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第一篇 力学（Mechanics）3

第一章 质点运动学（Kinematics of Particles）3

第一节 参照系 质点3

一、参照系 坐标系3

二、质点3

第二节 位置矢量 位移4

一、位置矢量 运动方程4

二、位移 路程5

第三节 速度 加速度5

一、速度 速率5

二、加速度7

第四节 质点运动学的问题11

一、第一类问题11

二、第二类问题12

三、匀变速曲线运动13

四、直线运动的标量表示15

第五节 圆周运动17

一、圆周运动中的切向和法向加速度17

二、圆周运动的角量描述21

三、角量与线量的关系22

第六节 相对运动25

思考题127

练习题128

第二章 力与运动（Force and Motion）31

第一节 牛顿运动定律31

一、第一定律31

二、第二定律31

三、第三定律32

第二节 几种常见的力32

一、万有引力 重力33

二、弹性力34

三、摩擦力35

四、黏滞力35

第三节 牛顿定律的应用35

第四节 惯性系与非惯性系47

一、惯性系与非惯性系的基本概念47

二、力学的相对性原理48

三、非惯性系惯性力49

思考题250

练习题251

第三章 动量与角动量 （Momentum ＆ Angular Momentum）54

第一节 动量 冲量 质点的动量定理54

一、动量54

二、冲量54

三、质点的动量定理55

第二节 质点系的动量定理 动量守恒定律57

一、质点系的动量定理57

二、动量守恒定律59

三、火箭飞行原理61

四、质心运动定律63

第三节 质点的角动量 力矩66

一、角动量66

二、力矩68

第四节 质点的角动量定理 角动量守恒定律68

一、质点的角动量定理68

二、质点的角动量守恒定律69

三、有心力问题70

思考题371

练习题372

第四章 功和能（Work and Energy）74

第一节 功 质点的动能定理74

一、功74

二、质点的动能定理77

第二节 保守力的功 势能80

一、保守力的功80

二、势能81

三、保守力和非保守力的判断83

第三节 功能原理 机械能守恒定律84

一、质点系的动能定理84

二、质点系的功能原理85

三、一对作用力和反作用力的功87

四、机械能守恒定律88

第四节 守恒定律的应用91

一、守恒定律的综合应用91

二、守恒定律与对称性96

思考题499

练习题4100

第五章 刚体的定轴转动（Rotation of Rigid Body about a Fixed Axis）103

第一节 刚体运动的描述103

一、刚体的基本运动103

二、刚体定轴转动的描述103

第二节 刚体的定轴转动定律107

一、力矩107

二、转动定律109

三、转动惯量110

第三节 刚体定轴转动的动能定理115

一、力矩的功115

二、刚体的转动动能和重力势能116

三、动能定理117

四、机械能守恒定律118

第四节 刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律120

一、刚体定轴转动的角动量定理120

二、刚体的角动量守恒定律121

第五节 进动128

思考题5129

练习题5130

第六章 狭义相对论（Special Relativity）133

第一节 经典力学的绝对时空观133

一、力学的相对性原理133

二、伽利略变换133

三、绝对时空观134

第二节 迈克耳孙-莫雷实验135

第三节 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换137

一、狭义相对论的基本原理137

二、洛伦兹变换138

第四节 狭义相对论时空观141

一、“同时”的相对性141

二、长度收缩143

三、时间延缓145

四、因果关系的绝对性147

第五节 狭义相对论动力学149

一、质速关系149

二、相对论动力学基本方程150

三、相对论动能150

四、静能、总能和质能关系151

五、相对论能量和动量的关系152

第六节 广义相对论简介154

一、广义相对论的基本原理154

二、广义相对论时空特性的几个实例155

思考题6157

练习题6158

第二篇 机械振动与机械波（Vibration ＆ Wave）161

第七章 机械振动（Mechanical Vibration）161

第一节 简谐振动的描述161

一、简谐振动的运动方程161

二、描述简谐运动的三个特征量162

三、振动曲线165

四、旋转矢量表示法165

第二节 简谐运动的动力学特征168

一、简谐运动的动力学方程168

二、单摆——准弹性力169

三、简谐运动的能量171

第三节 简谐振动的合成175

一、两个同方向、同频率的简谐振动的合成175

二、两个同方向、不同频率的简谐振动的合成177

三、两个相互垂直的简谐振动的合成178

第四节 振动的分解 振动频谱181

第五节 阻尼振动 受迫振动 共振182

一、阻尼振动182

二、受迫振动183

三、共振184

思考题7185

练习题7186

第八章 机械波（Mechanical Wave）189

第一节 机械波的基本概念189

一、机械波的产生和传播189

二、横波与纵波190

三、波前、波面与波线190

四、描述波的物理量191

第二节 平面简谐波的波函数192

一、波函数192

二、波函数的物理意义193

三、平面波的波动方程198

第三节 波的能量199

一、波的能量密度199

二、波的能流密度201

三、声波 声强201

第四节 惠更斯原理 波的衍射202

一、惠更斯原理202

二、波的衍射203

第五节 叠加原理波的干涉203

一、波的叠加原理203

二、波的干涉204

第六节 驻波207

一、驻波现象207

二、驻波特点208

三、驻波波函数208

四、半波损209

第七节 多普勒效应 激波211

一、多普勒效应211

二、激波214

思考题8215

练习题8216

第三篇 热学（Heat）221

第九章 气体动理论（Gas Kinetics）221

第一节 物质的微观模型221

一、热学基础知识概述221

二、分子热运动的基本概念223

第二节 气体的实验定律 理想气体状态方程225

一、气体的实验定律225

二、理想气体模型225

三、理想气体的状态方程226

第三节 理想气体的压强和温度公式228

一、理想气体的统计假设228

二、理想气体的压强公式229

三、理想气体的温度公式231

第四节 能量按自由度均分定理232

一、自由度232

二、能量均分定理233

三、理想气体的内能234

第五节 麦克斯韦速率分布定律236

一、速率分布概念236

二、速率分布函数238

三、麦克斯韦速率分布函数238

四、三个统计速率239

第六节 分子的平均碰撞频率和平均自由程241

思考题9243

练习题9244

第十章 热力学基础（Thermodynamics）247

第一节 功 热量 内能 热力学第一定律247

一、功 热量 内能247

二、热力学第一定律248

第二节 准静态热力学过程249

一、准静态过程249

二、准静态过程的功250

第三节 理想气体的等容过程和等压过程 摩尔热容252

一、等容过程 气体的定容摩尔热容252

二、等压过程 气体的定压摩尔热容252

第四节 等温过程和绝热过程256

一、等温过程256

二、绝热过程257

第五节 循环过程 卡诺循环258

一、循环过程258

二、卡诺循环263

第六节 热力学第二定律265

一、热力学第二定律的两种表述265

二、可逆过程和不可逆过程 热力学过程的不可逆性266

三、两种表述的等价性268

第七节 热力学第二定律的统计意义269

一、热力学第二定律的统计意义269

二、热力学概率与玻耳兹曼熵271

第八节 克劳修斯熵272

一、熵的定义272

二、理想气体的熵函数273

三、熵增加原理274

第九节 熵增加原理的实例275

一、功变热过程275

二、热传导过程275

三、理想气体的自由膨胀过程276

第十节 熵与能量的退化276

思考题10277

练习题10278

附录A 矢量281

附录B 国际单位制的基本单位和导出单位288

附录C 一些基本物理常数291