第一章 物理学和力学 1
§1．1 发展着的物理学 2
(一) 经典物理学与现代物理学 2
(二) 微观世界 3
(三) 宇宙的早期演化 4
(四) 非线性系统的复杂行为 5
§1．2 物理学科的特点 6
(一) 物理学以实验为基础 6
(二) 理想模型 7
(三) 物理学的思考 8
(四) 物理学理论 8
(五) 物理·技术和经济 9
§1．3 时间和长度的计量 10
(一) 时间的计量 10
(二) 长度的计量 11
§1．4 单位制和量纲 13
(一) 基本单位和导出单位 13
(二) 国际单位制 13
§1．5 数量级估计 15
(三) 量纲式 15
§1．6 参考系·坐标系与时间坐标轴 17
(一) 参号系和坐标系 17
(二) 时间坐标轴 17
§1．7 力学——学习物理学的开始 18
学习第一章的建议 20
思考题和习题 20
第二章 质点运动学 21
§2．1 质点的运动学方程 21
(一) 质点的位置矢量与运动学方程 21
(二) 位移——位置矢量的增量 23
§2．2 瞬时速度矢最与瞬时加速度矢量 24
(一) 平均速度与瞬时速度 24
(二) 平均加速度与瞬时加速度 26
§2．3 质点直线运动——从坐标到速度和加速度 27
(一) 运动学方程 28
(二) 速度和加速度 28
(三) 匀速与匀变速直线运动 29
(四) 宇宙年龄和大小的估计·测量重力加速度 30
§2．4 质点直线运动——从加速度到速度和坐标 32
(一) 从速度到运动学方程和位移 32
(二) 已知加速度求速度和运动学方程 34
(一) 平面直角坐标系 36
§2．5 平面直角坐标系·抛体运动 36
(二) 抛体运动 37
(三) 用矢量讨论抛体运动 38
§2．6 自然坐标·切向和法向加速度 39
(一) 自然坐标 39
(二) 速度·法向和切向加速度 40
§2．7 极坐标系·径向速度与横向速度 45
(一) 极坐标系 45
(二) 径向速度与横向速度 45
(一) 伽利略变换 46
§2．8 伽利略变换 46
(二) 伽利略变换蕴含的时空观 47
(三) 伽利略速度变换关系 48
(四) 加速度对伽利略变换为不变量 49
思考题 50
习题 51
选读材料：伽利略小传；伽利略与匀变速直线运动 55
第三章 动量定理及动量守恒定律 57
§3．1 牛顿第一定律和惯性参考系 57
(一) 惯性质量 58
§3．2 惯性质量·动量和动量守恒定律 58
(二) 动量·动量守恒定律 60
§3．3 牛顿运动定律·伽利略相对性原理 62
(一) 力·力的独立作用原理 62
(二) 牛顿运动定律 63
(三) 伽利略的相对性原理 64
§3．4 生动力和被动力 66
(一) 主动力 67
(二) 被动力或约束反作用力 68
(一) 质点的直线运动 71
§3．5 牛顿运动定律的应用 71
(二) 变力作用下的直线运动 74
(三) 质点的曲线运动 75
(四) 质点的平衡 78
§3．6 非惯性系中的力学 80
(一) 直线加速参考系中的惯性力 80
(二) 离心惯性力 82
(三) 科里奥利力 83
§3．7 用冲量表述的动量定理 86
(一) 力的冲量 86
(二) 用冲量表述的动量定理 87
§3．8 质点系动量定理和质心运动定理 88
(一) 质点系动量定理 88
(二) 质心运动定理 90
(三) 质点系相对于质心系的动量 94
§3．9 经典力学中动量守恒定律的常见形式 94
(一) 质点系动理守恒定律 94
(二) 动量沿某一坐标轴的投影守恒 96
§3．10 火箭的运动 97
思考题 98
习题 100
选读材料：关于牛顿和他的运动定律；(3．2．2)式的进一步论证 108
第四章 动能和势能 110
§4．1 能量——另一个守恒量 110
§4．2 力的元功·用线积分表示功 112
(一) 力的元功和功率 112
(二) 利用不同坐标系表示元功 114
(三) 力在有限路径上的功 115
§4．3 质点和质点系动能定理 116
(一) 质点的动能定理 116
(三) 质点系的功能定理 118
(二) 质点系内力的功 118
§4．4 保守力与非保守力·势能 120
(一) 力场 120
(二) 保守力与非保守力 121
(三) 势能 123
(四) 势能是物体相对位置的函数 125
§4．5 功能原理和机械能守恒定律 125
(一) 质点系的功能原理 125
(二) 质点系的机械能守恒定律 126
(一) 关于对心碰撞的基本公式 129
§4．6 对心碰撞 129
(二) 完全弹性碰撞·查德威克发现中子 130
(三) 完全非弹性碰撞 133
(四) 非完全弹性碰撞 134
§4．7 非对心碰撞 135
§4．8 质心参考系的运用·粒子的对撞 137
思考题 139
习题 140
选读材料：质点平衡的稳定性 145
第五章 角动量·关于对称性 148
(一) 质点的角动量 149
§5．1 质点的角动量 149
(二) 力对一参考点的力矩 150
(三) 质点对参考点的角动量定理和守恒定律 151
(四) 质点对轴的角动定理和守恒定律 152
§5．2 质点系的角动量定理及角动量守恒定律 154
(一) 质点系对参考点的角动量定理及守恒律 154
(二) 质点系对轴的角动量定理及守恒律 155
§5．3 质点系对质心的角动量定理和守恒定律 157
§5．4 对称性·对称性与守恒律 159
(一) 关于对称性 159
(二) 守恒律与对称性 160
§5．5 经典动力学的适用范围 162
思考题 164
习题 165
选读材料：在直角坐标系中讨论角动量定理；角动量守恒定律在运动生物力学中的应用 167
第六章 万有引力定律 169
§6．1 开普勒定律 170
§6．2 万有引力定律·引力质量与惯性质量 171
(一) 万有引力定律 171
(二) 引力质量与惯性质量 174
(三) 引力常量的测量 175
(四) 地球自转对重量的影响 177
(五) 牛顿万有引力定律的适用范围 178
§6．3 引力势能 179
§6．4 潮汐 181
思考题 185
习题 185
选读材料：一个“三体问题”研究的启迪 186
第七章 刚体力学 190
(二) 刚体绕固定轴的转动 191
(一) 刚体的平动 191
§7．1 刚体运动的描述 191
(三) 角速度矢量 194
(四) 刚体的平面运动 195
§7．2 刚体的动量和质心运动定理 199
(一) 刚体的质心 199
(二) 刚体的动量与质心运动定理 201
§7．3 刚体定轴转动的角动最·转动惯量 201
(一) 刚体定轴转动对轴上一点的角动量 201
(二) 刚体对一定转轴的转动惯量 203
(四) 刚体的重心 207
(三) 刚体定轴转动的角动量定理和转动定理 207
(五) 典型的例子 209
§7．4 刚体定轴转动的动能定理 211
(一) 力矩的功 211
(二) 刚体定轴转动的功能定理 212
(三) 刚体的重力势能 214
§7．5 刚体平面运动的动力学 215
(一) 刚体平面运动的基本动力学方程 215
(二) 作用于刚体上的力 216
(三) 刚体平面运动的功能 219
(四) 滚动摩擦力偶矩 220
(五) 汽车轮的受力·汽车的极限速度 222
§7．6 刚体的平衡 223
(一) 刚体的平衡方程 223
(二) 杆的受力特点 224
§7．7 自转与旋进 226
(一) 常平架回转仪 226
(二) 回转仪的旋进 227
(三) 地球的旋进与章动 229
习题 229
选读材料：角速度合成符合平行四边形法则；滑轮受力分析 236
第八章 弹性体的应力和应变 239
§8．1 弹性体的拉伸和压缩 240
(一) 外力·内力与应力 240
(二) 直杆的线应变 241
(三) 胡克定律 242
(四) 拉伸和压缩的形变势能 244
§8．2 弹性体的剪切形变 245
(一) 剪切形变·剪切应力与应变 245
(二) 剪切形变的胡克定律 246
(一) 梁的弯曲 247
§8．3 弯曲和扭转 247
(二) 杆的扭转 249
思考题 251
习题 251
选读材料：关于梁纯弯曲的曲率与力偶矩关系式(8．3．1)的推导；关于圆柱体扭转角与力偶矩关系式(8．3．3)的推导；弹簧的形变 253
第九章 振动 256
§9．1 简谐振动的动力学特征 256
§9．2 简谐振动的运动学 260
(一) 简谐振动的运动学方程 260
(三) 简谐振动的矢量表示法 265
(二) 简谐振动的x-t图线和相轨迹 265
§9．3 简谐振动的能量转换 267
§9．4 简谐振动的合成 269
(一) 同方向同频率简谐振动的合成 269
(二) 同方向不同频率简谐振动的合成 270
(三) 互相垂直相同频率简谐振动的合成 273
(四) 互相垂直不同频率简谐振动的合成·利萨如图形 276
§9．5 振动的分解 278
§9．6 阻尼振动 279
(一) 受迫振动的动力学方程 282
§9．7 受迫振动 282
(二) 受迫振动的运动特征 283
(三) 位移共振 285
(四) 受迫振动的能量转换 286
(五) 速度共振 287
§9．8 “不守规矩”的摆·混沌行为 288
(一) “不守规矩”的摆 288
(二) 依赖初值的两种情况 290
§9．9 参数振动·自激振动 292
(一) 参数振动 292
(二) 自激振动 293
思考题 294
习题 294
选读材料：晶格中原子的振动(热振动)；品质因数 297
第十章 波动和声 299
§10．1 波的基本概念 300
(一) 波是振动状态的传播 300
(二) 多种多样的波 300
(三) 平面波与球面波 302
§10．2 平面简谐波方程 302
(一) 平面简谐波方程 303
(二) 平面简谐波方程的多种形式 305
§10．3 波动方程与波速 306
(一) 波动方程 306
(二) 波速·色散现象 308
§10．4 平均能流密度·声强与声压 310
(一) 媒质中波的能量分布 310
(二) 平均能流密度 312
(三) 声强与声强级 313
(四) 声压·声强和声压的关系 313
(五) 声波的衰减·超声波的优势 315
(六) 波的反射和透射·半波损失 316
(一) 波的叠加·群速 318
§10．5 波的叠加和干涉·驻波 318
(二) 波的干涉 319
(三) 驻波 321
(四) 弦与空气柱的本征振动 323
§10．6 多普勒效应 326
(一) 波源静止而观察者运动 326
(二) 观察者静止而波源运动 327
(三) 观察者和波源在同一条直线上运动 328
思考题 330
(四) 击波 330
习题 331
选读材料：孤子；关于声压波方程的推导；关于声强级与声压级；反射系数、透射系数和半波损失；马赫锥；击波的进一步讨论 334
第十一章 流体力学 342
§11．1 理想流体 343
§11．2 静止流体内的压强 344
(一) 静止流体内一点的压强 344
(二) 静止流体内不同空间点压强的分布 345
(三) 相对于非惯性系静止的流体 349
(一) 流迹·流线和流管 350
§11．3 流体运动学的基本概念 350
(三) 不可压缩流体的连续性方程 352
(二) 定常流动 352
§11．4 伯努利方程 353
§11．5 流体的动量和角动量 359
(一) 流体的动量 359
(二) 流体和角动量 361
§11．6 粘性流体的运动 361
(一) 粘性定律 361
(二) 雷诺数 363
(四) 泊肃叶公式 364
(三) 层流和湍流 364
(五) 不可压缩粘性流体定常流动的功能关系 365
§11．7 固体在流体中受到的阻力 366
(一) 粘性阻力·密立根油滴实验 366
(二) 涡旋的产生·压差阻力 368
(三) 兴波阻力 369
§11．8 机翼的升力 370
思考题 372
习题 374
选读材料：推导泊肃叶公式 377
第十二章 相对论简介 380
§12．1 狭义相对论的历史背景 380
(一) 麦克斯韦方程建立引起的问题 380
(二) 菲索与迈克耳孙-莫雷实验 381
(三) 关于相对性原理的思考 384
§12．2 洛伦兹变换 384
(一) 狭义相对论的基本假设 384
(二) 洛伦兹变换 385
(三) 洛伦兹变换蕴含的时空观 386
(四) 尺缩钟慢的实验检验 388
§12．3 相对论的速度变换 390
§12．4 相对论的动量和能量 392
(一) 相对论的动量 393
(二) 相对论的质能公式 394
(三) 动量-能量公式 396
(四) 碰撞问题 397
§12．5 广义相对性原理 397
(一) 关于惯性系和引力的思考 398
(二) 等效原理和广义相对性原理 398
§11．6 引力场与弯曲时空 399
§12．7 广义相对论的实验验证 401
习题 403
思考题 403
选读材料：爱因斯坦简介：闵可夫斯基空间 404
数学知识 408
第一部分 微积分初步 408
§1 函数、导数与微分 408
§2 不定积分 411
§3 定积分 414
习题 418
§1 矢量 419
第二部分 矢量 419
§2 矢量的加法与减法 420
§3 矢量的数乘 421
§4 矢量的正交分解 422
§5 矢量的标积和矢积 423
§6 矢量导数 426
习题 429
习题答案 431
附录Ⅰ 名词索引 439
附录Ⅱ 人名索引 446