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绪论 1

一、物理学及其与其他学科和技术的关系 1

二、物理学的方法和科学态度 7

三、物理测量与单位制 11

四、物质世界的层次和数量级 14

五、物理学中的力学 19

第一章 质点运动学 21

1.1质点及其运动的描述 21

一、质点 参考系和坐标系 21

二、位置矢量和运动学方程 23

三、位移和路程 24

四、速度和速率 25

五、加速度 27

1.2质点的直线运动 29

一、直线运动中的运动学方程、位移、速度和加速度 29

二、直线运动中的基本计算 33

三、两种特殊的直线运动 33

四、从伽利略对落体的研究谈逻辑思维方法 36

1.3质点的平面曲线运动 38

一、抛体运动 38

二、圆周运动 44

三、圆周运动的角量描述 50

1.4相对运动 53

本章提要 56

思考题一 57

习题一 58

科学家简介 伽利略 61

第二章 动量守恒 质点动力学 64

2.1惯性定律 惯性系 64

2.2动量守恒定律与动量定理 68

一、质点之间的相互作用 质量 68

二、动量 动量守恒定律 70

三、力和力的叠加原理 质点系动量守恒的条件 72

四、牛顿运动定律 冲量 动量定理 80

2.3牛顿运动定律及其应用 84

一、牛顿运动定律的表述 84

二、自然界中常见的力和四种基本相互作用 85

三、应用举例 91

2.4伽利略相对性原理 惯性力 97

一、伽利略相对性原理 97

二、伽利略变换和绝对时空观 98

三、惯性力 103

2.5牛顿绝对时空观的局限和惯性的起源 113

本章提要 116

思考题二 117

习题二 119

第三章 机械能守恒 125

3.1功和功率 125

一、功 125

二、功率 127

3.2动能 动能定理 128

一、动能 质点的动能定理 128

二、质点系的动能定理 130

3.3势能 机械能守恒定律 132

一、保守力和非保守力 132

二、势能 135

三、功能原理和机械能守恒定律 137

四、保守系与时间反演不变性 142

五、势能曲线 143

六、从能量守恒和转化定律的确立谈从特殊到普遍的研究方法 152

3.4质心系与两体碰撞 154

一、动量中心系和质心 154

二、质心运动定理 156

三、克尼希定理 资用能 158

四、两体碰撞 160

本章提要 166

思考题三 168

习题三 169

第四章 角动量守恒 174

4.1角动量和角动量守恒定律 174

4.2力矩和角动量定理 176

一、力矩 质点的角动量定理和守恒定律 176

二、质点系的角动量定理和守恒定律 181

三、质心系的角动量定理 185

4.3对称性与守恒定律 187

一、对称性 188

二、物理定律的对称性 190

三、对称性原理 191

四、对称性与守恒定律 193

五、对称性的自发破缺 195

本章提要 200

思考题四 201

习题四 202

第五章 万有引力 205

5.1开普勒的行星运动三定律 205

一、开普勒的行星运动三定律 205

二、开普勒的科学思想方法 209

5.2万有引力定律 210

一、万有引力定律的建立 210

二、万有引力定律的表述 215

三、万有引力常量与天体质量 215

四、引力理论的成就与意义 218

五、混沌 太阳系的稳定性 220

5.3引力场和引力势 226

一、近距作用和超距作用 226

二、引力场强度及其叠加原理 227

三、高斯定理及其应用 231

四、引力势 242

5.4潮汐 244

一、潮汐 244

二、牛顿的科学思想方法 251

本章提要 256

思考题五 257

习题五 257

科学家简介 牛顿 260

第六章 刚体力学 263

6.1刚体运动学 263

一、刚体的平动和定轴转动 263

二、刚体的平面平行运动 266

6.2刚体的定轴转动 268

一、刚体定轴转动的角动量和转动惯量 268

二、刚体定轴转动的角动量定理和转动定理 273

三、刚体定轴转动的动能定理 277

6.3刚体的平面平行运动 282

一、刚体平面平行运动的动力学方程 282

二、瞬心系中的角动量定理 287

三、刚体平面平行运动的动能 289

6.4刚体的平衡 291

6.5陀螺的运动 294

一、不受外力矩作用陀螺的运动 294

二、在外力矩作用下陀螺的运动 295

三、地球的进动与章动 298

本章提要 300

思考题六 301

习题六 303

第七章 连续体力学 306

7.1固体的弹性 306

一、直杆的拉伸或压缩 307

二、弹性体的剪切形变 310

三、梁的弯曲 314

四、杆的扭转 317

7.2流体静力学 320

一、静止流体内一点的压强 320

二、静止流体内压强的分布 322

三、帕斯卡原理 325

四、阿基米德原理 326

7.3理想流体的定常流动 328

一、理想流体 328

二、理想流体的定常流动 329

三、不可压缩流体的连续性方程 331

四、伯努利方程及其应用 333

五、流体的反作用力 341

六、理想流体的角动量守恒 343

7.4粘性流体的流动 345

一、粘滞定律 345

二、湍流 雷诺数 347

三、泊肃叶公式 351

四、不可压缩粘性流体的伯努利方程 353

五、固体在流体中受到的阻力 353

六、流体的升力 356

本章提要 360

思考题七 363

习题七 365

第八章 机械振动 368

8.1简谐振动 369

一、简谐振动的基本特征 369

二、描述简谐振动的特征量 371

三、简谐振动的振动曲线和相图 376

四、简谐振动的矢量表示法 377

五、简谐振动的能量 379

8.2简谐振动的合成 380

一、同方向同频率简谐振动的合成 381

二、同方向不同频率简谐振动的合成 382

三、相互垂直简谐振动的合成 385

8.3振动的分解 389

8.4阻尼振动 受迫振动和共振 392

一、阻尼振动 392

二、受迫振动 395

三、共振 397

8.5非线性振动 399

一、自激振动 399

二、软激励和硬激励自振 稳定的和不稳定的极限环 402

本章提要 404

思考题八 406

习题八 407

第九章 波动与声 410

9.1波的基本概念 410

一、机械波产生的条件 410

二、横波与纵波 411

三、平面波和球面波 413

四、描述波动的物理量 414

9.2平面简谐波的波函数 416

一、平面简谐波的波函数 416

二、波动中介质质元的位移、速度和加速度 420

9.3波动方程 422

9.4波的能量 425

一、波的能量 425

二、声强与声压 428

9.5惠更斯原理 波的衍射 431

一、惠更斯原理 431

二、波的衍射 432

9.6波的叠加原理 波的干涉 433

一、波的叠加原理 433

二、波的干涉 434

三、驻波 437

9.7多普勒效应 441

一、相对于介质波源静止而观察者运动 441

二、相对于介质观察者静止而波源运动 442

三、相对于介质波源和观察者同时运动 443

四、击波 444

五、从电话的诞生谈类比方法 446

本章提要 448

思考题九 450

习题九 451

第十章 相对论 453

10.1爱因斯坦狭义相对论的历史背景和思想发展线索 453

一、狭义相对论的历史背景 453

二、爱因斯坦相对论思想发展的线索 463

10.2洛伦兹变换和狭义相对论时空观 471

一、狭义相对论的两条基本原理 471

二、洛伦兹变换 473

三、狭义相对论的时空观 474

四、孪生子效应 484

五、相对论的速度变换公式 486

10.3狭义相对论的动力学 488

一、动量、质量与速度的关系 489

二、力、功和动能 490

三、总能量和质能关系 492

四、能量和动量的关系 493

10.4广义相对论简介 494

一、等效原理和广义相对性原理 494

二、引力场与弯曲时空 497

三、广义相对论的实验验证 501

四、爱因斯坦的科学思想方法 506

本章提要 509

思考题十 511

习题十 511

科学家简介 爱因斯坦 514

数学知识 517

第一部分 微积分初步 517

1函数 极限 导数与微分 517

一、变量 常量和函数 517

二、极限 518

三、导数 519

四、导数的几何意义 520

五、导数的运算 522

六、函数的极值点和极值 524

七、微分 525

2不定积分 526

一、原函数 526

二、不定积分 527

三、不定积分的运算法则 529

3定积分 531

一、定积分 531

二、定积分的主要性质 533

三、牛顿-莱布尼茨公式 534

习题 535

第二部分 矢量 536

1矢量 536

2矢量的加法与减法 537

一、矢量加法 537

二、矢量减法 539

3矢量的数乘 539

4矢量的正交分解 540

5矢量的标积和矢积 542

一、矢量的标积 542

二、矢量的矢积 544

三、三个矢量的混合积 545

6矢量导数 546

一、矢量函数 546

二、矢量函数的导数 546

三、矢量函数求导的法则 549

习题 550

附录1希腊字母表 552

附录2物理学常用常数 553