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前言3

第1篇 力学3

第1章 质点运动学3

1.1 参考系 时间和空间的测量3

1.1.1 参考系 坐标系3

1.1.2 时间的测量3

1.1.3 长度的测量4

1.2 质点运动的矢量描述5

1.2.1 质点5

1.2.2 位矢 运动方程和轨迹方程5

1.2.3 速度 加速度6

1.2.4 自然坐标系 切向加速度和法向加速度10

1.3 相对运动14

习题116

第2章 质点动力学18

2.1 牛顿运动定律18

2.1.1 牛顿第一定律18

2.1.2 牛顿第二定律19

2.1.3 牛顿第三定律19

2.1.4 国际单位制 量纲20

2.1.5 常见的力21

2.1.6 牛顿运动定律的应用23

*2.1.7 非惯性系 惯性力27

2.2 动量和动量守恒定律29

2.2.1 质点和质点系的动量定理30

2.2.2 动量守恒定律33

2.3 功、机械能和机械能守恒定律36

2.3.1 功 功率37

2.3.2 动能和质点动能定理43

2.3.3 质点系动能定理45

2.3.4 势能和势能曲线46

2.3.5 功能原理 机械能守恒定律49

2.4 质点的角动量和角动量守恒定律54

2.4.1 力对参考点的力矩54

2.4.2 质点角动量55

2.4.3 质点的角动量定理55

2.4.4 质点角动量守恒定律56

2.4.5 质点系的角动量定理和角动量守恒定律58

习题260

第3章 刚体力学基础65

3.1 刚体运动的描述65

3.1.1 刚体65

3.1.2 刚体的自由度65

3.1.3 刚体运动的几种形式66

3.1.4 刚体定轴转动的描述67

3.2 刚体定轴转动定律 角动量守恒定律68

3.2.1 力矩68

3.2.2 定轴转动定律 转动惯量69

3.2.3 刚体定轴转动的角动量和角动量定理75

3.2.4 定轴转动刚体的角动量守恒定律76

3.3 刚体的能量78

3.3.1 刚体定轴转动的动能和动能定理78

3.3.2 刚体的重力势能79

*3.4 陀螺的运动 进动82

3.4.1 不受外力矩作用的陀螺82

3.4.2 陀螺的进动82

习题385

第4章 狭义相对论88

4.1 爱因斯坦的两个基本假设88

4.1.1 牛顿力学的时空观89

4.1.2 爱因斯坦的两个基本假设92

4.2 爱因斯坦的时空观93

4.2.1 同时性的相对性93

4.2.2 时间延缓95

4.2.3 长度收缩97

4.3 洛伦兹坐标变换和速度变换101

4.3.1 洛伦兹坐标变换101

4.3.2 洛伦兹速度变换105

4.4 几个经典佯谬106

4.4.1 因果关系106

4.4.2 孪生子效应107

4.4.3 高速物体的视觉效应109

4.5 相对论动力学基础111

4.5.1 相对论质量和动量111

*4.5.2 力和加速度的关系114

4.5.3 相对论能量115

习题4120

第2篇 机械振动 机械波123

第5章 机械振动123

5.1 简谐运动123

5.1.1 简谐运动的特征及其运动方程123

5.1.2 简谐运动方程中的三个基本物理量124

5.2 简谐运动的旋转矢量表示法127

5.2.1 旋转矢量表示法127

5.2.2 旋转矢量图的应用128

5.3 单摆和复摆130

5.3.1 单摆130

5.3.2 复摆131

5.4 振动的能量132

5.5 简谐运动的合成134

5.5.1 同方向、同频率的两个简谐运动的合成134

5.5.2 同方向、不同频率的两个简谐运动的合成拍137

*5.5.3 相互垂直的两个简谐运动的合成139

5.6 阻尼振动 受迫振动 共振141

5.6.1 阻尼振动141

5.6.2 受迫振动 共振143

习题5146

第6章 机械波149

6.1 机械波的产生、传播和描述149

6.1.1 机械波的形成149

6.1.2 横波与纵波149

6.1.3 波的几何描述150

6.1.4 波速 波长 周期（频率）151

6.2 平面简谐波的波函数152

6.2.1 平面简谐波波函数的建立和意义153

*6.2.2 波动方程155

6.3 波的能量158

6.3.1 波动能量的传播158

6.3.2 能流和能流密度160

6.3.3 波能量的吸收161

6.4 惠更斯原理 波的衍射、反射和折射162

6.4.1 惠更斯原理162

6.4.2 波的衍射163

6.4.3 波的反射和折射163

6.5 波的干涉165

6.5.1 波的叠加原理165

6.5.2 波的干涉条件和公式165

6.6 驻波168

6.6.1 驻波的产生169

6.6.2 驻波方程169

6.6.3 驻波的能量171

6.6.4 半波损失172

6.6.5 振动的简正模式172

6.7 多普勒效应174

6.7.1 波源静止，观察者以uR相对于介质运动174

6.7.2 观测者静止，波源以us相对于介质运动175

6.7.3 波源以us运动，观测者以uR运动（相向为正）176

*6.8 声波 超声波 次声波177

6.8.1 音量、音调和音色177

6.8.2 声压179

6.8.3 次声波179

6.8.4 超声波180

习题6182

第3篇 热学187

第7章 气体动理论187

7.1 热力学系统 平衡态 状态参量187

7.1.1 热力学系统187

7.1.2 平衡态187

7.1.3 状态参量188

7.2 理想气体状态方程190

7.3 理想气体的压强193

7.3.1 理想气体的微观模型193

7.3.2 平衡状态气体的统计假设194

7.3.3 理想气体的压强公式194

7.4 理想气体的温度公式196

7.5 能量均分定理 理想气体内能198

7.5.1 自由度198

7.5.2 能量均分定理199

7.5.3 理想气体的内能200

7.6 麦克斯韦速率分布律201

7.6.1 速率分布和分布函数202

7.6.2 理想气体分子的麦克斯韦速率分布律203

7.6.3 三种速率204

7.6.4 麦克斯韦速率分布的实验验证205

*7.7 玻尔兹曼分布208

7.7.1 玻尔兹曼分布律208

7.7.2 重力场中微粒按高度的分布209

7.8 气体分子的平均自由程和碰撞频率209

*7.9 气体的内迁移现象212

7.9.1 内摩擦现象212

7.9.2 热传导现象213

7.9.3 扩散现象214

*7.10 真实气体 范德瓦耳斯方程215

7.10.1 真实气体215

7.10.2 范德瓦耳斯方程216

习题7219

第8章 热力学基础221

8.1 准静态过程 功 热量221

8.1.1 准静态过程221

8.1.2 准静态过程压力的功222

8.1.3 热量和热容量223

8.2 热力学第一定律224

8.2.1 内能224

8.2.2 热力学第一定律的表述224

8.3 热力学第一定律对理想气体等值过程的应用225

8.3.1 等体过程226

8.3.2 等压过程227

8.3.3 等温过程228

8.4 绝热过程 *多方过程230

8.4.1 热力学第一定律在绝热过程中的应用230

8.4.2 绝热方程231

8.4.3 绝热线和等温线的比较232

*8.4.4 多方过程234

8.5 循环过程 卡诺循环236

8.5.1 循环过程236

8.5.2 热机和热机循环237

8.5.3 制冷机和制冷系数238

8.5.4 卡诺循环240

8.6 热力学第二定律 卡诺定理244

8.6.1 可逆过程与不可逆过程244

8.6.2 热力学第二定律245

8.6.3 卡诺定理246

8.7 热力学第二定律的统计意义和熵的概念247

8.7.1 热力学第二定律的统计意义247

8.7.2 嫡和熵增加原理249

8.7.3 熵的热力学表示250

8.7.4 熵的计算252

习题8254

参考答案257

参考文献262

附录263

附录一 希腊字母表263

附录二 常用天文量263

附录三 常用物理常量表264

附录四 书中物理量的符号及单位265

名词索引267