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第一篇经典力学 3

第一章质点运动学 3

第一节质点 参考系和坐标系 3

一、质点 3

二、参考系 3

三、坐标系 4

第二节质点运动的描述 5

一、位置矢量和位移 运动方程 5

二、速度 6

三、加速度 7

四、法向加速度与切向加速度 10

知识拓展 曲率的计算 11

五、圆周运动的角量表示 12

第三节质点运动学的基本问题 14

第四节相对运动 17

习题 18

第二章牛顿运动定律 22

第一节牛顿运动三定律 22

一、牛顿第一定律 23

知识拓展 中国古代对力和运动的认识 24

二、牛顿第二定律 24

三、牛顿第三定律 26

知识拓展 为什么滑水运动员不会沉入水中 26

四、牛顿运动定律的适用范围 26

第二节几种常见的力 27

一、万有引力 27

二、弹性力 28

三、摩擦力 29

四、四种基本相互作用力 30

第三节牛顿运动定律的应用 31

一、应用牛顿定律解决力学问题的基本方法 31

二、应用举例 32

第四节伽利略相对性原理 非惯性系 36

一、伽利略相对性原理 36

二、非惯性系 平动加速参考系中的惯性力 36

知识拓展 加速度计原理 38

三、惯性离心力与地球自转对物体重量的影响 39

习题 41

第三章 能量与动量 45

第一节动能 质点动能定理 45

一、功 45

二、质点动能定理 47

第二节保守力与非保守力做功特点 势能 48

一、重力、弹力和万有引力做功的特点 49

二、保守力与非保守力 50

三、势能 51

四、重力势能和引力势能的关系 51

五、势能曲线 52

第三节机械能守恒定律 能量守恒定律 53

一、质点系动能定理 53

二、质点系的功能原理 54

三、机械能守恒定律 55

四、黑洞 57

五、能量守恒定律 58

第四节质点与质点系的动量定理 59

一、冲量 质点的动量定理 59

二、质点系的动量定理 61

第五节动量守恒定律及应用 62

一、动量守恒定律 62

二、对心碰撞 64

三、火箭飞行原理 68

第六节质心 质心运动定律 69

一、质心 70

二、质心运动定律 71

习题 72

第四章 刚体的定轴转动 76

第一节刚体运动的描述 76

一、刚体的概念 76

二、刚体的平动和转动 76

三、刚体的定轴转动 77

第二节刚体定轴转动定律 80

一、力矩 80

二、刚体定轴转动定律 81

三、转动惯量及计算 82

四、刚体定轴转动定律的应用 84

第三节刚体定轴转动的功和能 87

一、力矩的功 87

二、刚体定轴转动的动能 87

三、刚体定轴转动的动能定理 87

四、刚体的重力势能 88

第四节刚体定轴转动的角动量 90

一、质点的角动量 90

二、刚体对定轴的角动量 91

三、刚体定轴转动的角动量定理 91

四、角动量守恒定律 92

习题 96

第二篇机械振动和机械波 103

第五章 机械振动 103

第一节简谐振动的描述 103

一、简谐振动 103

二、简谐运动的动力学方程 103

三、描述简谐运动的物理量 105

四、振幅和初相的确定 107

知识拓展点绛唇 107

知识拓展 复摆 109

第二节简谐振动的旋转矢量表示法 109

第三节简谐振动的能量 113

一、振动的动能和势能 113

二、能量的平均值和势能曲线 113

第四节同方向的简谐振动的合成 115

一、同方向同频率的两个简谐振动的合成 115

二、同方向不同频率的两个简谐振动的合成拍 117

第五节相互垂直的简谐振动的合成 118

第六节阻尼振动 120

第七节受迫振动和共振 122

一、受迫振动 122

二、共振及其应用 123

知识拓展 中国古代对共振现象的认识 124

习题 125

第六章 机械波 128

第一节机械波的产生和传播 128

一、机械波产生的条件 128

二、机械波的形成和传播 128

三、波面与波线 130

四、波的特征量 130

第二节平面简谐波及其描述 132

一、平面简谐波的波动方程 133

二、波动方程的物理意义 134

第三节波的能量 138

一、波的能量和能量密度 138

二、波的能流和能流密度 140

第四节惠更斯原理 波的干涉 141

一、惠更斯原理 141

二、波的叠加原理 142

三、波的干涉 143

第五节驻波 145

一、驻波的形成 145

二、驻波方程 146

知识拓展 圜丘 147

三、振动的简正模式 148

四、半波损失 148

第六节多普勒效应 150

一、波源不动，观察者运动 150

二、观察者不动，波源运动 150

三、波源和观察者均运动 151

习题 152

第三篇 热学 159

第七章 气体动理论 159

第一节气体动理论的基本观点 159

知识拓展 中国古代的热学知识 160

第二节状态 状态参量 理想气体的状态方程 161

一、热力学系统 161

二、平衡态 161

三、描述气体系统的状态参量 161

四、理想气体的状态方程 162

第三节理想气体的压强 164

一、理想气体的微观模型 164

二、统计假设 164

三、理想气体的压强公式 165

第四节能量均分定理 理想气体的内能 167

一、温度的本质和统计意义 167

二、分子的自由度与分子能量自由度 168

三、能量均分定理 169

四、理想气体的内能 170

第五节麦克斯韦速率分布律 171

一、大量随机事件的统计规律性 171

二、速率分布函数 173

三、麦克斯韦速率分布律 174

四、三种统计速率 174

五、麦克斯韦速率分布曲线的性质 175

六、麦克斯韦速率分布律的实验验证 176

第六节气体分子的平均自由程和碰撞频率 177

一、分子的平均自由程和平均碰撞频率 177

二、平均自由程与平均碰撞频率之间的关系 177

习题 179

第八章 热力学基础 182

第一节功 热量和内能 182

一、准静态过程的功 182

二、热量 183

三、内能 184

第二节热力学第一定律及其在理想气体特殊过程中的应用 184

一、热力学第一定律 184

二、热力学第一定律在理想气体特殊过程中的应用 185

第三节大气的垂直温度梯度 191

第四节循环过程 卡诺循环 194

一、循环过程 194

二、热机及其效率 195

三、致冷机 196

四、卡诺循环 197

第五节热力学第二定律 卡诺定理 199

一、热力学第二定律 199

二、可逆过程和不可逆过程 201

三、卡诺定理 202

第六节熵和熵增加原理 203

一、克劳修斯等式 203

二、熵增加原理 204

三、热力学第二定律的统计意义 207

知识拓展 文学作品中描写的熵变 211

知识拓展 信息与熵 212

习题 213

习题答案 220