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计算机模拟简介 1

第一章 质点运动学 4

1.1参考系 坐标系 质点 4

1.1.1参考系 坐标系 4

1.1.2质点 4

1.2质点运动的描述 5

1.2.1位置矢量 运动方程 5

1.2.2位移 7

1.2.3速度 7

1.2.4加速度 9

1.2.5质点运动学的两类基本问题 11

1.3圆周运动 13

1.3.1圆周运动的角量描述 14

1.3.2圆周运动的自然坐标描述 15

1.3.3一般平面曲线运动 18

1.4相对运动 18

计算机模拟（一） 20

习题 21

第二章 质点动力学 23

2.1牛顿运动定律 23

2.1.1牛顿运动定律 23

2.1.2牛顿运动定律的应用 25

2.1.3非惯性系 惯性力 29

2.2动能定理 机械能守恒定律 29

2.2.1功与功率 30

2.2.2保守力与非保守力 势能 33

2.2.3动能定理 功能原理 37

2.2.4机械能守恒定律 能量守恒定律 41

2.3动量定理 动量守恒定律 44

2.3.1质点的动量定理 44

2.3.2质点系的动量定理 48

2.3.3动量守恒定律 49

2.3.4质心和质心运动定理 53

计算机模拟（二） 55

习题 57

第三章 刚体的定轴转动 61

3.1刚体运动的描述 61

3.1.1刚体的运动 61

3.1.2刚体定轴转动的角量描述 63

3.2刚体定轴转动的转动定律 64

3.2.1力矩 64

3.2.2刚体定轴转动的转动定律 65

3.2.3刚体对定轴的转动惯量 68

3.2.4平行轴定理正交轴定理 71

3.3刚体定轴转动的动能定理 71

3.3.1力矩的功 72

3.3.2刚体定轴转动的转动动能 72

3.3.3刚体定轴转动的动能定理 73

3.4角动量定理 角动量守恒定律 75

3.4.1角动量定理 75

3.4.2角动量守恒定律 77

计算机模拟（三） 80

习题 81

第四章 狭义相对论 83

4.1伽利略变换和经典力学时空观 83

4.2狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换 85

4.2.1狭义相对论的基本原理 86

4.2.2洛伦兹变换 86

4.3狭义相对论的时空观 88

4.3.1同时的相对性 89

4.3.2长度的收缩 89

4.3.3时间的延缓 91

4.4狭义相对论动力学 93

4.4.1质量与速度的关系 93

4.4.2狭义相对论力学的基本方程 94

4.4.3质量和能量的关系 94

4.4.4动量和能量的关系 96

计算机模拟（四） 97

习题 99

第五章 气体动理论 101

5.1气体动理论的基本概念 101

5.1.1状态参量 101

5.1.2平衡态 101

5.1.3物态方程 102

5.1.4气体分子热运动的统计规律 102

5.2理想气体的压强和温度 103

5.2.1理想气体的微观模型 103

5.2.2理想气体的压强公式 103

5.2.3理想气体的温度公式 106

5.3能量均分定理 理想气体的内能 107

5.3.1自由度 107

5.3.2能量均分定理 108

5.3.3理想气体的内能 109

5.4麦克斯韦气体分子速率分布律 110

5.4.1速率分布函数 110

5.4.2麦克斯韦气体分子速率分布律 110

5.4.3分子速率的三种统计值 112

5.5玻耳兹曼分布律 113

5.5.1玻耳兹曼能量分布律 113

5.5.2重力场中分子按高度的分布 114

5.6气体分子的平均碰撞频率和平均自由程 114

5.6.1平均碰撞频率 114

5.6.2平均自由程 115

5.7实际气体的范德瓦耳斯方程 116

计算机模拟（五） 118

习题 119

第六章 热力学基础 121

6.1准静态过程 内能 功 热量 121

6.1.1准静态过程 121

6.1.2内能 122

6.1.3功 122

6.1.4热量 124

6.2热力学第一定律 125

6.3理想气体的等值过程和绝热过程 126

6.3.1等体过程 126

6.3.2等压过程 127

6.3.3等温过程 128

6.3.4绝热过程 129

6.3.5多方过程 132

6.4循环过程 卡诺循环 133

6.4.1循环过程 133

6.4.2热机效率和制冷系数 134

6.4.3卡诺循环 137

6.5热力学第二定律 卡诺定理 139

6.5.1可逆过程与不可逆过程 139

6.5.2热力学第二定律的两种表述 140

6.5.3卡诺定理 141

6.6熵 熵增加原理 142

6.6.1熵 142

6.6.2熵增加原理 144

6.7热力学第二定律的统计意义 145

6.7.1热力学第二定律的统计意义 145

6.7.2熵的统计表述 146

计算机模拟（六） 147

习题 148

第七章 静电场 151

7.1电荷电荷守恒定律 151

7.1.1电荷的量子化 151

7.1.2电荷守恒定律 152

7.2电场 电场强度 152

7.2.1库仑定律 152

7.2.2电场强度 154

7.2.3场强叠加原理 155

7.2.4电偶极子的电场 156

7.2.5场强的计算 158

7.3电场强度通量 高斯定理 160

7.3.1电场线 160

7.3.2电场强度通量 161

7.3.3高斯定理 163

7.3.4高斯定理的应用 165

7.4密立根电子电荷量测量实验 167

7.5静电场的环路定理 电势能 168

7.5.1电场力的功 168

7.5.2静电场的环路定理 169

7.5.3电势能 170

7.6电势 171

7.6.1电势 电势差 171

7.6.2电势的叠加原理 172

7.6.3电势的计算 173

7.7电场强度与电势梯度的关系 176

7.7.1等势面 176

7.7.2场强与电势梯度的关系 177

7.8静电场中的电偶极子 179

7.8.1电场对电偶极子的作用 179

7.8.2电偶极子在电场中的电势能 179

计算机模拟（七） 180

习题 181

第八章 静电场中的导体与电介质 186

8.1静电场中的导体 186

8.1.1导体的静电平衡 186

8.1.2静电屏蔽 189

8.1.3有导体存在时静电场场强与电势的计算 190

8.2静电场中的电介质 电位移 192

8.2.1电介质的极化 193

8.2.2电极化强度和极化电荷 194

8.2.3电位移 有电介质时的高斯定理 196

8.3电容 电容器 199

8.3.1孤立导体的电容 199

8.3.2电容器及其电容 199

8.3.3电容器的连接 202

8.4静电场的能量 能量密度 204

8.4.1电容器的储能 204

8.4.2静电场能量密度和能量计算 205

计算机模拟（八） 207

习题 208

附录一 常用基本物理常量 213

附录二 MATLAB简介 214

习题参考答案 217