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第一篇 力学 3

第一章 质点运动学（Kinematics of Particles） 3

1-1 参照系 质点 3

一、参照系 坐标系 3

二、质点 3

1-2 位置矢量 位移 4

一、位置矢量 运动方程 4

二、位移 路程 5

1-3 速度 加速度 5

一、速度 速率 5

二、加速度 7

1-4 质点运动学的两类问题 11

一、第一类问题 11

二、第二类问题 12

三、匀变速曲线运动 13

四、直线运动的标量表示 15

1-5 圆周运动 17

一、圆周运动中的切向和法向加速度 17

二、圆周运动的角量描述 21

三、角量与线量的关系 22

1-6 相对运动 25

思考题1 27

练习题1 28

第二章 力与运动（Force and Motion） 31

2-1 牛顿运动定律 31

一、第一定律 31

二、第二定律 31

三、第三定律 32

2-2 几种常见的力 32

一、万有引力或重力 33

二、弹性力 34

三、摩擦力 35

四、黏滞力 35

2-3 牛顿定律的应用 35

2-4 惯性系与非惯性系 47

一、惯性系与非惯性系 47

二、力学的相对性原理 48

三、非惯性系 惯性力 49

思考题2 50

练习题2 51

第三章 动量与角动量（Momentum＆Angular Momentum） 54

3-1 动量 冲量 质点的动量定理 54

一、动量 54

二、冲量 54

三、质点的动量定理 55

3-2 质点系的动量定理 动量守恒定律 57

一、质点系的动量定理 57

二、动量守恒定律 59

三、火箭飞行原理 61

四、质心运动定律 63

3-3 质点的角动量 力矩 66

一、角动量 66

二、力矩 68

3-4 质点的角动量定理 角动量守恒定律 68

一、质点的角动量定理 68

二、质点的角动量守恒定律 69

三、有心力问题 70

思考题3 71

练习题3 72

第四章 功和能（Work and Energy） 74

4-1 功 质点的动能定理 74

一、功 74

二、质点的动能定理 77

4-2 保守力的功 势能 80

一、保守力的功 80

二、势能 81

三、保守力和非保守力的判断 83

4-3 功能原理 机械能守恒定律 84

一、质点系的动能定理 84

二、质点系的功能原理 85

三、一对作用力和反作用力的功 87

四、机械能守恒定律 88

4-4 守恒定律的应用 91

一、守恒定律的综合应用 91

二、守恒定律与对称性 96

思考题4 99

练习题4 100

第五章 刚体的定轴转动（Rotation of Rigid Body about a Fixed Axis） 103

5-1 刚体运动的描述 103

一、刚体的基本运动 103

二、刚体定轴转动的描述 103

5-2 刚体的定轴转动定律 107

一、力矩 107

二、转动定律 109

三、转动惯量 110

5-3 刚体定轴转动的动能定理 115

一、力矩的功 115

二、刚体的转动动能和重力势能 116

三、刚体定轴转动的动能定理 117

四、机械能守恒定律 118

5-4 刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律 120

一、刚体定轴转动的角动量定理 120

二、刚体的角动量守恒定律 121

5-5 进动 128

思考题5 129

练习题5 130

第六章 狭义相对论（Special Relativity） 133

6-1 经典力学的绝对时空观 133

一、力学的相对性原理 133

二、伽利略变换 133

三、绝对时空观 134

6-2 迈克耳孙－莫雷实验 135

6-3 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换 137

一、狭义相对论的基本原理 137

二、洛伦兹变换 138

6-4 狭义相对论时空观 141

一、“同时”的相对性 141

二、长度收缩 143

三、时间延缓 145

四、因果关系的绝对性 147

6-5 狭义相对论动力学 149

一、质速关系 149

二、相对论动力学基本方程 150

三、相对论动能 150

四、静能、总能和质能关系 151

五、相对论能量和动量的关系 152

6-6 广义相对论简介 154

一、广义相对论的基本原理 154

二、广义相对论时空特性的几个实例 155

思考题6 157

练习题6 158

第二篇 机械振动与机械波 161

第七章 机械振动（Mechanical Vibration） 161

7-1 简谐振动的描述 161

一、简谐振动的运动方程 161

二、描述简谐运动的三个特征量 162

三、振动曲线 165

四、旋转矢量表示法 165

7-2 简谐运动的动力学特征 168

一、简谐运动的动力学方程 168

二、单摆——准弹性力 169

三、简谐运动的能量 171

7-3 简谐振动的合成 175

一、两个同方向、同频率的简谐振动的合成 175

二、两个同方向、不同频率的简谐振动的合成 177

三、两个相互垂直的简谐振动的合成 178

7-4 振动的分解 振动频谱 181

7-5 阻尼振动 受迫振动 共振 182

一、阻尼振动 182

二、受迫振动 183

三、共振 184

思考题7 185

练习题7 186

第八章 机械波（Mechanical Wave） 189

8-1 机械波的基本概念 189

一、机械波的产生和传播 189

二、横波与纵波 190

三、波前、波面与波线 190

四、描述波的物理量 191

8-2 平面简谐波的波函数 192

一、波函数 192

二、波函数的物理意义 193

三、平面波的波动方程 198

8-3 波的能量 199

一、波的能量密度 199

二、波的能流密度 201

三、声波声强 201

8-4 惠更斯原理 波的衍射 202

一、惠更斯原理 202

二、波的衍射 203

8-5 叠加原理波的干涉 203

一、波的叠加原理 203

二、波的干涉 204

8-6 驻波 207

一、驻波现象 207

二、驻波特点 208

三、驻波波函数 208

四、半波损 209

8-7 多普勒效应 激波 211

一、多普勒效应 211

二、激波 214

思考题8 215

练习题8 216

第三篇 热学 221

第九章 气体动理论（Gas Kinetics） 221

9-1 物质的微观模型 221

一、热学基础知识概述 221

二、分子热运动的基本概念 223

9-2 理想气体的状态方程 225

一、气体的实验定律 225

二、理想气体模型 225

三、理想气体的状态方程 226

9-3 理想气体的压强和温度公式 228

一、理想气体的统计假设 228

二、理想气体的压强公式 229

三、理想气体的温度公式 231

9-4 能量按自由度均分定理 232

一、自由度 232

二、能量均分定理 233

三、理想气体的内能 234

9-5 麦克斯韦速率分布定律 236

一、速率分布概念 236

二、速率分布函数 238

三、麦克斯韦速率分布函数 238

四、三个统计速率 239

9-6 分子的平均碰撞频率和平均自由程 241

思考题9 243

练习题9 244

第十章 热力学基础（Thermodynamics） 247

10-1 功 热量 内能 热力学第一定律 247

一、功 热量 内能 247

二、热力学第一定律 248

10-2 准静态热力学过程 249

一、准静态过程 249

二、准静态过程的功 250

10-3 理想气体的等容过程和等压过程 摩尔热容 252

一、等容过程 气体的定容摩尔热容 252

二、等压过程 气体的定压摩尔热容 252

10-4 等温过程和绝热过程 256

一、等温过程 256

二、绝热过程 257

10-5 循环过程 卡诺循环 258

一、循环过程 258

二、卡诺循环 263

10-6 热力学第二定律 265

一、热力学第二定律的两种表述 265

二、可逆过程和不可逆过程 热力学过程的不可逆性 266

三、两种表述的等价性 268

10-7 热力学第二定律的统计意义 269

一、热力学第二定律的统计意义 269

二、热力学概率与玻耳兹曼熵 271

10-8 克劳修斯熵 272

一、熵的定义 272

二、理想气体的熵函数 273

三、熵增加原理 274

10-9 熵增加原理的实例 275

一、功变热过程 275

二、热传导过程 275

三、理想气体的自由膨胀过程 276

10-10 熵与能量的退化 276

思考题10 277

练习题10 278

附录A 矢量 281

附录B 国际单位制的基本单位和导出单位 288

附录C 一些基本物理常量 291