1 力和运动 1
1.1 质点运动学 1
1.1.1 质点运动的描述 2
1.1.2 质点的位矢和运动方程 6
1.1.3 位移和速度 8
1.1.4 加速度 15
1.1.5 运动学的两类问题 20
1.2 质点动力学 23
1.2.1 牛顿运动定律 23
1.2.2 相互作用力 27
1.2.3 牛顿运动定律的应用 32
1.2.4 非惯性系 惯性力 36
习题1 40
思考题1 42
2 时空理论 46
2.1 牛顿时空观 46
2.1.1 伽利略变换和牛顿绝对时空观 46
2.1.2 力学相对性原理 48
2.2 狭义相对论时空观 50
2.2.1 狭义相对论的基本假设 50
2.2.2 狭义相对论的时空观 54
2.2.3 洛伦兹坐标变换 59
2.2.4 洛伦兹速度变换公式 63
习题2 65
思考题2 66
3 功与能量 68
3.1 功 动能定理 68
3.1.1 功 68
3.1.2 动能定理 73
3.2 保守力做功与势能 77
3.2.1 几种力的功 77
3.2.2 势能 82
3.3 机械能守恒定律 89
3.3.1 质点系动能定理 89
3.3.2 功能原理 90
3.3.3 能量转换和守恒定律 92
3.3.4 机械能守恒定律 93
习题3 94
思考题3 95
4 动量与角动量 97
4.1 动量和冲量 97
4.2 动量定理 98
4.2.1 质点动量定理 98
4.2.2 质点系的动量定理 101
4.3 动量守恒定律 102
4.4 质心和质心运动定理 105
4.4.1 质心 105
4.4.2 质心运动定理 107
4.4.3 质心坐标系 109
4.5 碰撞问题 110
4.5.1 碰撞过程 110
4.5.2 碰撞理论 110
4.6 相对论能量和动量 113
4.6.1 相对论动量和质量 114
4.6.2 相对论动力学方程 116
4.6.3 相对论动能 117
4.6.4 相对论总能量 119
4.6.5 相对论的动量能量关系式 119
4.7 质点的角动量 角动量守恒定律 121
4.7.1 力矩的定义 121
4.7.2 质点的角动量和角动量定理 121
4.7.3 质点角动量守恒定律 123
4.8 质点系的角动量定理与角动量守恒定律 125
4.8.1 质点系的角动量定理 125
4.8.2 质点系的角动量守恒定律 126
习题4 127
思考题4 130
5 刚体力学基础 131
5.1 刚体运动学 131
5.1.1 刚体运动的基本形式 131
5.1.2 刚体定轴转动的运动学描述 133
5.2 定轴转动 134
5.2.1 刚体定轴转动定理 135
5.2.2 刚体转动惯量的计算 140
5.2.3 定轴转动角动量守恒定律 144
5.2.4 定轴转动中的功能关系 147
习题5 151
思考题5 153
6 机械振动 154
6.1 简谐振动 154
6.1.1 简谐振动的判据 154
6.1.2 描述简谐振动的物理量 156
6.1.3 简谐振动的速度、加速度 158
6.1.4 简谐振动的能量 159
6.1.5 简谐振动的几何表示 160
6.2 微振动近似 165
6.2.1 单摆和复摆 165
6.2.2 微振动近似 167
6.3 阻尼振动 受迫振动 169
6.3.1 阻尼振动 169
6.3.2 受迫振动 172
6.4 振动的叠加与分解 173
6.4.1 同方向同频率振动的叠加 173
6.4.2 两个同方向不同频率振动的叠加 拍 175
6.4.3 相互垂直振动的叠加 176
习题6 178
思考题6 181
7 机械波 182
7.1 机械波的产生与传播 182
7.1.1 机械波的产生条件 182
7.1.2 机械波的传播特点 183
7.1.3 波长、频率和波速 185
7.1.4 波的几何描述 186
7.2 简谐波 186
7.2.1 一维平面简谐波的表达式 186
7.2.2 行波表达式的意义 188
7.3 简谐波的能量 190
7.3.1 有平面简谐波传播介质中质元的能量 191
7.3.2 能流和能流密度 192
7.3.3 声强 声强级 193
7.4 波的传播与叠加 194
7.4.1 惠更斯原理 194
7.4.2 波的干涉 195
7.4.3 驻波 197
7.4.4 简正模式 199
7.4.5 半波损失 200
7.5 多普勒效应 202
7.5.1 波源静止，观察者运动 202
7.5.2 波源运动，观察者静止 202
7.5.3 波源和观察者都运动 203
习题7 204
思考题7 207
8 平衡态 208
8.1 平衡态 209
8.1.1 平衡态 209
8.1.2 热力学第零定律 210
8.1.3 温标 211
8.1.4 状态方程 214
8.1.5 范德瓦耳斯方程 215
8.2 热力学系统的微观模型 220
8.2.1 物质的结构 220
8.2.2 分子作用力模型 221
8.3 速率分布函数与速度分布函数 223
8.3.1 分子速率分布函数 223
8.3.2 分子速度分布函数 225
8.4 麦克斯韦速度分布律和速率分布律 228
8.4.1 麦克斯韦速度分布律 228
8.4.2 麦克斯韦速率分布律 230
8.4.3 麦克斯韦速率分布律的实验验证 232
8.4.4 分子自由程和碰撞频率 233
8.5 玻耳兹曼能量分布 235
8.5.1 玻耳兹曼能量分布 235
8.5.2 重力场中的气体分子 236
8.5.3 能量按自由度均分定理 237
8.5.4 理想气体的内能 240
习题8 240
思考题8 242
9 热力学基础 245
9.1 热力学第一定律 245
9.1.1 准静态过程 245
9.1.2 功、内能和热量 246
9.1.3 热力学第一定律 250
9.2 热力学第一定律的应用 250
9.2.1 等体过程 251
9.2.2 等压过程 252
9.2.3 等温过程 254
9.2.4 绝热过程 254
9.2.5 多方过程 256
9.2.6 循环过程和热机的效率 257
9.3 热力学第二定律 262
9.3.1 热力学第二定律 263
9.3.2 可逆过程和不可逆过程 265
9.3.3 卡诺定理 267
9.4 熵 270
9.4.1 熵的定义 270
9.4.2 熵的计算 271
9.4.3 能量退化原理 274
9.4.4 温熵图 275
9.5 熵增加原理 277
9.5.1 熵增加原理 277
9.5.2 熵流和熵产生 278
9.5.3 玻耳兹曼关系 279
习题9 283
思考题9 286
参考答案 290