第1篇 力学 1
第1章 质点运动学 1
1.1 力学的起源 1
1.1.1 力学的研究对象 1
1.1.2 中国古代力学的成就 2
1.1.3 古希腊时期的力学成就 6
1.1.4 近代力学的开端 9
1.2 空间和时间的计量 13
1.2.1 长度的计量 13
1.2.2 时间的计量 14
1.3.1 空间尺度 15
1.3 物质世界的层次和数量级 15
1.3.2 时间尺度 17
绪论 物理学的作用与意义 17
0.1 物理学是自然科学的带头学科 17
1.4 参考系 质点 18
1.4.1 参考系 18
0.2 物理学是现代技术革命的先导 19
1.4.2 坐标系 20
1.4.3 质点 20
1.5 速度 加速度 21
1.5.1 质点的位置矢量 21
1.5.2 位移 22
0.3 物理学是科学的世界观和方法论的基础 22
1.5.3 速度 23
1.5.4 加速度 24
1.6 直线运动 26
1.6.1 匀加速直线运动 26
1.6.2 “落体佯谬” 29
1.6.3 伽利略对自由落体运动的研究 30
1.6.4 伽利略的科学思想方法 34
1.7 曲线运动 36
1.7.1 抛体运动 36
1.7.2 圆周运动 39
1.8 相对运动 44
1.9.1 天体的视运动 47
1.9 行星运动：托勒密与哥白尼之争 47
1.9.2 托勒密的本轮-均轮模型 49
1.9.3 哥白尼对行星视运动的解释 51
思考题 55
习题 57
第2章 牛顿运动定律 62
2.1 牛顿力学体系的形成 62
2.1.1 伽利略的惯性原理 62
2.1.2 笛卡儿的力学原理 63
2.1.3 惠更斯对碰撞和摆的研究 65
2.1.4 牛顿的《自然哲学的数学原理》的问世 67
2.2 牛顿第一定律 惯性参考系 69
2.2.1 惯性定律 69
2.2.2 惯性参考系 69
2.3.1 牛顿第二定律的表述 72
2.3.2 力的叠加原理 72
2.3 牛顿第二定律 力和质量的概念 72
2.3.3 力的概念 73
2.3.4 质量的概念 74
2.4 牛顿第三定律 76
2.5 单位制和量纲 78
2.5.1 单位制 基本单位和导出单位 78
2.5.2 量纲 78
2.6.1 自然界中常见的力 79
2.6 牛顿定律的应用 79
2.6.2 应用举例 82
2.7 非惯性系 惯性力 86
2.7.1 非惯性系中的力学定律 86
2.7.2 惯性离心力 88
2.8 伽利略相对性原理和坐标变换 91
2.8.1 伽利略相对性原理 91
2.8.2 伽利略变换式 92
2.9 牛顿绝对时空概念的局限和惯性的起源 94
思考题 97
习题 100
第3章 万有引力 106
3.1 开普勒定律的发现 106
3.1.1 开普勒的行星轨道模型 106
3.1.2 等面积定律的确立 109
3.1.3 椭圆轨道的发现 113
3.1.4 和谐定律的提出 115
3.1.5 开普勒的科学思想方法 116
3.2.1 引力平方反比律的发现 118
3.2 万有引力定律的建立 118
3.2.2 引力平方反比律的地月验证 121
3.2.3 在椭圆轨道上运动物体所受的引力 123
3.2.4 球体引力问题的解决，引力普适性概念的确立 126
3.3 引力定律的应用和验证 129
3.3.1 对潮汐现象的解释 129
3.3.2 引力常数与天体质量 133
3.3.3 海王星的发现 135
3.4 牛顿的科学思想方法 138
思考题 143
习题 144
第4章 动量与角动量 147
4.1 动量定理 147
4.1.1 动量与动量定理 147
4.1.2 冲量 149
4.2 动量守恒定律 151
4.2.1 质点系的动量定理 151
4.2.2 动量守恒定律 152
4.2.3 火箭飞行原理 155
4.3 质点的角动量与角动量守恒定律 158
4.3.1 质点的角动量 158
4.3.2 力矩与角动量定理 160
4.3.3 角动量守恒定律 162
思考题 164
习题 165
第5章 功和能 168
5.1 历史上两种量度之争 168
5.2.1 功 172
5.2 功 动能 172
5.2.2 动能 动能定理 174
5.3 保守力 势能 178
5.3.1 保守力的功 178
5.3.2 势能 181
5.4 功能原理 机械能守恒定律 182
5.4.1 质点系的动能定理 182
5.4.2 功能原理 183
5.4.3 机械能守恒定律 185
5.4.4 三种宇宙速度 187
思考题 190
习题 193
第6章 振动与波动 200
6.1 简谐振动的描述 201
6.1.1 简谐振动的表达式 201
6.1.2 相与相差 203
6.1.3 简谐振动的矢量图表示法 206
6.2.1 阻尼振动 210
6.2 阻尼振动和受迫振动 210
6.2.2 受迫振动 共振 212
6.3 同频率的简谐振动的合成 214
6.3.1 同方向、同频率的简谐振动的合成 215
6.3.2 相互垂直的同频率的简谐振动的合成 217
6.4 波的传播和波的描述 219
6.4.1 机械波产生的条件 219
6.4.2 波动过程的特征 220
6.4.3 描述波传播的几个物理量 222
6.4.4 平面简谐波的表达式 223
6.5 波的干涉 驻波 226
6.5.1 叠加原理 226
6.5.2 波的干涉 227
6.5.3 驻波 229
思考题 233
习题 234
7.1 守恒定律与对称性 239
7.1.1 什么是对称性? 239
第7章 力学的新进展 239
7.1.2 物理定律的对称性 241
7.1.3 空间均匀性与动量守恒 242
7.1.4 空间各向同性与角动量守恒 243
7.1.5 时间均匀性与机械能守恒 243
7.2 混沌与牛顿力学的内在随机性 245
7.2.1 混沌现象举例 246
7.2.2 吸引子 251
7.2.3 倍周期分岔 259
7.2.4 费根鲍姆数 263
思考题 266
第8章 相对论 267
8.1 狭义相对论的建立 268
8.1.1 物理思想史背景 268
8.1.2 爱因斯坦相对论思想发展的线索 276
8.1.3 狭义相对论原理和变换方程的提出 284
8.2.1 同时性的相对性 288
8.7 时间膨胀和长度缩短 288
8.2.2 时间膨胀 290
8.2.3 长度缩短 293
8.3 洛伦兹变换和速度变换 296
8.3.1 洛伦兹变换公式 296
8.3.2 速度变换 299
8.4 相对论质量、动能和能量 302
8.4.1 质量与速度的关系 302
8.4.2 相对论动能 305
8.4.3 质能关系 306
8.4.4 能量和动量的关系 308
8.5 广义相对论与近代宇宙论简介 309
8.5.1 引力质量与惯性质量的等同性 310
8.5.2 等效原理 312
8.5.3 广义相对性原理和马赫原理 314
8.5.4 光线的引力偏折 317
8.5.5 引力时间延缓 318
8.5.6 弯曲的时空 321
8.5.7 膨胀的宇宙 326
8.6 爱因斯坦的科学思想方法 332
思考题 336
习题 337
第2篇 热学 341
第9章 气体动理论 341
9.1 热学的起源 341
9.1.1 热学的研究对象 341
9.1.2 中国古代热学的成就 342
9.1.3 近代热学的开端 345
9.1.4 对热的本性的认识 348
9.2 平衡态 温度 状态方程 352
9.2.1 平衡态 状态参量 352
9.2.2 温度 355
9.2.3 理想气体的状态方程 356
9.3 理想气体的压强与温度 358
9.3.1 克劳修斯对理想气体压强公式的推导 358
9.3.2 温度的微观意义 361
9.4.1 自由度 363
9.4 能量按自由度均分定理 363
9.4.2 能量均分定理 364
9.4.3 理想气体的内能 366
9.5 麦克斯韦速率分布律 367
9.5.1 速率分布函数 367
9.5.2 麦克斯韦速率分布律的建立 368
9.5.3 麦克斯韦速率分布曲线 373
9.6 玻耳兹曼分布律 376
9.6.1 玻耳兹曼分布律 377
9.6.2 重力场中粒子按高度的分布 379
9.7 气体分子的平均自由程 380
9.7.1 平均碰撞频率 380
9.7.2 平均自由程 382
9.8 气体内的输运过程 383
9.8.1 热传导 384
9.8.2 扩散 386
9.8.3 内摩擦 388
思考 390
习题 392
第10章 热力学第一定律 396
10 能量守恒定律的发现 396
10.1.1 各种运动形式相互转化的发现 396
10.1.2 迈耶、焦耳和亥姆霍兹的贡献 398
10.1.3 能量原理的确立 404
10.2 准静态过程的功 406
10.2.1 准静态过程 406
10.2.2 功 407
10.3 热量 热力学第一定律 409
10.3.1 热量 409
10.3.2 内能 411
10.3.3 热力学第一定律 411
10.4 热容 413
10.4.1 热容的定义 413
10.4.2 理想气体的热容 414
10.5.1 准静态绝热过程 416
10.5 绝热过程 416
10.5.2 绝热自由膨胀 418
10.6 循环过程 420
10.6.1 循环过程的特征 420
10.6.2 热机循环和热机效率 420
10.6.3 致冷机循环和致冷系数 421
10.7 卡诺循环 422
10.7.1 卡诺关于热的动力的思考 422
10.7.2 卡诺热机循环的效率 424
10.7.3 卡诺致冷循环 427
思考题 428
习题 430
第11章 热力学第二定律 435
11.1 热力学第二定律的两种表述 435
11.1.1 开尔文表述 435
11.1.2 克劳修斯表述 436
11.2 自然过程的方向性 437
11.2.1 自然过程的方向 437
11.2.2 不可逆性的相互关联 439
11.2.3 自然过程方向性的微观意义 440
11.3 可逆过程 卡诺定理 442
11.3.1 可逆过程 442
11.3.2 卡诺定理 443
11.4 熵的概念及其计算 446
11.4.1 热变换的等效值 446
11.4.2 克劳修斯等式 448
11.4.3 态函数熵 450
11.4.4 熵的计算 452
11.5 熵增加原理 455
11.5.1 克劳修斯对熵增加原理的证明 455
11.5.2 熵增加原理举例 457
11.6 熵与热力学概率 459
11.7 熵与“热寂” 462
思考题 466
习题 468
12.1.1 麦克斯韦妖的启示 471
12.1 熵与信息 471
第12章 热学的新进展 471
12.1.2 信息 474
12.1.3 信息量 475
12.1.4 熵与信息 478
12.1.5 遗传与信息 480
12.2 耗散结构 484
12.2.1 两类有序全结构 484
12.2.2 自组织现象 485
12.2.3 近平衡态系统的熵变及其稳定性 492
12.2.4 远离平衡态系统的分支现象 497
12.2.5 通过涨落达到有序 501
思考题 503
习题答案 505
参考书目 514
附表 515
附表1 基本物理常量 515
附表2 有关地球、月球、太阳的数据 516
附表3 国际单位制词头 517