绪论 1
一、物理学的研究内容、研究方法以及在自然科学中的地位 1
二、物理学发展简史 2
三、力学在物理学中的地位和作用 12
四、力学的知识体系 12
五、如何学好力学的建议 13
第一篇 质点基本运动规律 17
第一章 质点运动学 17
1.1位置矢量、速度、加速度及其相互关系 17
1.1.1质点、参考系、坐标系 17
1.1.2位置矢量、位移、速度、加速度及其相互关系 19
1.2位置矢量、速度、加速度相互关系的坐标表示 22
1.2.1直角坐标系下的表示 22
1.2.2平面极坐标系下的表示 25
1.2.3本征坐标系下的表示 28
1.3相对运动 29
1.3.1速度和加速度在平动与静止参考系间的变换 30
1.3.2速度和加速度在匀角速转动与静止参考系间的变换 32
本章知识单元和知识点小结 35
习题 35
第二章 惯性系下质点动力学 39
2.1牛顿三定律 39
2.1.1牛顿第一定律 40
2.1.2牛顿第二定律 41
2.1.3牛顿第三定律 44
2.2万有引力定律 44
2.2.1开普勒三定律 44
2.2.2万有引力定律的建立过程 45
2.3自然界中的基本力及力学中常见的力 46
2.3.1自然界中最基本的相互作用力 47
2.3.2力学中常见的力 47
2.4量纲 54
2.4.1基本量和导出量 54
2.4.2量纲 55
2.4.3量纲的意义 55
2.4.4时间、长度和质量的计量 56
本章知识单元和知识点小结 58
习题 58
第三章 非惯性系下质点动力学 64
3.1相对性原理 64
3.2非惯性系下质点动力学 65
3.2.1加速平动非惯性系中的惯性力 66
3.2.2匀角速转动非惯性系中的惯性力 68
3.3地球表面惯性力现象分析 72
3.4惯性力的物理本质 78
3.4.1惯性质量与引力质量 78
3.4.2引力场 81
3.4.3等效原理 82
本章知识单元和知识点小结 84
习题 85
第二篇 运动定理（原理）与守恒定律 91
第四章 动量定理与动量守恒定律 91
4.1质点系的质心运动 91
4.1.1质点系的质心与质心运动定律 91
4.1.2质心的特点与求法 93
4.1.3质心坐标系 96
4.2质点系动量定理与动量守恒定律 97
4.2.1质点的动量定理 98
4.2.2质点系动量定理 99
4.2.3质心动量定理 100
4.2.4质点系动量守恒 101
4.2.5质心系下质点系总动量 103
4.3变质量系统 104
4.3.1变质量系统动力学方程 104
4.3.2变质量系统动力学方程应用举例 106
本章知识单元和知识点小结 108
习题 108
第五章 功能原理与机械能守恒定律 114
5.1质点系动能定理 114
5.1.1质点动能定理 115
5.1.2力的功、功率 116
5.1.3质点系动能定理 119
5.2质点系动能定理中的内力功分析 121
5.2.1一对内力功的特点 121
5.2.2保守内力与非保守内力 122
5.2.3质点系的势能 124
5.3质点系功能原理与机械能守恒定律 128
5.3.1质点系功能原理 129
5.3.2质点系机械能守恒定律 130
5.3.3静系与质心系下质点系动能关系 131
5.3.4质心系下质点系的功能原理 132
5.3.5能量守恒定律 133
5.4碰撞 134
5.4.1碰撞的特点 135
5.4.2一维碰撞过程与分类 135
5.4.3碰撞定律 136
5.4.4二维碰撞 139
阅读资料A关于动量和能量的历史讨论 142
本章知识单元和知识点小结 143
习题 144
第六章 角动量定理与角动量守恒定律 150
6.1质点角动量定理 150
6.1.1质点的角动量定理 150
6.1.2力的力矩 152
6.1.3质点的角动量 153
6.1.4质点角动量守恒 155
6.2质点系角动量定理与角动量守恒定律 157
6.2.1质点系角动量定理 157
6.2.2质点系角动量守恒定律 160
6.2.3静系与质心系下质点系角动量关系 162
6.2.4质心系中质点系的角动量定理 163
6.3有心力场问题 164
6.3.1三种宇宙速度 164
6.3.2有效势能与轨道特征 166
6.3.3两体化单体问题 169
6.4守恒律与对称性 170
6.4.1对称性 170
6.4.2因果关系与对称原理 171
6.4.3守恒律与对称性 171
本章知识单元和知识点小结 172
习题 173
第三篇 两种特殊质点系的运动与两种普遍的运动形式 179
第七章 刚体 179
7.1刚体定轴转动运动学 179
7.1.1描述刚体定轴转动的转动参量 179
7.1.2转动参量的矢量性分析 181
7.1.3转动角量与线量的关系 182
7.2刚体定轴转动动力学 183
7.2.1刚体定轴转动的势能、动能、角动量、外力功 183
7.2.2转动惯量 186
7.2.3刚体定轴转动的转动定律 190
7.2.4刚体定轴转动的角动量定理与角动量守恒定律 191
7.2.5刚体定轴转动的动能定理 193
7.3刚体平面平行运动的处理方法 194
7.3.1作用在刚体上的力系及其简化 194
7.3.2刚体平面平行运动的处理方法 196
7.4以质心为基点处理刚体的平面平行运动 198
7.4.1平面平行运动的动能及角动量的表达式 198
7.4.2描述刚体的平动和转动的方程 198
7.4.3刚体平面平行运动举例 199
7.5刚体平面平行运动中的瞬时转轴 212
7.5.1刚体平面平行运动中的瞬时转轴 212
7.5.2刚体绕瞬时转轴的动能定理 213
7.5.3刚体绕瞬时转轴的转动定律 214
7.6刚体的平衡 215
7.7对称刚体的定点运动现象 216
7.7.1对称刚体的惯量主轴 216
7.7.2刚体不受外力矩作用时的运动现象 217
7.7.3刚体受外力矩作用时的进动现象 218
7.7.4刚体受外力矩作用时的章动现象 222
7.7.5刚体定点纯滚动时的进动现象 223
本章知识单元和知识点小结 226
习题 227
第八章 流体 236
8.1流体静力学 236
8.1.1静流体内任意一点的压强 236
8.1.2静流体内不同点压强的关系 239
8.1.3浮力定律（阿基米德原理） 240
8.1.4帕斯卡定律 243
8.2理想流体的定常流动 244
8.2.1动流体的描述 244
8.2.2动流体内任意一点的压强 245
8.2.3连续性方程 246
8.2.4伯努利方程 246
8.2.5流体的动量与角动量 247
8.3伯努利方程的应用 249
8.3.1小孔流速测量 249
8.3.2管道中流体流速测量——汾丘里流量计 249
8.3.3非管道中流体流速测量——皮托管 250
8.3.4虹吸现象 251
8.3.5机翼的升力 马格纳斯效应 252
8.4黏性流体的流动 253
8.4.1黏性流体的黏性定律 253
8.4.2黏性流体在水平圆管内的流动——泊肃叶公式 254
8.4.3黏性流体伯努利方程的修正 256
8.4.4层流、湍流——雷诺数 256
8.4.5物体在黏性流体中所受阻力——斯托克斯公式 257
本章知识单元和知识点小结 257
习题 258
第九章 振动 263
9.1简谐振动 263
9.1.1简谐振动的动力学方程及其解 264
9.1.2简谐振动的运动学特征 268
9.1.3简谐振动的几何描述 272
9.1.4简谐振动的合成 272
9.2阻尼振动 278
9.2.1阻尼振动的微分方程及其解 278
9.2.2弱阻尼振动的能量损失、品质因数 280
9.3受迫运动 281
9.3.1受迫振动的微分方程及其解 282
9.3.2受迫振动的共振现象 283
9.3.3受迫振动中的能量 285
9.4二自由度振动——简正频率 286
9.5非线性振动简介 288
本章知识单元和知识点小结 290
习题 291
第十章 波动 297
10.1机械波的定性描述 297
10.1.1产生机械波的条件与波的特点 297
10.1.2波的几何描述 298
10.1.3波的分类 298
10.2机械波的波动方程 299
10.2.1张紧弦线的波动方程 300
10.2.2固体的弹性波动方程 300
10.3机械波的运动学方程 303
10.3.1机械波波动方程的解 303
10.3.2波传播形式的分类 304
10.3.3波的相速度与群速度 305
10.4简谐机械波的运动学方程 308
10.4.1描述简谐波特征的物理量 309
10.4.2相位传输法确定平面简谐波表达式 309
10.4.3平面简谐波几种常见的表达式 310
10.5机械波的能量、传播以及反射与合成 311
10.5.1行波的能量 311
10.5.2波的衍射 惠更斯原理 316
10.5.3波的叠加原理 317
10.5.4波在界面的反射与透射 318
10.5.5驻波 319
10.5.6简正频率 323
10.6多普勒效应 326
10.7声波与超波速运动简介 329
本章知识单元和知识点小结 330
习题 331
第四篇 时空结构 337
第十一章 狭义相对论简介 337
11.1经典时空观与实验的矛盾 337
11.1.1伽利略变换蕴含的经典时空观 338
11.1.2经典时空观与实验的矛盾——迈克耳孙-莫雷实验 339
11.2狭义相对论的两条基本假设 341
11.3洛伦兹变换与速度和加速度变换 341
11.3.1洛伦兹变换 342
11.3.2相对论中的速度和加速度变换 344
11.3.3伽利略变换与洛伦兹变换的分析比较 345
11.4狭义相对论运动学的基本现象 347
11.4.1同时的相对性 347
11.4.2时间延缓 349
11.4.3长度收缩 352
11.4.4时钟的同步 355
11.4.5多普勒效应 360
11.5狭义相对论动力学基本关系式 363
11.5.1相对论中的质量和动量 363
11.5.2相对论中的动能、质能关系 364
11.5.3相对论中的能量与动量的关系 364
11.5.4相对论中的力 365
11.5.5静质量为零的粒子 366
本章知识单元和知识点小结 367
习题 368
第十二章 广义相对论简介、宇宙学与天体物理初步 372
广义相对论简介 373
12.1狭义相对论的两个遗留问题 373
12.2广义相对论的理论基础 374
12.2.1等效原理 374
12.2.2引力场方程 375
12.2.3广义协变性原理 377
12.3广义相对论预言现象与实验证实 378
12.3.1光线偏折与星体位置观测和引力透镜 378
12.3.2引力时间延缓与引力红移 380
12.3.3时空弯曲与水星轨道进动 381
12.3.4引力场中光速减慢与雷达回波延迟 382
12.3.5黑洞 383
12.3.6引力子与引力波 384
宇宙学与天体物理初步 385
12.4宇宙的物质结构与年龄 385
12.5宇宙的统一整体性——宇宙学原理 386
12.6宇宙在膨胀——哈勃定律与奥伯斯佯谬 387
12.7宇宙的起源——大爆炸理论模型 388
12.8暗物质与暗能量 391
12.9恒星的演化与发光星体的观测分类 392
12.9.1恒星的演化——白矮星、中子星、黑洞 392
12.9.2发光星体的观测分类——星座 393
阅读资料B关于引力场方程所决定的时空度规的简要介绍 393
矢量运算基本知识 401
常用数据 404
习题参考答案 406
参考文献 425