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第一篇 力学 2

第1章 质点运动学 2

1.1 质点 参照系 坐标系 2

1.1.1 质点 2

1.1.2 参照系 3

1.1.3 坐标系 3

1.2 描述质点运动的物理量 5

1.2.1 时刻和时间 5

1.2.2 位置矢量 5

1.2.3 位移和路程 6

1.2.4 速度与速率 7

1.2.5 加速度矢量 9

1.3 几种典型的质点运动 10

1.3.1 直线运动 10

1.3.2 抛体运动 15

1.3.3 曲线运动的描述 16

1.4 圆周运动的角量描述 20

1.4.1 角位置与角位移 20

1.4.2 角速度 20

1.4.3 角加速度 20

1.4.4 圆周运动中角量与线量的关系 21

1.5 相对运动 23

1.5.1 相对运动中的位矢关系 23

1.5.2 相对运动中的位矢关系 23

1.5.3 相对运动中的加速度关系 24

本章小结 25

习题1 27

第2章 质点动力学 30

2.1 牛顿运动定律 30

2.1.1 牛顿运动定律 30

2.1.2 力学中常见的力 33

2.1.3 牛顿运动定律的应用 36

2.4.4 非惯性系 42

2.2 动量定理 43

2.2.1 冲量及其计算 43

2.2.2 动量和动量定理 44

2.3 动量守恒定律 47

2.3.1 质点组动量定理 47

2.3.2 动量守恒定律及其条件 48

2.4 角动量定理 53

2.4.1 力矩 53

2.4.2 角动量 53

2.4.3 角动量定理 55

2.4.4 角动量守恒及其应用 57

2.5 动能定理 59

2.5.1 功的定义及其计算方法 59

2.5.2 功率 62

2.5.3 动能 63

2.5.4 动能定理及其应用 63

2.6 保守力与势能 66

2.6.1 重力势能 66

2.6.2 弹性势能 67

2.6.3 万有引力势能 67

2.6.4 保守力与势能 68

2.7 机械能守恒定律 70

2.7.1 机械能、功能原理 70

2.7.2 机械能守恒定律 71

2.7.3 机械能守恒定律的应用 71

2.7.4 能量守恒定律 73

2.7.5 碰撞 74

本章小结 76

习题2 78

第3章 刚体定轴转动 84

3.1 刚体及刚体运动 84

3.1.1 刚体的概念 84

3.1.2 刚体运动及其分类 84

3.2 描述刚体定轴转动的物理量 86

3.2.1 角速度矢量 86

3.2.2 角加速度矢量 86

3.2.3 定轴转动的线量 86

3.3 刚体定轴转动定律 87

3.3.1 刚体转动惯量 87

3.3.2 转动定律 91

3.4 刚体定轴转动守恒定律 95

3.4.1 力矩的功 95

3.4.2 刚体定轴转动的动能 96

3.4.3 刚体定轴转动中的机械能守恒 97

3.4.4 角动量守恒 98

本章小结 102

习题3 104

第4章 狭义相对论 107

4.1 经典力学时空观 107

4.1.1 伽利略变换 经典力学时空观 107

4.1.2 伽利略相对性原理 108

4.2 狭义相对论原理和相对论时空观 109

4.2.1 狭义相对论基本原理 109

4.2.2 相对论时空观 110

4.3 洛伦兹变换 114

4.3.1 洛伦兹坐标变换 114

4.3.2 相对论速度变换 115

4.4 狭义相对论动力学 117

4.4.1 动量、质量与速度的关系 117

4.4.2 相对论能量的关系 118

4.4.3 能量和动量的关系 119

本章小结 121

习题4 122

第5章 机械振动和机械波 124

5.1 简谐振动 124

5.1.1 描述简谐振动的三个重要参量 124

5.1.2 简谐振动的旋转矢量表示法 128

5.1.3 简谐振动的速度和加速度 129

5.2 简谐振动的能量 129

5.3 简谐振动的合成 130

5.3.1 同方向同频率的简谐振动的合成 130

5.3.2 同方向不同频率的简谐振动的合成 132

5.4 阻尼振动 受迫振动 133

5.4.1 阻尼振动 133

5.4.2 受迫振动 135

5.5 机械波的产生和传播 136

5.5.1 机械波的产生 136

5.5.2 描述波动的物理量 137

5.6 平面简谐波方程 138

5.6.1 平面简谐波的波动方程 138

5.6.2 波动方程的物理意义 139

5.7 波的能量 能流密度 141

5.7.1 波动能量的传播 141

5.7.2 能流和能流密度 142

5.8 惠更斯原理 波的衍射和干涉 143

5.8.1 惠更斯原理 143

5.8.2 波的衍射 143

5.8.3 波的干涉 144

5.9 驻波 146

5.9.1 驻波的产生 146

5.9.2 驻波方程 147

5.9.3 半波损失 148

5.10 多普勒效应 150

本章小结 152

习题5 154

第二篇 热学篇 162

第6章 气体动理论 162

6.1 热力学状态及其物态方程 162

6.1.1 热力学系统及其分类 162

6.1.2 平衡态与平衡条件 163

6.1.3 热力学系统状态的描述 163

6.1.4 状态参量 163

6.1.5 热平衡定律（热力学第零定律）温度和温标 164

6.1.6 物态方程 166

6.2 理想气体的压强 168

6.2.1 气体分子运动的基本观点和统计假设 168

6.2.2 理想气体模型 170

6.2.3 理想气体的压强 172

6.2.4 理想气体的温度和分子方均根速率 173

6.3 能量均分定理、理想气体的内能 174

6.3.1 自由度 174

6.3.2 能量按自由度均分定理 174

6.3.3 理想气体内能 175

6.4 麦克斯韦速率分布律和玻尔兹曼能量分布律 175

6.4.1 速率分布函数 176

6.4.2 麦克斯韦速率分布律 177

6.4.3 理想气体分子的三种速率 178

6.4.4 玻尔兹曼能量分布律 179

6.5 气体分子的碰撞和平均自由程 181

6.5.1 分子平均自由程和碰撞频率 181

6.5.2 分子平均自由程和碰撞频率的关系 181

本章小结 183

习题6 184

第7章 热力学基础 188

7.1 热力学第一定律和内能 188

7.1.1 热学过程 188

7.1.2 功、热量、内能 189

7.1.3 热力学第一定律 190

7.2 热力学第一定律在理想气体上的应用 191

7.2.1 理想气体的普遍性质 191

7.2.2 理想气体等值过程 192

7.2.3 理想气体多方过程 195

7.3 循环过程 卡诺循环 198

7.3.1 循环过程及其热机效率 198

7.3.2 卡诺循环 199

7.4 热力学第二定律 201

7.4.1 自然过程的方向性 201

7.4.2 热力学第二定律 202

7.4.3 可逆过程和不可逆过程 203

7.4.4 卡诺定理 203

7.4.5 热力学第二定律的统计意义 206

7.5 低温的获得和热力学第三定律 209

7.5.1 低温的获得 209

7.5.2 热力学第三定律 210

本章小结 211

习题7 212

参考答案 217

附录 一些基本物理常数 226