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绪论 1

第1章 质点运动学和牛顿运动定律 5

1.1　质点　参考系 5

1.1.1　质点和刚体 5

1.1.2　时间和空间 6

1.1.3　单位制和量纲 7

1.1.4　参考系和坐标系 8

1.2　质点运动的描述 9

1.2.1 位矢 9

1.2.2　位移 10

1.2.3　速度 10

1.2.4　加速度 11

1.3　直线运动和平面曲线运动 12

1.3.1　直线运动 12

1.3.2　圆周运动 14

1.3.3　抛体运动 15

1.3.4　一般平面曲线运动 16

1.4　相对运动　几种常见力 16

1.4.1　伽利略坐标变换 17

1.4.2　伽利略速度变换与加速度变换 17

1.4.3　几种常见力 18

1.5　牛顿运动定律 20

1.5.1　牛顿第一定律 20

1.5.2　牛顿第二定律 20

1.5.3　牛顿第三定律 21

1.5.4　牛顿运动定律的应用举例 21

1.6　经典力学的时空观　非惯性系惯性力 25

1.6.1　力学的相对性原理 25

1.6.2　经典力学的时空观 25

1.6.3　非惯性系与惯性力 25

小结 27

思考题 29

习题 29

物理学家简介　牛顿 31

第2章　动量和角动量 34

2.1 冲量 34

2.1.1　恒力的冲量 34

2.1.2　变力的冲量 34

2.1.3　合力的冲量 35

2.2　动量　动量定理 36

2.2.1　质点的动量和动量定理 36

2.2.2　质点系的动量和动量定理 38

2.3　动量守恒定律 42

2.3.1　动量守恒定律 42

2.3.2　动量守恒定律应用举例 43

2.4　质心　质心运动定理 46

2.4.1　质心 46

2.4.2　质心运动定理 47

2.5　力矩　角动量 48

2.5.1 力矩 48

2.5.2　角动量 49

2.6　角动量守恒定律 51

2.6.1　角动量定理 51

2.6.2　角动量守恒定律 52

2.6.3　角动量守恒定律应用举例 53

小结 55

思考题 57

习题 58

物理学家简介　伽利略 60

第3章　功和能 63

3.1 功和功率 63

3.1.1　恒力沿直线路径做的功 63

3.1.2　变力沿曲线路径做的功 63

3.1.3　功率 64

3.2　动能　动能定理 67

3.2.1　质点的动能和动能定理 67

3.2.2　质点系的动能和动能定理 68

3.3　势能 70

3.3.1　保守力和非保守力 70

3.3.2　保守力的功 71

3.3.3　质点系的势能 72

3.3.4　势能曲线 73

3.4　机械能守恒定律 75

3.4.1　质点系的机械能定理 75

3.4.2　机械能守恒定律 75

3.5　对称性和守恒定律 79

3.6　碰撞 81

3.6.1　碰撞的概念 81

3.6.2　完全弹性碰撞 81

3.6.3　完全非弹性碰撞 82

3.6.4　非完全弹性碰撞 83

小结 85

思考题 86

习题 86

物理学家简介　焦耳 90

第4章　刚体力学 92

4.1 刚体定轴转动的运动学描述 92

4.1.1　刚体的运动形式 92

4.1.2　刚体的平动 92

4.1.3 刚体定轴转动的运动学描述 93

4.2 刚体定轴转动的转动定律　转动惯量 95

4.2.1 刚体定轴转动时的力矩 95

4.2.2　刚体定轴转动的转动定律 96

4.2.3　刚体定轴转动的转动惯量 97

4.2.4　转动定律的应用举例 100

4.3　刚体定轴转动的机械能守恒 102

4.3.1　力矩的功和功率 102

4.3.2　转动动能和动能定理 103

4.3.3　刚体的势能 104

4.3.4　刚体的机械能守恒定律 104

4.4　刚体定轴转动的角动量守恒 106

4.4.1 刚体定轴转动的角动量 107

4.4.2　角动量定理 107

4.4.3　角动量守恒定律 108

4.5　刚体的平面平行运动 111

4.5.1 刚体平面平行运动的运动学描述 112

4.5.2　刚体平面平行运动的转动瞬心 112

4.5.3　刚体平面平行运动的动力学方程 113

4.5.4　刚体平面平行运动的动能 113

4.6　刚体的进动　刚体的平衡 116

4.6.1　刚体的进动 116

4.6.2　刚体的平衡 117

小结 118

思考题 120

习题 121

物理学家简介　开普勒 124

第5章　流体力学基础 127

5.1　流体静力学 127

5.1.1　作用在流体上的力 127

5.1.2　静止流体中的压强 128

5.2　流体运动学 131

5.2.1　理想流体及其性质 131

5.2.2　理想流体的运动学描述 132

5.2.3　理想流体定常流动的连续性方程 133

5.3　流体动力学 134

5.3.1　伯努利方程 134

5.3.2　伯努利方程的应用举例 136

5.4　实际流体的运动规律 139

5.4.1　实际流体的能量方程 140

5.4.2　层流和湍流 141

5.4.3　长直圆管中的层流流动 141

小结 143

思考题 145

习题 145

物理学家简介　伯努利 147

第6章　机械振动 149

6.1 简谐振动的运动学描述 149

6.1.1　简谐振动的运动学方程、速度、加速度 149

6.1.2　简谐振动的特征物理量 150

6.1.3 简谐振动的曲线表示法和旋转矢量表示法 153

6.2　简谐振动的动力学方程和能量 156

6.2.1　简谐振动的动力学方程 156

6.2.2　简谐振动的能量 157

6.3　几种常见的简谐振动 159

6.3.1　单摆 159

6.3.2　复摆 160

6.3.3　扭摆 162

6.4　阻尼振动　受迫振动　共振 163

6.4.1 阻尼振动 163

6.4.2　受迫振动 165

6.4.3　共振 166

6.5　简谐振动的合成 167

6.5.1 两个同方向同频率简谐振动的合成 167

6.5.2　两个同方向不同频率简谐振动的合成 169

6.5.3 两个相互垂直同频率简谐振动的合成 170

6.5.4　两个相互垂直频率为整数比简谐振动的合成 172

6.6　非线性振动简介 173

小结 175

思考题 177

习题 177

物理学家简介　胡克 180

第7章　机械波 182

7.1　机械波的产生和分类 182

7.1.1　机械波产生的条件 182

7.1.2　横波和纵波 183

7.1.3　平面波和球面波 183

7.1.4　水波 184

7.2　平面简谐波的运动学描述 184

7.2.1　平面简谐波的波函数 185

7.2.2　平面简谐波的基本特征物理量 186

7.2.3 平面简谐波波函数的其他形式 186

7.3　平面简谐波的动力学描述 188

7.3.1　平面简谐波的波动方程 188

7.3.2　波速 189

7.4　波的能量和波的强度 191

7.4.1　波的能量　能量密度 191

7.4.2　能流　波的强度 192

7.5　波的衍射和干涉　驻波 194

7.5.1　惠更斯原理　波的衍射 194

7.5.2　波的叠加原理　波的干涉 195

7.5.3　驻波　半波损失 197

7.6　机械波的多普勒效应 201

7.6.1　观察者和波源都静止 201

7.6.2　观察者运动而波源静止 201

7.6.3　观察者静止而波源运动 202

7.6.4　观察者和波源都运动 202

7.7　声波 204

7.7.1　声波　声强级 204

7.7.2　超声波 205

7.7.3　次声波 206

小结 206

思考题 208

习题 209

物理学家简介　惠更斯 211

第8章　狭义相对论力学基础 213

8.1　迈克耳孙-莫雷实验 213

8.2　狭义相对论的基本原理 214

8.2.1　狭义相对论的相对性原理 214

8.2.2　光速不变原理 215

8.3　洛伦兹变换 215

8.3.1　洛伦兹坐标变换 216

8.3.2　洛伦兹速度变换 217

8.4　狭义相对论的时空观 220

8.4.1 同时的相对性 220

8.4.2　时间延缓 221

8.4.3　长度收缩 223

8.5　狭义相对论的动力学基础 224

8.5.1　狭义相对论的质量和动量 225

8.5.2　狭义相对论动力学的基本方程 226

8.5.3　狭义相对论的能量 226

8.6　动量和能量的关系　力的变换 228

8.6.1　动量和能量的关系式 228

8.6.2　动量和能量的变换式 230

8.6.3　力的变换 231

小结 233

思考题 235

习题 235

物理学家简介　爱因斯坦 237

第9章　温度和气体物态方程 240

9.1　温度和温标 240

9.1.1　热力学系统 240

9.1.2　平衡态、态参量 240

9.1.3　热力学第零定律　温度 241

9.1.4　几种常用的温标及其关系 242

9.2　气体的三条实验定律 243

9.2.1　玻意耳-马略特定律 243

9.2.2　查理定律 243

9.2.3　盖·吕萨克定律 244

9.3　理想气体物态方程 244

9.3.1　理想气体 244

9.3.2　气体的物态方程 244

9.3.3　单一理想气体的物态方程 244

9.3.4　混合理想气体的物态方程 246

9.4　实际气体物态方程 247

9.4.1 实际气体 247

9.4.2　范德瓦耳斯方程 247

小结 249

思考题 249

习题 250

物理学家简介　玻耳兹曼 250

第10章　气体动理论 253

10.1 理想气体压强 温度的微观意义 253

10.1.1　理想气体的微观模型 253

10.1.2　理想气体压强 254

10.1.3　温度的微观意义 255

10.2　能量均分定理　理想气体的内能 256

10.2.1　分子的自由度 256

10.2.2　能量按自由度均分定理 257

10.2.3　理想气体的内能 258

10.3　麦克斯韦速率分布律 259

10.3.1　分子速率的实验测定 259

10.3.2　速率分布函数 259

10.3.3　麦克斯韦速率分布律 260

10.3.4　三种统计速率 261

10.4　玻耳兹曼分布 263

10.4.1　玻耳兹曼分布律 263

10.4.2　重力场中微粒按高度的分布 264

10.5　分子的碰撞 264

10.5.1 气体分子的平均碰撞频率 264

10.5.2　平均自由程 265

10.6 气体的输运现象 266

小结 268

思考题 269

习题 269

物理学家简介　麦克斯韦 270

第11章　热力学定律 273

11.1　热力学第一定律 273

11.1.1　准静态过程 273

11.1.2　功　热量　内能 273

11.1.3　热力学第一定律 275

11.1.4　摩尔热容 276

11.2　典型的热力学过程 276

11.2.1　等体过程　摩尔定容热容 276

11.2.2　等压过程　摩尔定压热容 277

11.2.3　等温过程 278

11.2.4　绝热过程 279

11.2.5　多方过程 280

11.3　循环过程和卡诺循环 282

11.3.1 循环过程 282

11.3.2　热机效率 282

11.3.3　制冷系数 283

11.3.4　卡诺循环 283

11.4　热力学第二定律 287

11.4.1　热力学第二定律 287

11.4.2　可逆过程与不可逆过程 288

11.4.3　热力学第二定律的实质 289

11.4.4　卡诺定理 289

11.5　熵和熵增加原理 289

11.5.1 熵 289

11.5.2　熵变的计算 291

11.5.3　熵增加原理 292

11.6　玻耳兹曼熵关系式 293

11.6.1　玻耳兹曼熵关系式 293

11.6.2　热力学第二定律的统计意义 293

小结 294

思考题 295

习题 295

物理学家简介　克劳修斯 297

附录 299

附录A　数学基础知识 299

附录B　一些物理常量的常用值 316

习题参考答案 317

关键词索引 329

参考文献 337