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第一篇 力学3

第1章 质点运动学3

1.1 参考系、坐标系和质点模型3

1.1.1 参考系3

1.1.2 坐标系4

1.1.3 质点模型4

1.2 质点运动的描述5

1.2.1 质点位置的描述5

1.2.2 速度和速率8

1.2.3 加速度10

1.3 直线运动、运动学的两类问题12

1.3.1 直线运动12

1.3.2 运动学的两类问题13

1.4 运动叠加原理、抛体运动14

1.4.1 运动叠加原理15

1.4.2 抛体运动15

1.5 圆周运动18

1.5.1 圆周运动的速度19

1.5.2 圆周运动的加速度19

1.5.3 圆周运动的角量描述22

1.6 相对运动25

阅读材料一：物理学的产生和发展27

习题一30

第2章 质点动力学34

2.1 常见力34

2.1.1 万有引力、重力34

2.1.2 弹性力35

2.1.3 摩擦力36

2.2 牛顿运动定律及其应用38

2.2.1 牛顿运动定律的内容38

2.2.2 牛顿运动定律的应用40

2.3 非惯性系和惯性力44

2.4 质点动量定理46

2.4.1 力的冲量47

2.4.2 质点的动量48

2.4.3 动量定理及应用49

2.5 质点系动量定理及其守恒定律52

2.5.1 质点系动量定理52

2.5.2 动量守恒定律及其应用53

2.5.3 火箭飞行原理55

2.6 功、动能定理56

2.6.1 功57

2.6.2 质点动能定理59

2.6.3 质点系动能定理61

2.7 功能原理、机械能守恒定律62

2.7.1 保守力的功、势能63

2.7.2 质点系功能原理64

2.7.3 机械能守恒定律66

2.8 碰撞问题68

2.8.1 完全弹性碰撞68

2.8.2 完全非弹性碰撞69

2.8.3 非完全弹性碰撞70

阅读材料二：经典物理的奠基人——牛顿70

习题二72

第3章 刚体的定轴转动77

3.1 刚体定轴转动的描述77

3.1.1 刚体77

3.1.2 刚体的运动形式78

3.1.3 刚体定轴转动的描述78

3.2 刚体定轴转动定律、转动惯量80

3.2.1 力矩80

3.2.2 转动定律81

3.2.3 转动惯量81

3.3 转动定律的应用84

3.4 转动动能定理87

3.4.1 力矩的功87

3.4.2 转动动能88

3.4.3 转动动能定理88

3.5 角动量定理、角动量守恒定律91

3.5.1 力矩的冲量矩92

3.5.2 角动量92

3.5.3 角动量定理93

3.5.4 角动量守恒定律93

习题三97

第4章 狭义相对论101

4.1 力学相对性原理、经典力学时空观101

4.1.1 力学相对性原理101

4.1.2 经典力学时空观102

4.1.3 经典力学在高速领域遇到的困难103

4.2 狭义相对论基本原理、洛仑兹变换104

4.2.1 狭义相对论基本原理105

4.2.2 洛仑兹坐标变换105

4.2.3 洛仑兹速度变换107

4.3 狭义相对论的时空观108

4.3.1 同时的相对性108

4.3.2 时间间隔的相对性——时间膨胀109

4.3.3 空间间隔的相对性——长度收缩110

4.4 狭义相对论的动力学基础112

4.4.1 相对论动量、质量和速率关系112

4.4.2 相对论动力学基础方程114

4.4.3 相对论动能、质能关系114

4.4.4 动量和能量的关系115

阅读材料三：物理学的革命者——爱因斯坦116

习题四118

第二篇 机械振动和机械波第5章 机械振动118

5.1 简谐振动的特征123

5.1.1 简谐振动的定义123

5.1.2 简谐振动的动力学特征124

5.1.3 简谐振动的运动学特征125

5.2 描述简谐振动的物理量127

5.2.1 振幅127

5.2.2 周期和频率127

5.2.3 相位和相位差128

5.2.4 振幅和初相位的求法129

5.3 简谐振动的描述方法130

5.3.1 解析法130

5.3.2 振动曲线法130

5.3.3 旋转矢量图示法133

5.3.4 旋转矢量图的应用134

5.4 简谐振动的能量138

5.4.1 简谐振动系统的动能138

5.4.2 简谐振动系统的势能139

5.4.3 简谐振动系统的总能量139

5.5 阻尼振动、受迫振动及共振141

5.5.1 阻尼振动141

5.5.2 受迫振动142

5.5.3 共振142

5.6 简谐振动的合成143

5.6.1 沿同一直线、相同频率的两个简谐振动的合成143

5.6.2 沿同一直线、不同频率的简谐振动的合成148

5.6.3 两个同频率垂直振动的合成150

5.6.4 两个不同频率垂直振动的合成152

习题五153

第6章 机械波157

6.1 机械波的产生和传播157

6.1.1 机械波产生的条件和种类157

6.1.2 波动的几何描述159

6.1.3 波动过程的物理本质161

6.1.4 描述波动的物理量163

6.2 平面简谐波表达式的建立与意义166

6.2.1 平面简谐波表达式的建立166

6.2.2 波动表达式的物理意义170

6.3 波的能量173

6.3.1 波的能量特征173

6.3.2 波的能量密度174

6.3.3 波的能流及能流密度174

6.4 声波176

6.5 波的叠加原理、波的干涉178

6.5.1 波的叠加原理178

6.5.2 波的干涉179

6.6 驻波182

6.6.1 驻波的产生182

6.6.2 驻波的表达式183

6.6.3 驻波的特征183

6.6.4 半波损失184

6.7 多普勒效应185

阅读材料四：钟摆的发明者——惠更斯187

习题六189

第三篇 热学195

第7章 气体动理论195

7.1 热力学系统、平衡态及理想气体状态方程195

7.1.1 热力学系统195

7.1.2 平衡态和状态参量196

7.1.3 理想气体状态方程197

7.2 理想气体的压强公式199

7.2.1 理想气体微观模型199

7.2.2 理想气体压强公式200

7.3 理想气体的温度公式203

7.3.1 理想气体温度公式203

7.3.2 气体分子的方均根速率203

7.4 能量按自由度均分定理及理想气体内能204

7.4.1 自由度205

7.4.2 能量按自由度均分定理206

7.4.3 理想气体的内能207

7.5 麦克斯韦速率分布律208

7.5.1 速率分布和分布函数208

7.5.2 麦克斯韦速率分布函数210

7.5.3 3种速率210

7.6 分子的平均碰撞频率和平均自由程212

7.6.1 平均碰撞频率213

7.6.2 平均自由程213

7.7 玻耳兹曼分布215

7.7.1 玻耳兹曼分布律215

7.7.2 重力场中微粒按高度分布规律216

7.7.3 气压公式216

习题七217

第8章 热力学基础219

8.1 准静态过程、功219

8.1.1 准静态过程219

8.1.2 功220

8.2 热量、热力学第一定律222

8.2.1 热量222

8.2.2 热力学第一定律223

8.3 理想气体的等值过程224

8.3.1 等体过程224

8.3.2 等压过程225

8.3.3 等温过程226

8.4 气体的摩尔热容227

8.4.1 热容、摩尔热容228

8.4.2 理想气体的摩尔热容228

8.5 绝热过程231

8.5.1 绝热过程的特征231

8.5.2 绝热过程方程、绝热曲线232

8.6 循环233

8.6.1 循环过程234

8.6.2 正循环、热机效率234

8.6.3 逆循环、制冷系数240

8.7 热力学第二定律、熵243

8.7.1 热力学第二定律243

8.7.2 可逆过程和不可逆过程244

8.7.3 卡诺定理、克劳修斯不等式245

8.7.4 克劳修斯熵246

8.7.5 熵增加原理248

阅读材料五：热功当量的测量者——焦耳248

习题八250

附录A 矢量及其运算253

A.1 矢量和标量253

A.2 矢量合成253

A.3 矢量乘法255

A.4 矢量函数的导数和积分256

附录B 国际单位制258

附录C 习题参考答案261

参考文献270