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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