第一章 物理学和力学 1
1.1 发展中的物理学 2
古典物理学与近代物理学 3
微观世界 4
宇宙的早期演化 5
非线性系统的复杂行为 7
1.2 物理学科的特点 9
物理学以实验为基础 9
理想模型 10
物理学的思考 11
物理学理论 12
物理·技术和经济 13
1.3 时间和长度的计量 14
时间的计量 14
长度的计量 16
1.4 单位制和因次 17
基本单位和导出单位 18
国际单位制 19
因次式 21
1.5 数量级估计 22
参考系和座标系 24
1.6 参考系·座标系与时间座标轴 24
时间座标轴 25
1.7 力学——学习物理学的开始 26
学习第一章的建议 28
思考题和习题 28
第二章 质点运动学 29
2.1 质点的运动学方程 30
质点的位置向量与运动学方程 30
位移——位置向量的增量 34
平均速度与瞬时速度 35
2.2 瞬时速度向量与瞬时加速度向量 35
平均加速度与瞬时加速度 39
2.3 质点直线运动——从座标到速度和加速度 42
运动学方程 42
速度和加速度 43
等速与等加速直线运动 45
宇宙年龄和大小的估计·测量重力加速度 46
2.4 质点直线运动——从加速度到速度和座标 51
从速度到运动学方程和位移 51
已知加速度求速度和运动学方程 54
平面直角座标系 58
2.5 平面直角座标系·抛体运动 58
抛体运动 61
用向量讨论抛体运动 63
2.6 自然座标·切线和法线加速度 65
自然座标 65
速度·法线和切线加速度 66
2.7 极座标系·径向速度与横向速度 75
极座标系 75
径向速度与横向速度 76
伽利略变换 78
2.8 伽利略变换 78
伽利略变换蕴含的时空观 79
伽利略速度变换关系 82
加速度对伽利略变换为不变量 84
思考题 84
习题 86
选读材料：伽利略小传；伽利略与等加速直线运动 93
第三章 动量定理及其守恒定律 97
3.1 牛顿第一定律和惯性参考系 98
3.2 惯性质量·动量和动量守恒定律 99
惯性质量 99
动量·动量守恒定律 102
3.3 牛顿运动定律·伽利略相对性原理 104
力·力的独立作用原理 104
牛顿运动定律 106
伽利略的相对性原理 108
3.4 主动力和被动力 110
主动力 111
被动力或约束反作用力 114
3.5 牛顿运动定律的应用 118
质点的直线运动 118
变力作用下的直线运动 124
质点的曲线运动 126
质点的平衡 131
3.6 非惯性系中的力学 134
直线加速参考系中的惯性力 134
离心惯性力 138
科氏力 140
3.7 用衡量表述的动量定理 144
力的衡量 144
用衡量表述的动量定理 146
3.8 质点系动量定理和质心运动定理 149
质点系动量定理 149
质心运动定理 153
质点系相对于质心系的动量 160
3.9 古典力学中动量守恒定律的常见形式 161
质点系动量守恒定律 161
动量沿某一座标轴的投影守恒 164
质点对轴的角动量定理和守恒定律 164
3.10 火箭的运动 166
思考题 169
习题 173
5.3 质点系对质心的角动量定理和守恒定律 175
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 184
第四章 动能和位能 189
4.1 能量——另一个守恒量 190
4.2 力的元功·用线积分表示功 193
力的元功和功率 193
利用不同座标系表示元功 195
力在有限路径上的功 197
4.3 质点和质点系动能定理 200
质点的动能定理 200
质点系内力的功 203
质点系的动能定理 204
4.4 保守力与非保守力·位能 207
力场 207
保守力与非保守力 209
位能 211
质点系的功能原理 215
4.5 功能原理和机械能守恒定律 215
位能是物体相对位置的函数 215
质点系的机械能守恒定律 217
4.6 对心碰撞 222
关于对心碰撞的基本公式 223
完全弹性碰撞·查德威克发现中子 225
完全非弹性碰撞 230
非完全弹性碰撞 233
4.7 非对心碰撞 234
4.8 质心参考系的运用·粒子的对撞 238
思考题 241
习题 242
选读材料：质点平衡的稳定性 251
第五章 角动量·关于对称性 257
5.1 质点的角动量 258
质点的角动量 258
力对一参考点的力矩 261
质点对参考点的角动量定理和守恒定律 262
质点系对参考点的角动量定理及守恒律 269
5.2 质点系的角动量定理及角动量守恒定律 269
质点系对轴的角动量定理及守恒律 271
5.4 对称性·对称性与守恒律 277
关于对称性 277
守恒律与对称性 279
5.5 古曲动力学的适用范围 284
思考题 286
习题 287
选读材料：在直角座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 289
第六章 万有引力定律 293
6.1 刻卜勒定律 294
6.2 万有引力定律·引力质量与惯性质量 296
万有引力定律 296
引力质量与惯性质量 301
引力常数的测量 303
地球自转对重量的影响 305
牛顿万有引力定律的适用范围 308
6.3 引力位能 309
6.4 潮汐 314
思考题 320
习题 320
选读材料：一个『三体问题』研究的启迪 322
第七章 刚体力学 327
7.1 刚体运动的描述 328
刚体的平动 328
刚体绕固定轴的转动 329
角速度向量 334
刚体的平面运动 336
7.2 刚体的动量和质心运动定理 342
刚体的质心 343
刚体的动量与质心运动定理 346
刚体定轴转动对轴上一点的角动量 348
7.3 刚体定轴转动的角动量·转动惯量 348
刚体对一定转轴的转动惯量 350
刚体定轴转动的角动量定理和转动定理 357
刚体的重心 359
典型的例子 360
7.4 刚体定轴转动的动能定理 365
力矩的功 365
刚体定轴转动的动能定理 367
刚体的重力位能 370
7.5 刚体平面运动的动力学 373
刚体平面运动的基本动力学方程 374
作用于刚体上的力 375
刚体平面运动的动能 381
滚动摩擦力偶矩 382
汽车轮的受力·汽车的极限速度 385
7.6 刚体的平衡 388
刚体的平衡方程 388
杆的受力特点 390
7.7 自转与旋进 393
常平架回转仪 393
回转仪的旋进 395
地球的旋进与章动 397
习题 400
选读材料：角速度合成符合平行四边形法则；滑轮受力分析 411
第八章 弹性体的应力和应变 415
8.1 弹性体的拉伸和压缩 416
外力·内力与应力 416
直杆的线应变 419
虎克定律 421
拉伸和压缩的形变位能 423
8.2 弹性体的剪切形变 425
剪切形变·剪切应力与应变 425
剪切形变的虎克定律 427
8.3 弯曲和扭转 429
梁的弯曲 429
杆的扭转 432
思考题 435
习题 436
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 438
第九章 振动 445
9.1 简谐运动的动力学特征 446
9.2 简谐运动的运动学 452
简谐运动的运动学方程 453
简谐运动的x-t圆线和相轨迹 461
简谐振运动的向量表示法 462
9.3 简谐运动的能量转换 465
9.4 简谐运动的合成 469
同方向同频率简谐运动的合成 469
同方向不同频率简谐运动的合成 472
互相垂直相同频率简谐运动的合成 476
互相垂相不同频率简谐运动的合成·利萨如圆形 481
9.5 振动的分解 483
9.6 阻尼振动 486
受迫振动的动力学方程 491
9.7 受迫振动 491
受迫振动的运动特征 493
位移共振 496
受迫振动的能量转换 498
速度共振 499
9.8 『不守规矩』的摆·混沌行为 500
『不守规矩』的摆 500
依赖初值的两种情况 505
9.9 参数振动·自激振动 507
参数振动 507
自激振动 510
思考题 511
习题 511
选读材料：晶体中原子的振动（热振动）；品质因数 515
第十章 波动和声 519
10.1 波的基本概念 521
波是振动状态的传播 521
多种多样的波 522
平面波与球面波 524
10.2 平面简谐波方程 524
平面简谐波方程 525
平面简谐波方程的多种形式 529
波动方程 531
10.3 波动方程与波速 531
波速·色散现象 534
10.4 平均能通量密度·声强与声压 537
介质中波的能量分布 537
平均能通量密度 540
声强与声强级 542
声压·声强和声压的关系 543
声波的衰减·超音波的优势 546
波的反射和透射·半波损失 547
波的叠加·群速 551
10.5 波的叠加和干涉·驻波 551
波的干涉 554
驻波 555
弦与空气柱的特征振动 559
10.6 都卜勒效应 563
波源静止而观察者运动 563
观察者静止而波源运动 566
观察者和波源在同一条直线上运动 567
震波 570
思考题 571
习题 572
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；震波的进一步讨论 577
第十一章 流体力学 591
11.1 理想流体 593
11.2 静止流体内的压力 594
静止流体内一点的压力 594
静止流体内不同空间点压力的分布 596
相对于非惯性系静止的流体 605
11.3 流体运动学的基本概念 607
迹线·流线和流管 607
稳态流动 609
不可压缩流体的连续性方程 609
11.4 柏努利方程 611
11.5 流体的动量和角动量 622
流体的动量 622
流体的角动量 625
11.6 黏性流体的运动 626
黏性定律 626
雷诺数 628
层流和紊流 629
普瓦塞尹公式 630
不可压缩黏性流体稳态流动的功能关系 632
11.7 固体在流体中受到的阻力 633
黏性阻力·密立根油滴实验 634
涡漩的产生·压差阻力 636
兴波阻力 638
11.8 机翼的升力 638
思考题 643
习题 647
选读材料：推导普瓦塞尹公式 652
第十二章 相对论简介 657
12.1 狭义相对论的历史背景 659
马克士威尔方程建立引起的问题 659
菲索与迈克耳孙-莫雷实验 660
关于相对性原理的思考 663
12.2 劳伦兹变换 664
狭义相对论的基本假设 664
劳伦兹变换 664
劳伦兹变换蕴含的时空观 666
尺缩钟慢的实验检验 670
12.3 相对论的速度变换 674
12.4 相对论的动量和能量 678
相对论的动量 678
相对论的质能公式 681
动量-能量公式 684
碰撞问题 685
12.5 广义相对性原理 687
关于惯性系和引力的思考 687
等效原理和广义相对性原理 688
12.6 引力场与弯曲时空 690
12.7 广义相对论的实验验证 693
思考题 696
习题 697
选读材料：爱因斯坦简介；闵可夫斯基空间 698
第十三章 数学知识 703
变数、常数和函数 704
13.1 函数、导数与微分 704
第一部分 微积分初步 704
导数 705
函数的极植点和极值 707
微分 708
13.2 不定积分 708
原函数 708
不定积分 709
不定积分的运算法则 712
13.3 定积分 714
定积分的概念 714
牛顿-莱布尼兹公式 718
定积分的主要性质 718
习题 723
第二部分 向量 724
13.4 向量 724
13.5 向量的加法与减法 725
向量加法 725
向量减法 727
13.6 向量的数乘 727
13.7 向量的正交分解 729
向量的内积 732
13.8 向量的内积和外积 732
向量的外积 734
三个向量的混合积 736
13.9 向量导数 737
向量函数 737
向量函数的导数 738
向量函数微分的法则 740
习题 741
习题答案 744
附录Ⅰ 名词索引 761
附录Ⅱ 人名索引 771