的情况下媒质边界处是否可能既不是波节又不是波腹 189

7.6.9 关于驻波能量的讨论 191

7.6.10 由驻波叠加为行波 193

7.6.11 有趣的“拍”现象 195

7.6.12 相速度与群速度 196

7.6.13 复振幅法 200

第8章 狭义相对论基础 202

8.1 狭义相对论的基本原理 202

8.1.1 狭义相对论的基本假设 202

8.1.2 相对论是对古典时空观和牛顿力学的彻底革命 204

8.2 相对论的时空观 205

8.2.1 洛伦兹变换 205

8.2.2 同时性的相对性 206

8.2.3 时序 207

8.2.4 时间延缓 208

8.2.5 长度缩短 209

8.2.6 洛伦兹速度变换 209

8.2.7 洛伦兹加速度变换 211

8.3 相对论力学 211

8.3.1 相对论质量 211

8.3.2 相对论动量 212

8.3.3 相对论动量变化率 212

8.3.4 相对论动能 213

8.3.5 相对论能量 213

8.3.6 相对论动量和能量的关系 215

8.3.7 相对论动量和能量变换 215

8.3.8 相对论动量变化率的变换 216

8.4 典型例题 217

8.5 对某些问题的进一步说明与讨论 226

8.5.1 狭义相对论的起源 226

8.5.2 双生子效应（双生子佯谬） 229

8.5.3 高速运动物体的视状 232

8.5.4 能否选光子为参考系 233

8.5.5 光速c是否是宇宙间的极限速度 233

8.5.6 动量守恒定律和能量守恒定律同时满足相对性原理 234

第2篇 热学 235

前言 235

1.热学的研究对象和方法 235

2.统计规律 236

3.热学系统的微观描述和宏观描述 236

4.平衡态 237

5.热力学第零定律、温度、温标 237

6.几个问题 238

第9章 气体分子动理论 241

9.1 概述 241

9.1.1 基本概念 241

9.1.2 主要研究内容 241

9.2 主要模型和假设 242

9.2.1 理想气体状态方程 242

9.2.2 理想气体的微观模型 242

9.2.3 苏则朗模型 242

9.2.4 平衡态理想气体分子运动的统计假设 243

9.3 气体分子动理论的几个重要结果 243

9.3.1 压强的统计解释与理想气体压强公式 243

9.3.2 温度的统计解释 243

9.3.3 麦克斯韦速率分布律 244

9.3.4 内能 246

9.3.5 范德瓦尔斯气体和范德瓦尔斯方程 247

9.3.6 碰撞频率和自由程 248

9.3.7 输运过程 249

9.4 典型例题 250

9.5 对某些问题的进一步说明与讨论 255

9.5.1 对内能的进一步讨论 255

9.5.2 麦克斯韦速度分布律 256

9.5.3 由麦克斯韦速度分布律推导麦克斯韦速率分布律 258

9.5.4 玻耳兹曼分布律 259

9.5.5 单位时间内碰到器壁上的分子数 261

9.5.6 用麦克斯韦速度分布律求压强 261

9.5.7 分子按动能的分布律 262

9.5.8 麦克斯韦速度分布律是研究理想气体各种规律的出发点 265

第10章 热力学基础 266

10.1 关于热力学过程的概念 266

10.1.1 准静态过程 267

10.1.2 准静态过程中系统对外界做的功 267

10.1.3 可逆过程 268

10.1.4 不可逆过程 269

10.1.5 循环过程 270

10.1.6 绝热过程 270

10.1.7 等值过程 270

10.2 热力学过程中的能量转化关系——热力学第一定律 271

10.2.1 热力学第一定律 271

10.2.2 内能 272

10.2.3 功 273

10.2.4 热量 273

10.2.5 热力学第一定律的应用 273

10.2.6 热机的效率和制冷机的制冷系数 276

10.2.7 卡诺循环 277

10.3 热力学过程中方向性的规律——热力学第二定律 278

10.3.1 热力学第二定律 278

10.3.2 卡诺定理 279

10.3.3 熵和熵增加原理 280

10.3.4 克劳修斯等式和熵的计算 281

10.4 典型例题 282

10.5 对某些问题的进一步说明与讨论 286

10.5.1 热力学第二定律的统计解释 286

10.5.2 从宏观上看功和热的差异 287

10.5.3 热力学温标及其与理想气体温标的一致性 288

10.5.4 热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述等价性的证明 289

10.5.5 多个热源的热机能否只吸热不放热 290

10.5.6 等体过程中对克劳修斯等式和不等式的分析 290

10.5.7 热力学第二定律对物性的约束、克拉珀龙方程 291

10.5.8 内能和热量在热力学中的定义 292

10.5.9 在纯热力学理论中熵概念的导出 294

10.5.10 热力学第三定律 295

参考文献 297