第一篇 力学 1
目录 1
第一章 质点运动学 2
第一节 参考系 时间和空间 2
一、参考系 坐标系 2
二、时间的测量 2
三、长度的测量 3
第二节 质点运动的描述 4
一、质点 4
二、位矢 运动方程和轨迹方程 4
三、速度 加速度 5
四、自然坐标系 切向加速度和法向加速度 9
第三节 相对运动 14
阅读材料（一） 伽利略与他对落体和抛体运动的研究 16
习题一 17
第一节 牛顿运动定律 19
一、牛顿第一定律 19
第二章 牛顿运动定律 19
二、牛顿第二定律 20
三、牛顿第三定律 21
第二节 国际单位制 量纲 21
第三节 常见的力 22
、力的基本类型 22
二、引力重力 22
三、弹性力 24
四、摩擦力 24
第四节 牛顿运动定律的应用 25
第五节 非惯性系 惯性力 29
一、伽利略相对性原理 29
二、平动加速参考系 平动惯性力 30
三、匀速转动参考系 惯性离心力 30
阅读材料（二） 失重、微重力和超重 31
习题二 32
第三章 动量及动量守恒定律 36
第一节 质点和质点系的动量定理 36
一、冲量 质点的动量定理 36
二、质点系的动量定理 38
一、动量守恒定律 40
第二节 动量守恒定律 40
二、火箭的运动 42
第三节 质心 质心运动定理 43
一、质心 43
二、质心运动定理 45
三、质心系 45
阅读材料（三） 宇宙飞船与载人航天 46
习题三 49
第四章 功、能量及机械能守恒定律 51
第一节 功 功率 51
一、功 51
二、几种常见力的功 55
第二节 质点动能定理 58
第三节 质点系动能定理 60
一、保守力与非保守力 62
二、势能 62
第四节 保守力与非保守力 势能 62
三、势能曲线 64
第五节 功能原理 机械能守恒定律 65
一、质点系的功能原理 65
二、机械能守恒定律 67
三、能量守恒定律 69
第六节 碰撞 70
一、完全弹性碰撞 70
二、完全非弹性碰撞 72
阅读材料（四） 能源的开发与利用 73
三、非完全弹性碰撞 73
一、几种基本能源 74
二、合理利用能源、保护生态环境 76
习题四 77
第五章 质点的角动量和角动量守恒定律 80
第一节 质点的角动量和角动量守恒定律 80
一、力对参考点的力矩 80
二、质点角动量 81
三、质点的角动量定理 82
四、质点角动量守恒定律 83
第二节 质点系的角动量定理和角动量守恒定律 85
一、质点系角动量定理 85
二、质点系的角动量守恒定律 86
阅读材料（五） 对称性与守恒定律 87
一、什么是对称性？ 87
二、物理定律的对称性 88
三、空间均匀性与动量守恒 89
四、空间各向同性与角动量守恒 90
五、时间均匀性与机械能守恒 90
习题五 91
第六章 刚体力学基础 92
第一节 刚体运动的描述 92
一、刚体 92
二、刚体的自由度 92
三、刚体运动的几种形式 93
四、定轴转动的描述 94
一、力矩 95
第二节 刚体定轴转动定律 角动量守恒定律 95
二、定轴转动定律 转动惯量 96
三、刚体定轴转动的角动量与角动量定理 103
四、定轴转动刚体的角动量守恒定律 104
第三节 刚体的能量 106
一、刚体定轴转动的动能和动能定理 106
二、刚体的重力势能 108
一、不受外力矩作用的陀螺 111
二、陀螺的进动 111
阅读材料（六） 陀螺的运动 111
习题六 116
第七章 流体力学简介 120
第一节 流体静力学 120
一、静止流体内的压强 121
二、液体的表面张力 121
第二节 理想流体的定常流动 121
一、定常流动 121
二、连续性方程 122
三、伯努利方程 122
四、伯努利方程的应用 124
第三节 黏滞流体的流动 125
一、流体的黏滞性 125
二、黏滞流体的运动规律 125
阅读材料（七） 血液的流动 126
习题七 127
第八章 狭义相对论 129
第一节 爱因斯坦的两个基本假设 129
一、牛顿力学的时空观 130
二、爱因斯坦的两个基本假设 133
第二节 爱因斯坦的时空观 134
一、同时性的相对性 134
二、时间延缓 136
三、长度收缩 138
第三节 洛伦兹变换和速度的合成 142
一、洛伦兹变换 142
二、速度的变换 146
第四节 几个经典佯谬 147
二、孪生子效应 148
一、因果关系 148
三、高速物体的视觉效应 150
第五节 相对论力学中的牛顿第二定律形式 152
一、相对论质量和动量 152
二、力和加速度的关系 155
第六节 相对论能量 158
一、相对论动能 158
二、质能关系 160
三、能量和动量的关系 162
阅读材料（八） 星系的诞生与演化 163
习题八 164
第二篇 机械振动 机械波 166
第九章 机械振动 167
第一节 简谐运动 167
一、简谐运动的特征及其运动方程 167
二、简谐运动方程中的三个基本物理量 169
第二节 简谐运动的旋转矢量表示法 172
一、旋转矢量表示法 172
二、旋转矢量图的应用 173
一、单摆 175
第三节 单摆和复摆 175
二、复摆 176
第四节 振动的能量 177
第五节 简谐运动的合成 179
一、同方向、同频率的两个简谐运动的合成 180
二、同方向、不同频率的两个简谐运动的合成拍 182
三、相互垂直的两个简谐运动的合成 184
一、阻尼振动 187
第六节 阻尼振动 受迫振动 共振 187
二、受迫振动 共振 188
阅读材料（九） 混沌与物理 191
一、混沌运动简述 191
二、“混沌”理论的内容和研究方法 192
三、“混沌”理论对物理学发展的作用 193
四、混沌运动在工程中的利用 194
习题九 195
二、横波与纵波 199
一、机械波的形成 199
第十章 机械波 199
第一节 机械波的产生、传播和描述 199
三、波的几何描述 200
四、波速 波长 周期（频率） 201
第二节 平面简谐波的波函数 202
一、平面简谐波的波函数 203
二、波动方程 205
第三节 波的能量 209
一、波动能量的传播 209
二、能流和能流密度 210
三、能量的吸收 211
第四节 惠更斯原理 波的衍射、反射和折射 212
一、惠更斯原理 212
二、波的衍射 213
三、波的反射和折射 214
一、波的叠加原理 216
二、波的干涉 216
第五节 波的干涉 216
第六节 驻波 220
一、驻波的产生 220
二、驻波方程 220
三、驻波的能量 222
四、半波损失 223
五、振动的简正模式 224
第七节 多普勒效应 225
一、波源静止，观测者以uR相对于介质运动 226
二、观测者静止，波源以uS相对于介质运动 227
三、波源以uS运动，观测者以uR运动（相向为正） 228
第八节 声波 229
一、音量、音调和音色 229
二、声压 231
阅读材料（十） 次声波 超声波 232
一、次声波 232
二、超声波 232
习题十 234
第三篇 热学 237
第一节 热力学系统 平衡态 状态参量 239
一、热力学系统 239
二、平衡态 239
第十一章 气体动理论 239
三、状态参量 240
第二节 理想气体状态方程 243
一、理想气体的微观模型 246
二、平衡状态气体的统计假设 246
第三节 理想气体的压强公式 246
三、理想气体的压强公式 247
第四节 理想气体的温度公式 249
第五节 能量均分定理 理想气体内能 251
一、自由度 251
二、能量按自由度均分定理 253
三、理想气体的内能 253
第六节 麦克斯韦速率分布律 255
一、速率分布和分布函数 255
二、麦克斯韦速率分布律 256
三、三种速率 258
四、麦克斯韦速率分布的实验验证 259
第七节 玻耳兹曼分布 261
一、玻耳兹曼分布律 261
二、重力场中微粒按高度的分布 262
第八节 气体分子的平均自由程和碰撞频率 263
第九节 气体的内迁移现象 265
一、内摩擦现象 265
二、热传导现象 267
三、扩散现象 268
第十节 真实气体 范德瓦尔斯方程 269
一、真实气体 269
二、范德瓦尔斯方程 270
阅读材料（十一） 真空技术 真空泵 272
一、机械泵 273
二、扩散泵 274
三、离子蒸发泵 274
四、吸附泵和低温泵 275
习题十一 276
第十二章 热力学基础 278
第一节 准静态过程 功 热量 278
一、准静态过程 278
二、准静态过程压力的功 279
三、热量和热容量 280
第二节 热力学第一定律 281
一、内能 281
二、热力学第一定律 281
第三节 热力学第一定律对理想气体等值过程的应用 282
一、等体过程 283
二、等压过程 284
三、等温过程 285
第四节 绝热过程 ＊多方过程 287
一、热力学第一定律在绝热过程中的应用 287
二、绝热过程方程 288
三、绝热线和等温线的比较 289
四、多方过程 291
一、循环过程 294
第五节 循环过程 卡诺循环 294
二、热机和热机循环 295
三、致冷机和致冷系数 296
四、卡诺循环 298
第六节 热力学第二定律 卡诺定理 303
一、可逆过程与不可逆过程 303
二、热力学第二定律 304
三、卡诺定理 306
第七节 热力学第二定律的统计意义 307
一、熵和熵增加原理 309
第八节 熵和熵增加原理 309
二、熵的热力学表示 310
三、熵的计算 312
阅读材料（十二） 熵概念的扩展 314
一、熵与能量退化 314
二、熵与信息 315
三、熵与生命 316
习题十二 317
习题二 321
参考答案 321
习题一 321
习题三 322
习题四 323
习题五 324
习题六 324
习题七 325
习题八 325
习题九 326
习题十 327
习题十一 328
习题十二 329
附录 331
附录一 希腊字母表 331
附录二 常用物理常量表 332
附录三 常用天文量 333
附录四 名词索引 334
附录五 书中物理量的符号及单位 339
参考文献 343