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绪论1

第1章 质点运动学和牛顿运动定律5

1.1　质点　参考系5

1.1.1　质点和刚体5

1.1.2　时间和空间6

1.1.3　单位制和量纲7

1.1.4　参考系和坐标系8

1.2　质点运动的描述9

1.2.1 位矢9

1.2.2　位移10

1.2.3　速度10

1.2.4　加速度11

1.3　直线运动和平面曲线运动12

1.3.1　直线运动12

1.3.2　圆周运动14

1.3.3　抛体运动15

1.3.4　一般平面曲线运动16

1.4　相对运动　几种常见力16

1.4.1　伽利略坐标变换17

1.4.2　伽利略速度变换与加速度变换17

1.4.3　几种常见力18

1.5　牛顿运动定律20

1.5.1　牛顿第一定律20

1.5.2　牛顿第二定律20

1.5.3　牛顿第三定律21

1.5.4　牛顿运动定律的应用举例21

1.6　经典力学的时空观　非惯性系惯性力25

1.6.1　力学的相对性原理25

1.6.2　经典力学的时空观25

1.6.3　非惯性系与惯性力25

小结27

思考题29

习题29

物理学家简介　牛顿31

第2章　动量和角动量34

2.1 冲量34

2.1.1　恒力的冲量34

2.1.2　变力的冲量34

2.1.3　合力的冲量35

2.2　动量　动量定理36

2.2.1　质点的动量和动量定理36

2.2.2　质点系的动量和动量定理38

2.3　动量守恒定律42

2.3.1　动量守恒定律42

2.3.2　动量守恒定律应用举例43

2.4　质心　质心运动定理46

2.4.1　质心46

2.4.2　质心运动定理47

2.5　力矩　角动量48

2.5.1 力矩48

2.5.2　角动量49

2.6　角动量守恒定律51

2.6.1　角动量定理51

2.6.2　角动量守恒定律52

2.6.3　角动量守恒定律应用举例53

小结55

思考题57

习题58

物理学家简介　伽利略60

第3章　功和能63

3.1 功和功率63

3.1.1　恒力沿直线路径做的功63

3.1.2　变力沿曲线路径做的功63

3.1.3　功率64

3.2　动能　动能定理67

3.2.1　质点的动能和动能定理67

3.2.2　质点系的动能和动能定理68

3.3　势能70

3.3.1　保守力和非保守力70

3.3.2　保守力的功71

3.3.3　质点系的势能72

3.3.4　势能曲线73

3.4　机械能守恒定律75

3.4.1　质点系的机械能定理75

3.4.2　机械能守恒定律75

3.5　对称性和守恒定律79

3.6　碰撞81

3.6.1　碰撞的概念81

3.6.2　完全弹性碰撞81

3.6.3　完全非弹性碰撞82

3.6.4　非完全弹性碰撞83

小结85

思考题86

习题86

物理学家简介　焦耳90

第4章　刚体力学92

4.1 刚体定轴转动的运动学描述92

4.1.1　刚体的运动形式92

4.1.2　刚体的平动92

4.1.3 刚体定轴转动的运动学描述93

4.2 刚体定轴转动的转动定律　转动惯量95

4.2.1 刚体定轴转动时的力矩95

4.2.2　刚体定轴转动的转动定律96

4.2.3　刚体定轴转动的转动惯量97

4.2.4　转动定律的应用举例100

4.3　刚体定轴转动的机械能守恒102

4.3.1　力矩的功和功率102

4.3.2　转动动能和动能定理103

4.3.3　刚体的势能104

4.3.4　刚体的机械能守恒定律104

4.4　刚体定轴转动的角动量守恒106

4.4.1 刚体定轴转动的角动量107

4.4.2　角动量定理107

4.4.3　角动量守恒定律108

4.5　刚体的平面平行运动111

4.5.1 刚体平面平行运动的运动学描述112

4.5.2　刚体平面平行运动的转动瞬心112

4.5.3　刚体平面平行运动的动力学方程113

4.5.4　刚体平面平行运动的动能113

4.6　刚体的进动　刚体的平衡116

4.6.1　刚体的进动116

4.6.2　刚体的平衡117

小结118

思考题120

习题121

物理学家简介　开普勒124

第5章　流体力学基础127

5.1　流体静力学127

5.1.1　作用在流体上的力127

5.1.2　静止流体中的压强128

5.2　流体运动学131

5.2.1　理想流体及其性质131

5.2.2　理想流体的运动学描述132

5.2.3　理想流体定常流动的连续性方程133

5.3　流体动力学134

5.3.1　伯努利方程134

5.3.2　伯努利方程的应用举例136

5.4　实际流体的运动规律139

5.4.1　实际流体的能量方程140

5.4.2　层流和湍流141

5.4.3　长直圆管中的层流流动141

小结143

思考题145

习题145

物理学家简介　伯努利147

第6章　机械振动149

6.1 简谐振动的运动学描述149

6.1.1　简谐振动的运动学方程、速度、加速度149

6.1.2　简谐振动的特征物理量150

6.1.3 简谐振动的曲线表示法和旋转矢量表示法153

6.2　简谐振动的动力学方程和能量156

6.2.1　简谐振动的动力学方程156

6.2.2　简谐振动的能量157

6.3　几种常见的简谐振动159

6.3.1　单摆159

6.3.2　复摆160

6.3.3　扭摆162

6.4　阻尼振动　受迫振动　共振163

6.4.1 阻尼振动163

6.4.2　受迫振动165

6.4.3　共振166

6.5　简谐振动的合成167

6.5.1 两个同方向同频率简谐振动的合成167

6.5.2　两个同方向不同频率简谐振动的合成169

6.5.3 两个相互垂直同频率简谐振动的合成170

6.5.4　两个相互垂直频率为整数比简谐振动的合成172

6.6　非线性振动简介173

小结175

思考题177

习题177

物理学家简介　胡克180

第7章　机械波182

7.1　机械波的产生和分类182

7.1.1　机械波产生的条件182

7.1.2　横波和纵波183

7.1.3　平面波和球面波183

7.1.4　水波184

7.2　平面简谐波的运动学描述184

7.2.1　平面简谐波的波函数185

7.2.2　平面简谐波的基本特征物理量186

7.2.3 平面简谐波波函数的其他形式186

7.3　平面简谐波的动力学描述188

7.3.1　平面简谐波的波动方程188

7.3.2　波速189

7.4　波的能量和波的强度191

7.4.1　波的能量　能量密度191

7.4.2　能流　波的强度192

7.5　波的衍射和干涉　驻波194

7.5.1　惠更斯原理　波的衍射194

7.5.2　波的叠加原理　波的干涉195

7.5.3　驻波　半波损失197

7.6　机械波的多普勒效应201

7.6.1　观察者和波源都静止201

7.6.2　观察者运动而波源静止201

7.6.3　观察者静止而波源运动202

7.6.4　观察者和波源都运动202

7.7　声波204

7.7.1　声波　声强级204

7.7.2　超声波205

7.7.3　次声波206

小结206

思考题208

习题209

物理学家简介　惠更斯211

第8章　狭义相对论力学基础213

8.1　迈克耳孙-莫雷实验213

8.2　狭义相对论的基本原理214

8.2.1　狭义相对论的相对性原理214

8.2.2　光速不变原理215

8.3　洛伦兹变换215

8.3.1　洛伦兹坐标变换216

8.3.2　洛伦兹速度变换217

8.4　狭义相对论的时空观220

8.4.1 同时的相对性220

8.4.2　时间延缓221

8.4.3　长度收缩223

8.5　狭义相对论的动力学基础224

8.5.1　狭义相对论的质量和动量225

8.5.2　狭义相对论动力学的基本方程226

8.5.3　狭义相对论的能量226

8.6　动量和能量的关系　力的变换228

8.6.1　动量和能量的关系式228

8.6.2　动量和能量的变换式230

8.6.3　力的变换231

小结233

思考题235

习题235

物理学家简介　爱因斯坦237

第9章　温度和气体物态方程240

9.1　温度和温标240

9.1.1　热力学系统240

9.1.2　平衡态、态参量240

9.1.3　热力学第零定律　温度241

9.1.4　几种常用的温标及其关系242

9.2　气体的三条实验定律243

9.2.1　玻意耳-马略特定律243

9.2.2　查理定律243

9.2.3　盖·吕萨克定律244

9.3　理想气体物态方程244

9.3.1　理想气体244

9.3.2　气体的物态方程244

9.3.3　单一理想气体的物态方程244

9.3.4　混合理想气体的物态方程246

9.4　实际气体物态方程247

9.4.1 实际气体247

9.4.2　范德瓦耳斯方程247

小结249

思考题249

习题250

物理学家简介　玻耳兹曼250

第10章　气体动理论253

10.1 理想气体压强 温度的微观意义253

10.1.1　理想气体的微观模型253

10.1.2　理想气体压强254

10.1.3　温度的微观意义255

10.2　能量均分定理　理想气体的内能256

10.2.1　分子的自由度256

10.2.2　能量按自由度均分定理257

10.2.3　理想气体的内能258

10.3　麦克斯韦速率分布律259

10.3.1　分子速率的实验测定259

10.3.2　速率分布函数259

10.3.3　麦克斯韦速率分布律260

10.3.4　三种统计速率261

10.4　玻耳兹曼分布263

10.4.1　玻耳兹曼分布律263

10.4.2　重力场中微粒按高度的分布264

10.5　分子的碰撞264

10.5.1 气体分子的平均碰撞频率264

10.5.2　平均自由程265

10.6 气体的输运现象266

小结268

思考题269

习题269

物理学家简介　麦克斯韦270

第11章　热力学定律273

11.1　热力学第一定律273

11.1.1　准静态过程273

11.1.2　功　热量　内能273

11.1.3　热力学第一定律275

11.1.4　摩尔热容276

11.2　典型的热力学过程276

11.2.1　等体过程　摩尔定容热容276

11.2.2　等压过程　摩尔定压热容277

11.2.3　等温过程278

11.2.4　绝热过程279

11.2.5　多方过程280

11.3　循环过程和卡诺循环282

11.3.1 循环过程282

11.3.2　热机效率282

11.3.3　制冷系数283

11.3.4　卡诺循环283

11.4　热力学第二定律287

11.4.1　热力学第二定律287

11.4.2　可逆过程与不可逆过程288

11.4.3　热力学第二定律的实质289

11.4.4　卡诺定理289

11.5　熵和熵增加原理289

11.5.1 熵289

11.5.2　熵变的计算291

11.5.3　熵增加原理292

11.6　玻耳兹曼熵关系式293

11.6.1　玻耳兹曼熵关系式293

11.6.2　热力学第二定律的统计意义293

小结294

思考题295

习题295

物理学家简介　克劳修斯297

附录299

附录A　数学基础知识299

附录B　一些物理常量的常用值316

习题参考答案317

关键词索引329

参考文献337