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绪论 1

1.什么是物理学？ 1

2.物理学与技术 2

3.物理学的方法和科学态度 3

4.怎样学习物理学？ 5

第一章 质点运动学 7

1.引言 7

1.1 力学的研究对象 7

1.2 质点 7

1.3 参考系和坐标系 8

2.时间和空间的计量 8

2.1 时间的计量 8

2.2 长度的计量 10

3. 物质世界的层次和数量级 11

3.1 数量级的概念 11

3.2 空间尺度 13

3.3 时标 16

4. 直线运动 18

4.1 亚里士多德和伽利略的运动观 18

4.2 平均速度和瞬时速度 18

4.3 平均加速度和瞬时加速度 20

5. 曲线运动 23

5.1 位移、速度和加速度的矢量表示 23

5.2 抛体运动 25

5.3 匀速圆周运动 27

5.4 在给定轨道上的运动 29

6. 相对运动 33

本章提要 36

思考题 37

习题 40

第二章 动量守恒质点动力学 42

1.惯性 42

1.1 惯性定律 42

1.2 惯性系 44

2. 质量 动量 力 冲量 45

2.1 历史性的评述 45

2.2 质量 47

2.3 动量 动量守恒定律 49

2.4 力和力的叠加原理 质点组动量守恒的条件 52

2.5 牛顿定律 冲量 动量定理 56

3. 单位制和量纲 58

3.1 单位制 基本单位和导出单位 58

3.2 量纲 59

3.3 量纲分析 60

4. 牛顿三定律及其应用 64

4.1 牛顿三定律的表述 64

4.2 自然界中常见的力 65

4.3 应用举例 74

4.4 生物界中某些力学相似性问题 79

5. 伽利略相对性原理和非惯性系 81

5.1 伽利略相对性原理 81

5.2 伽利略坐标变换 82

5.3 惯性力 84

5.4 科里奥利力 90

5.5 牛顿绝对时空观的困难和惯性的起源 95

本章提要 100

思考题 101

习题 103

第三章 机械能守恒 108

1.功和能 108

1.1 历史性的评述 108

1.2 重力势能 110

1.3 弹性势能 112

1.4 动能 113

1.5 功和功率 114

2. 机械能守恒定律 117

2.1 保守力和非保守力 117

2.2 能量的各种形式 119

2.3 机械能守恒定律 121

2.4 保守系与时间反演不变性 124

3. 一维势能曲线的运用 125

3.1 一维势能曲线告诉我们什么？ 125

3.2 应用举例 127

3.3 用量纲法分析振动的周期 132

3.4 离心势能 134

4. 质心系与两体碰撞 135

4.1 动量中心系和质心 135

4.2 质心运动定理 138

4.3 克尼希定理资用能 139

4.4 两体碰撞 141

4.5 瞄准距离与散射截面 147

5. 对称性因果关系守恒律 149

5.1 什么是对称性？ 149

5.2 因果关系和对称性原理 151

5.3 守恒律与对称性 152

本章提要 154

思考题 156

习题 157

第四章 角动量守恒刚体力学 162

1.角动量守恒 162

1.1 角动量 162

1.2 力矩和质点组的角动量定理 角动量守恒定律 164

1.3 质心系的角动量定理 169

1.4 角动量守恒定律与空间各向同性 171

2. 刚体运动学 171

2.1 什么是刚体？ 171

2.2 平动和转动 172

2.3 角速度 173

3.刚体定轴转动 175

3.1 角动量与角速度的关系 175

3.2 转动惯量 176

3.3 转动惯量的平行轴定理和正交轴定理 179

3.4 绕定轴转动的动力学 183

3.5 冲量矩 185

3.6 刚体的功和能 186

3.7 复摆 188

4.刚体的平面平行运动 190

4.1 刚体一般运动的动力学 190

4.2 平面平行运动 190

4.3 瞬时转动中心 193

4.4 平面平行运动的动能 195

5. 刚体的平衡 199

5.1 刚体的平衡方程 199

5.2 天平的灵敏度 200

6. 回转运动 201

6.1 不受外力矩的回转运动 201

6.2 回转效应 202

6.3 岁差 204

6.4 章动 205

本章提要 206

思考题 208

习题 210

第五章 连续体力学 216

1.固体的弹性 216

1.1 应力和应变 216

1.2 直杆的拉伸或压缩 217

1.3 梁的弯曲 219

1.4 柱的扭转 222

1.5 相似性原理 223

2. 流体静力学 223

2.1 静止流体内部的应力 223

2.2 静止流体中压强的分布 225

2.3 帕斯卡原理 226

2.4 阿基米德原理 227

2.5 表面张力 228

2.6 毛细现象 229

3. 流体的流动 231

3.1 理想流体的概念 231

3.2 流线和流管 232

3.3 定常流动和不定常流动 232

3.4 流量 233

3.5 连续性原理 233

3.6 流体的反作用 234

3.7 理想流体环量守恒定律 235

4. 伯努利方程及其应用 236

4.1 方程的推导 236

4.2 方程的应用 237

4.3 流体的升力 240

5. 粘滞流体的流动 245

5.1 流体的粘滞性 245

5.2 泊肃叶公式 246

5.3 斯托克斯公式 248

5.4 流体的相似性原理 249

6. 湍流 252

6.1 层流与湍流 252

6.2 附壁边界层 254

6.3 通向湍流的道路 255

本章提要 256

思考题 259

习题 261

第六章 振动和波 264

1.线性振动 264

1.1 简谐振动的描述 264

1.2 简正模 269

1.3 阻尼振动 271

1.4 受迫振动 274

1.5 共振 276

2. 振动的合成与分解 280

2.1 一维共频振动的合成 280

2.2 二维同频振动的合成 281

2.3 不同频振动的合成和同步锁模 282

2.4 傅里叶分解和次谐频 285

3. 非线性振动 287

3.1 自激振动 287

3.2 软激励和硬激励自振 稳定的和不稳定的极限环 291

3.3 什么是“混沌”？ 292

4. 简谐波 295

4.1 波动的基本概念 295

4.2 一维简谐波的描述 296

4.3 一维弹性波 298

4.4 波的能量和能流 300

4.5 波的群速 302

4.6 驻波 303

4.7 阻抗及其匹配 305

4.8 连续介质的波动方程 306

5. 连续介质中的波 308

5.1 声波和声速 308

5.2 声压和声阻抗 310

5.3 声强 310

5.4 浅水波 311

5.5 深水波 314

5.6 表面张力波 315

5.7 弹性波 315

6. 多普勒效应与超波速运动 316

6.1 多普勒效应 316

6.2 艏波和马赫锥 319

本章提要 322

思考题 326

习题 328

第七章 万有引力 333

1. 开普勒定律 333

1.1 历史性的回顾 333

1.2 开普勒的行星运动三定律 336

2. 万有引力定律 337

2.1 定律的建立 338

2.2 定律的表述 340

2.3 万有引力常量G的测定 341

2.4 引力理论的成就与意义 344

2.5 太阳系里有没有混沌运动？ 346

3. 引力场 347

3.1 近距作用和超距作用 347

3.2 引力场强度及其叠加原理 348

3.3 高斯定理 351

3.4 轴对称的引力场 353

3.5 球对称的引力场 355

3.6 引力场有多大？ 359

4. 引力势 361

4.1 球体的引力势 361

4.2 逃逸速度 363

4.3 宇宙膨胀动力学 365

5. 开普勒运动 370

5.1 开普勒运动的守恒量 370

5.2 有效势能曲线的利用 372

5.3 位力定理和负热容 376

6. 潮汐 379

6.1 引潮力 379

6.2 潮汐在天文上的作用 384

本章提要 387

思考题 389

习题 390

第八章 相对论 393

1. 时空的相对性 393

1.1 牛顿力学的困难 394

1.2 爱因斯坦的假设 395

1.3 同时性的相对性 396

1.4 长度的相对性 397

1.5 时间的膨胀 399

1.6 孪生子效应 400

1.7 洛伦兹收缩 402

2. 洛伦兹变换与速度的合成 403

2.1 洛伦兹变换公式 403

2.2 速度的合成 407

2.3 高速运动物体的视觉形象 409

3. 狭义相对论的动力学 412

3.1 动量、质量与速度的关系 412

3.2 力、功和动能 415

3.3 质能关系 415

3.4 能量和动量的关系 417

4. 闵可夫斯基空间 四维矢量与不变量 418

4.1 时空间隔的不变性 418

4.2 闵可夫斯基空间 四维矢量 419

4.3 四维速度 420

4.4 四维动量 422

4.5 不变量的应用 423

4.6 角分布的变换 427

5. 广义相对论简介 429

5.1 广义相对论原理与时空弯曲 429

5.2 等效原理和广义相对论的可观测效应 431

5.3 黑洞 436

本章提要 439

思考题 441

习题 442

附录A 微积分初步 445

1. 函数及其图形 445

1.1 函数自变量和因变量绝对常量和任意常量 445

1.2 函数的图形 446

1.3 物理学中函数的实例 447

2. 导数 449

2.1 极限 449

2.2 几个物理学中的实例 450

2.3 函数的变化率--导数 453

2.4 导数的几何意义 454

3. 导数的运算 455

3.1 基本函数的导数公式 455

3.2 有关导数运算的几个定理 456

4. 微分和函数的幂级数展开 459

4.1 微分 459

4.2 幂函数的展开 460

4.3 泰勒展开 461

5. 积分 463

5.1 几个物理中的实例 463

5.2 定积分 465

5.3 不定积分及其运算 467

5.4 通过不定积分计算定积分 470

习题 471

附录B 矢量 473

1. 矢量及其解析表示 473

2. 矢量的加减法 474

3. 矢量的标积 476

4. 矢量的矢积 476

5. 矢量的三重积 478

6. 极矢量和轴矢量 479

习题 480

附录C 复数的运算 481

1. 复数的表示法 481

2. 复数的四则运算 482

3. 欧勒公式 483

4. 简谐振动的复数表示 483

习题 485

索引 486