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绪论1

第1篇 力学3

第1章 质点运动的基本规律3

1.1几个基本概念3

1.1.1质点和质点系3

1.1.2参考系和坐标系3

1.1.3时间和时刻4

1.1.4国际单位制和量纲4

1.2描述质点运动的物理量5

1.2.1位矢5

1.2.2位移6

1.2.3速度6

1.2.4加速度7

1.3描述质点运动的坐标系8

1.3.1直角坐标系8

1.3.2自然坐标系10

1.3.3质点运动学的两类基本问题11

1.4圆周运动的角量描述15

1.4.1圆周运动的角量15

1.4.2线量和角量的关系16

1.5相对运动17

1.6牛顿运动定律及其应用19

1.6.1牛顿运动定律19

1.6.2力学中常见的三种力21

1.6.3牛顿运动定律的应用23

1.6.4惯性系和非惯性系27

1.6.5牛顿运动定律的适用范围27

1.7非惯性系中的力学定律28

1.7.1加速平动参考系中的惯性力28

1.7.2匀速转动参考系中的惯性离心力29

习题31

第2章 守恒定律36

2.1功与动能定理36

2.1.1变力的功36

2.1.2功率37

2.1.3质点的动能定理39

2.1.4质点系的动能定理41

2.2保守力与势能42

2.2.1保守力和非保守力42

2.2.2势能45

2.2.3由势能求保守力46

2.3功能定理与机械能守恒定律47

2.3.1功能定理47

2.3.2机械能守恒定律48

2.4能量守恒定律49

2.5动量定理与动量守恒定律50

2.5.1动量50

2.5.2质点的动量定理50

2.5.3质点系的动量定理53

2.5.4质点系的动量守恒定律55

2.5.5火箭飞行原理56

2.5.6碰撞58

2.6质心与质心运动定理60

2.6.1质心60

2.6.2质心运动定理62

2.7质点的角动量定理与角动量守恒定律64

2.7.1质点的角动量64

2.7.2力对点的力矩65

2.7.3质点的角动量定理65

2.7.4质点的角动量守恒定律66

2.8守恒定律的综合应用67

2.8.1守恒定律的意义67

2.8.2守恒定律综合应用基本方法68

习题70

第3章 刚体的定轴转动77

3.1刚体运动的描述77

3.1.1刚体模型77

3.1.2刚体的平动和转动77

3.1.3定轴转动的描述78

3.2转动动能与转动惯量79

3.2.1转动动能79

3.2.2转动惯量的计算80

3.3刚体定轴转动定律83

3.3.1力矩83

3.3.2转动定律84

3.3.3转动定律的应用85

3.4刚体定轴转动中的功能关系86

3.4.1力矩的功87

3.4.2刚体定轴转动的动能定理87

3.4.3刚体的重力势能88

3.4.4含有刚体力学系统的机械能守恒定律88

3.5刚体的角动量定理与角动量守恒定律90

3.5.1刚体对定轴的角动量90

3.5.2刚体定轴转动的角动量定理90

3.5.3刚体定轴转动的角动量守恒定律91

习题93

第2篇 波动学99

第4章 机械振动99

4.1简谐振动99

4.1.1简谐振动的特征99

4.1.2简谐振动的速度和加速度100

4.1.3单摆和复摆101

4.2描述简谐振动的物理量102

4.2.1振幅102

4.2.2周期102

4.2.3位相和初相103

4.2.4振幅和初相的确定104

4.3简谐振动的旋转矢量法106

4.4简谐振动的能量110

4.5简谐振动的合成112

4.5.1两个同方向同频率简谐振动的合成112

4.5.2两个同方向不同频率简谐振动的合成114

4.5.3两个相互垂直同频率简谐振动的合成116

4.5.4两个相互垂直不同频率简谐振动的合成117

4.6阻尼振动与受迫振动118

4.6.1阻尼振动118

4.6.2受迫振动120

习题121

第5章 机械波125

5.1机械波的产生与传播125

5.1.1机械波的产生125

5.1.2横波和纵波125

5.1.3波的几何描述126

5.2描述波的物理量126

5.2.1波长126

5.2.2周期和频率127

5.2.3波速127

5.3平面简谐波128

5.3.1平面简谐波的波动方程128

5.3.2平面波的微分方程130

5.4平面简谐波的能量132

5.4.1波的能量132

5.4.2波的能量密度133

5.4.3波的能流和能流密度133

5.5惠更斯原理及应用134

5.5.1惠更斯原理134

5.5.2波的衍射135

5.6波的叠加原理及应用136

5.6.1波的叠加原理136

5.6.2波的干涉136

5.6.3驻波138

5.6.4半波损失140

5.6.5弦线上的驻波140

5.7多普勒效应143

习题145

第6章 波动光学149

6.1几何光学简介149

6.1.1光线149

6.1.2光的反射和折射150

6.1.3透镜152

6.1.4光的色散154

6.2光波及其相干条件154

6.2.1光波154

6.2.2光的相干性156

6.2.3相干光的获得157

6.3光程与光程差158

6.3.1光程158

6.3.2光程差159

6.3.3额外光程差160

6.3.4使用透镜不会引起附加的光程差160

6.4光的干涉160

6.4.1杨氏双缝干涉160

6.4.2洛埃镜实验162

6.4.3薄膜干涉165

6.4.4迈克尔逊干涉仪171

6.5光的衍射172

6.5.1光的衍射现象及其分类172

6.5.2惠更斯-菲涅耳原理173

6.5.3单缝衍射174

6.5.4圆孔衍射178

6.5.5光栅衍射180

6.5.6X射线的衍射184

6.6光的偏振185

6.6.1自然光和线偏振光185

6.6.2起偏和检偏187

6.6.3马吕斯定理188

6.6.4布儒斯特定律189

6.6.5双折射现象191

习题192

第3篇 热学197

第7章 气体动理论197

7.1分子运动的基本概念197

7.1.1气体分子运动的实验基础197

7.1.2统计规律198

7.2理想气体的状态方程199

7.2.1气体的状态参量199

7.2.2平衡态200

7.2.3热力学第零定律201

7.2.4理想气体的状态方程201

7.3理想气体的压强公式202

7.3.1理想气体的微观模型和统计性假设202

7.3.2理想气体的压强公式203

7.4理想气体的温度公式205

7.5能量按自由度均分的统计规律206

7.5.1分子运动的自由度206

7.5.2能量按自由度均分定理207

7.5.3理想气体的内能208

7.6气体分子速率分布的统计规律209

7.6.1速率分布函数209

7.6.2麦克斯韦速率分布律210

7.6.3麦克斯韦速率分布律的应用211

7.7气体分子碰撞的统计规律214

7.8真实气体的范德瓦耳斯方程217

习题219

第8章 热力学基础222

8.1热力学中的基本概念222

8.1.1准静态过程222

8.1.2内能223

8.1.3功223

8.1.4热量224

8.2热力学第一定律224

8.2.1热力学第一定律的表述224

8.2.2热力学第一定律对理想气体的应用225

8.3循环过程与卡诺循环234

8.3.1循环过程234

8.3.2卡诺循环235

8.4热力学第二定律239

8.4.1可逆过程和不可逆过程239

8.4.2热力学第二定律的两种表述240

8.5熵与熵增加原理241

8.5.1熵的引入241

8.5.2熵增加原理244

8.6热力学第二定律的统计意义245

8.6.1热力学第二定律的微观意义245

8.6.2玻耳兹曼熵公式247

习题248

附录A 矢量252

附录B 常用基本物理常量260

附录C 本书中常用物理量的符号和单位261

习题参考答案264

参考文献270