绪论与预备知识 1
0.1绪论 1
0.1.1物理学的意义 1
0.1.2物理学的发展 1
0.1.3物理学的先导作用 2
0.1.4怎样学习物理学 2
0.2标量与矢量 3
0.2.1标量 3
0.2.2矢量 3
0.2.3矢量的加法与减法 4
0.2.4矢量乘法 5
0.2.5矢量的直角坐标分量表示 6
0.2.6矢量合成的解析法 7
0.2.7矢量的导数和积分 7
第1篇 力学 9
引言 9
第1章 质点运动学 10
1.1质点运动的描述 10
1.1.1参考系 10
1.1.2坐标系 10
1.1.3质点 11
1.2描述质点运动的四个矢量 12
1.2.1位置矢量 12
1.2.2位移矢量 13
1.2.3速度 14
1.2.4加速度 15
1.3几种最常见的简单运动 17
1.3.1匀加速直线运动 17
1.3.2自由落体运动 17
1.3.3平抛运动 17
1.4质点运动学的两类问题 18
1.4.1第一类问题 18
1.4.2第二类问题 18
1.5曲线运动中的加速度 20
1.5.1切向加速度和法向加速度 20
1.5.2圆周运动的角量描述 21
1.5.3角量与线量的关系 22
1.5.4圆周运动中的加速度 22
1.6相对运动与绝对时空理论 23
1.6.1相对运动 23
1.6.2绝对时空理论 25
本章小结 27
思考题 27
习题 28
第2章 牛顿运动定律 31
2.1牛顿运动定律 31
2.1.1牛顿第一定律 32
2.1.2牛顿第二定律 32
2.1.3牛顿第三定律 34
2.1.4牛顿运动定律的适用范围 34
2.2物理量的单位和量纲 34
2.3力学中几种常见力 35
2.3.1万有引力 35
2.3.2弹性力 37
2.3.3摩擦力 37
2.4牛顿运动定律的应用 38
2.5惯性系与非惯性系 42
2.5.1惯性系 42
2.5.2科里奥利力 43
本章小结 45
思考题 45
习题 46
第3章 冲量和动量 51
3.1质点的动量定理 51
3.1.1冲量 51
3.1.2动量 52
3.1.3质点的动量定理 52
3.2质点系的动量定理 55
3.3质点系的动量守恒定律 56
3.4碰撞 59
3.4.1完全弹性碰撞 59
3.4.2完全非弹性碰撞 60
3.4.3非完全弹性碰撞 60
3.5质心及质心运动定理 60
3.5.1质心 60
3.5.2质心运动定理 63
3.6变质量问题 64
3.6.1密歇尔斯基方程 64
3.6.2火箭飞行问题 65
本章小结 67
思考题 67
习题 68
第4章 功和能 71
4.1功 71
4.1.1恒力的功 71
4.1.2变力的功 71
4.1.3功率 72
4.2常见力的功 73
4.2.1重力的功 73
4.2.2万有引力的功 73
4.2.3弹性力的功 74
4.2.4摩擦力的功 74
4.3势能 75
4.3.1保守力 75
4.3.2势能 75
4.4动能定理 77
4.4.1质点的动能定理 77
4.4.2质点系的动能定理 79
4.4.3动能定理的应用 80
4.5质点系的功能原理及机械能守恒定律 81
4.5.1质点系的功能原理 81
4.5.2机械能守恒定律 82
4.6能量守恒定律 82
本章小结 84
思考题 85
习题 86
第5章 刚体的定轴转动 90
5.1刚体的运动 90
5.1.1刚体的平动 90
5.1.2刚体的定轴转动的描述 91
5.2刚体的定轴转动定律 94
5.2.1转动定律 94
5.2.2转动定律的应用 96
5.3转动惯量的计算 98
5.3.1转动惯量的定义 98
5.3.2转动惯量的计算 99
5.4刚体定轴转动的功与能 101
5.4.1力矩的功 101
5.4.2绕定轴转动刚体的动能 102
5.4.3刚体绕定轴转动的动能定理 102
5.5角动量及角动量守恒定律 104
5.5.1质点的角动量 104
5.5.2质点的角动量定理和守恒定律 105
5.5.3刚体定轴转动的角动量 107
5.5.4刚体定轴转动的角动量定理及角动量守恒定律 108
5.6进动 113
本章小结 114
阅读材料——对称性和守恒定律 115
思考题 117
习题 118
第2篇 热学 123
引言 123
第6章 气体动理论 124
6.1分子运动的基本概念 124
6.1.1分子运动论 124
6.1.2物体是由分子组成的 124
6.1.3布朗运动 125
6.1.4分子间的相互作用力 126
6.2平衡态及理想气体的状态方程 127
6.2.1平衡态及状态参量 127
6.2.2理想气体状态方程 127
6.3气体分子运动遵循的统计规律 128
6.3.1平衡态的微观本质 128
6.3.2理想气体分子微观模型 128
6.3.3气体分子的热运动服从统计规律 128
6.4理想气体压强、温度的微观本质 130
6.4.1理想气体的压强 130
6.4.2温度的统计解释 132
6.4.3对理想气体定律的推证 133
6.5能量均分定理及理想气体的内能 134
6.5.1自由度 134
6.5.2能量均分定理 135
6.5.3理想气体的内能 136
6.6麦克斯韦分子速率分布律 137
6.6.1气体分子的速率分布及分布函数 137
6.6.2麦克斯韦速率分布规律 138
6.6.3三种特征速率 140
6.6.4气体速率分布的实验验证 142
6.7分子平均碰撞次数和平均自由程 143
6.7.1平均碰撞次数 143
6.7.2平均自由程 144
6.8实际气体的范德瓦尔斯方程 145
本章小结 147
思考题 148
习题 148
第7章 热力学基础 151
7.1准静态过程中的功、热量 151
7.1.1准静态过程 151
7.1.2准静态过程中的功 152
7.1.3热量 153
7.1.4改变内能的两种方式 154
7.2热力学第一定律 155
7.3热力学第一定律对理想气体的应用 156
7.3.1等体过程 156
7.3.2等压过程 157
7.3.3等温过程 158
7.3.4绝热过程 159
7.3.5多方过程 163
7.4循环过程及卡诺循环 164
7.4.1循环过程 164
7.4.2热机和制冷机 165
7.4.3卡诺循环 169
7.5热力学第二定律 172
7.5.1自然界过程进行的方向性 172
7.5.2可逆过程与不可逆过程 173
7.5.3热力学第二定律的两种表述 173
7.5.4两种表述的等效性 176
7.5.5卡诺定理 176
7.5.6能量品质 178
7.6熵及熵增加原理 178
7.6.1克劳修斯不等式 179
7.6.2熵 179
7.6.3熵增加原理及热力学第二定律的数学表述 180
7.6.4熵增加原理及“热寂说” 181
7.7热力学第二定律的统计意义 182
7.7.1气体绝热自由膨胀（扩散）问题 182
7.7.2热功转换的方向性问题 183
7.7.3热力学第二定律的统计意义 183
本章小结 185
阅读材料——信息熵与遗传信息 186
思考题 188
习题 189
附录 193
附录1计算中常用物理恒量 193
附录2矢量算符 193
附录3常用公式 195
习题答案 197
参考文献 203