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第1篇力学 3

第1章 质点运动学 3

1.1质点运动的描述 3

1.1.1参考系、坐标系 3

1.1.2质点、质点系 3

1.1.3质点运动的矢量描述 4

1.2常用坐标系的选用 7

1.2.1直角坐标系、抛体运动 7

1.2.2自然坐标系、切向加速度和法向加速度 10

1.3相对运动 12

本章提要 14

思考题1 15

习题1 16

第2章 经典力学的守恒定律 17

2.1牛顿运动定律和惯性系 17

2.1.1牛顿运动定律的表述及其应用 17

2.1.2惯性系与非惯性系 24

2.1.3平动加速参考系中的惯性力 24

2.1.4匀速转动参考系中的惯性离心力 25

2.2动量定理和动量守恒定律 26

2.2.1冲量和质点的动量定理 26

2.2.2质点系动量定理 28

2.2.3动量守恒定律 31

2.2.4火箭飞行 32

2.2.5质心及质心运动定理 34

2.3动能定理和机械能守恒定律 36

2.3.1功和质点的动能定理 37

2.3.2保守力、非保守力和势能 40

2.3.3势能曲线及应用 43

2.3.4质点系的动能定理和功能原理 45

2.3.5机械能守恒定律与能量守恒定律 48

2.3.6两体碰撞 49

2.4角动量和角动量守恒定律 52

2.4.1质点的角动量 52

2.4.2力矩和质点的角动量定理 54

2.4.3质点角动量守恒定律 55

2.4.4质点系的角动量定理 56

2.4.5质心系的角动量定理 58

2.5对称性和守恒定律 59

2.5.1什么是对称性？ 59

2.5.2物理定律的对称性 60

2.5.3时空对称性和动量、角动量和能量守恒定律 61

本章提要 62

思考题2 64

习题2 65

第3章 刚体力学 67

3.1刚体运动学 67

3.1.1刚体及研究方法 67

3.1.2刚体的平动和定轴转动 68

3.1.3描述刚体转动的物理量 68

3.1.4匀变速转动公式 71

3.1.5角量和线量的关系 71

3.2刚体动力学 74

3.2.1刚体绕定轴转动时对转轴的角动量 74

3.2.2转动惯量 75

3.2.3刚体定轴转动的转动定理 79

3.2.4刚体定轴转动的角动量定理 82

3.2.5刚体定轴转动的动能定理 83

3.2.6刚体的进动和回转效应 87

本章提要 88

思考题3 89

习题3 89

第4章 狭义相对论 91

4.1狭义相对论产生的背景 91

4.1.1力学的相对性原理 91

4.1.2伽利略变换 91

4.1.3经典力学的绝对时空观 92

4.1.4经典力学的局限性 93

4.2狭义相对论的基本原理与洛伦兹变换式 95

4.2.1狭义相对论的基本假设 95

4.2.2洛伦兹变换 95

4.2.3相对论速度变换式 97

4.3狭义相对论的时空观 99

4.3.1同时性的相对性 99

4.3.2时间间隔的相对性 100

4.3.3长度的相对性 101

4.4狭义相对论动力学基础 102

4.4.1质量和动量 103

4.4.2力和速率 103

4.4.3功和动能 104

4.4.4静能、总能和质能关系 105

4.4.5能量和动量 105

本章提要 106

思考题4 107

习题4 108

第2篇 热学基础 111

第5章 热学的预备知识 111

5.1热力学系统的状态和过程 111

5.1.1热力学系统 111

5.1.2热力学状态 111

5.1.3热力学过程 112

5.2温度 112

5.2.1热力学第零定律 112

5.2.2温度计和温标 113

5.3分子热运动与分子力 114

5.3.1通常的物质是由大量分子（或原子）组成的 114

5.3.2分子热运动 115

5.3.3分子力 115

5.4状态参量和物态方程 116

5.4.1状态参量，物态方程 116

5.4.2气体的实验定律，理想气体 117

5.4.3理想气体状态方程 117

5.4.4范德瓦尔斯方程 119

5.5统计规律的基本概念 119

5.5.1事件 119

5.5.2概率 119

5.5.3统计平均和统计规律 120

第6章 平衡态的统计规律 122

6.1理想气体的压强和温度 122

6.1.1理想气体的微观模型和统计假设 122

6.1.2理想气体的压强公式 123

6.1.3理想气体的温度公式 124

6.2麦克斯韦速率分布律 126

6.2.1速率分布律 126

6.2.2速率分布函数 126

6.2.3麦克斯韦速率分布律 128

6.2.4三种速率 129

6.3玻尔兹曼分布律 131

6.3.1玻尔兹曼分布律 131

6.3.2重力场中粒子按高度的分布 132

6.4能量均分定理 133

6.4.1自由度 133

6.4.2能量均分定理 134

6.4.3理想气体的内能 135

6.5分子碰撞频率的统计规律 137

6.5.1平均碰撞频率 137

6.5.2平均自由程 138

本章提要 139

思考题6 140

习题6 141

第7章 热力学第一定律 142

7.1热力学第一定律 142

7.1.1内能、功和热量 142

7.1.2热力学第一定律 144

7.2理想气体的等值过程 146

7.2.1等容过程 146

7.2.2等压过程 147

7.2.3等温过程 149

7.3理想气体的绝热过程和多方过程 150

7.3.1绝热过程 150

7.3.2多方过程 155

7.4循环过程和卡诺循环 155

7.4.1循环过程 155

7.4.2热机和效率 156

7.4.3制冷机及制冷系数 156

7.4.4卡诺循环 157

本章提要 161

思考题7 162

习题7 162

第8章 热力学第二定律 165

8.1热力学第二定律的表述 165

8.1.1可逆过程与不可逆过程 165

8.1.2热力学第二定律的表述 166

8.2卡诺定理 167

8.2.1卡诺定理的内容 168

8.2.2卡诺定理的证明 168

8.2.3热力学温标 169

8.3熵和熵增加原理 169

8.3.1克劳修斯等式 169

8.3.2熵 170

8.3.3熵增加原理 171

8.3.4温熵图 172

8.4热力学第二定律的统计意义 173

8.4.1理想气体自由膨胀不可逆性的统计意义 173

8.4.2热力学概率和玻尔兹曼熵公式 174

8.4.3热力学第二定律的适用范围 175

本章提要 175

思考题8 175

第3篇 电磁学 179

第9章 真空中的静电场 179

9.1静电的基本现象 179

9.1.1电荷和电荷守恒定律 179

9.1.2库仑定律 183

9.2静电场的描述 186

9.2.1电场和电场强度 187

9.2.2场强叠加原理 188

9.3真空中静电场的高斯定理 195

9.3.1电场线与电通量 195

9.3.2静电场的高斯定理及应用 198

9.4静电场环路定理和电势 205

9.4.1静电场的环路定理 206

9.4.2电势差和电势 208

9.4.3电势叠加原理 210

9.4.4电场强度与电势梯度的关系 214

本章提要 218

思考题9 219

习题9 220

第10章 有导体和电介质时的静电场 223

10.1有导体存在时的静电场 223

10.1.1导体的静电平衡 223

10.1.2静电平衡时导体上的电荷分布 224

10.1.3静电现象的应用 229

10.2电容和电容器 231

10.2.1孤立导体的电容 231

10.2.2电容器及其电容 231

10.2.3电容器的串并联 233

10.3有电介质时的静电场 235

10.3.1电介质及其极化机制 235

10.3.2电介质的极化规律 237

10.3.3有介质时的高斯定理 电位移 239

10.3.4电介质在电容器中的作用 243

10.4静电场的能量 244

10.4.1带电体系的静电能 244

10.4.2电场的能量和能量密度 248

本章提要 250

思考题10 251

习题10 251

附录 课程内容的学时分配建议 254