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绪论1

一、物理学的研究内容、研究力法及其在自然科学中的地位1

二、物理学的逻辑与历史2

三、力学在物理学中的地位和作用19

四、力学的知识体系20

五、如何学好力学的建议21

第一篇 质点基本运动规律25

第一章 质点运动学25

1.1 位置矢量、速度、加速度及其相互关系25

1.1.1 质点、参考系、坐标系26

1.1.2 位置矢量、位移、速度、加速度及其相互关系27

1.2 位置矢量、速度、加速度相互关系的坐标表示29

1.2.1 直角坐标系下的表示29

1.2.2 平面极坐标系下的表示32

1.2.3 本征坐标系下的表示34

1.3 相对运动35

1.3.1 速度和加速度在平动与静止参考系间的变换35

1.3.2 速度和加速度在匀角速转动与静止参考系间的变换38

本章知识单元和知识点小结40

习题40

第二章 惯性系下质点动力学43

2.1 牛顿三定律43

2.1.1 牛顿第一定律44

2.1.2 牛顿第二定律45

2.1.3 牛顿第三定律48

2.2 万有引力定律48

2.2.1 开普勒三定律48

2.2.2 万有引力定律的建立过程49

2.3 自然界中的基本力及力学中常见的力50

2.3.1 自然界中最基本的相互作用力50

2.3.2 力学中常见的力51

2.4 量纲56

2.4.1 基本量和导出量56

2.4.2 量纲57

2.4.3 量纲的意义57

2.4.4 时间、长度和质量的计量58

本章知识单元和知识点小结59

习题60

第三章 非惯性系下质点动力学64

3.1 相对性原理64

3.2 非惯性系下质点动力学66

3.2.1 加速平动非惯性系中的惯性力66

3.2.2 匀角速转动非惯性系中的惯性力68

3.3 地球表面惯性力现象分析71

3.4 惯性力的物理本质75

3.4.1 惯性质量与引力质量75

3.4.2 引力场77

3.4.3 等效原理78

本章知识单元和知识点小结79

习题79

第二篇 运动定理（原理）与守恒定律85

第四章 动量定理与动量守恒定律85

4.1 质点系的质心运动85

4.1.1 质点系的质心与质心运动定律86

4.1.2 质心的特点与求法87

4.1.3 质心坐标系90

4.2 质点系动量定理与动量守恒定律91

4.2.1 质点的动量定理91

4.2.2 质点系动量定理92

4.2.3 质心动量定理93

4.2.4 质点系动量守恒94

4.2.5 质心系下质点系总动量96

4.3 变质量系统97

4.3.1 变质量系统动力学方程97

4.3.2 变质量系统动力学方程应用举例98

本章知识单元和知识点小结99

习题100

第五章 功能原理与机械能守恒定律103

5.1 质点系动能定理103

5.1.1 质点动能定理104

5.1.2 力的功、功率105

5.1.3 质点系动能定理107

5.2 质点系动能定理中的内力功分析109

5.2.1 一对内力功的特点109

5.2.2 保守内力与非保守内力110

5.2.3 质点系的势能112

5.3 质点系功能原理与机械能守恒定律115

5.3.1 质点系功能原理115

5.3.2 质点系机械能守恒定律116

5.3.3 静系与质心系下质点系动能关系117

5.3.4 质心系下质点系的功能原理118

5.3.5 能量守恒定律119

5.4 碰撞120

5.4.1 碰撞的特点120

5.4.2 一维碰撞过程与分类120

5.4.3 碰撞定律122

5.4.4 二维碰撞124

本章知识单元和知识点小结126

习题127

第六章 角动量定理与角动量守恒定律132

6.1 质点角动量定理132

6.1.1 质点的角动量定理133

6.1.2 力的力矩134

6.1.3 质点的角动量135

6.1.4 质点角动量守恒136

6.2 质点系角动量定理与角动量守恒定律138

6.2.1 质点系角动量定理138

6.2.2 质点系角动量守恒定律141

6.2.3 静系与质心系下质点系角动量关系142

6.2.4 质心系中质点系的角动量定理143

6.3 有心力场问题144

6.3.1 三种宇宙速度144

6.3.2 有效势能与轨道特征146

6.3.3 两体化单体问题148

本章知识单元和知识点小结149

习题150

第三篇 两种特殊质点系的运动与两种普遍的运动形式155

第七章 刚体155

7.1 刚体定轴转动运动学155

7.1.1 描述刚体定轴转动的转动参量156

7.1.2 转动参量的矢量性分析157

7.1.3 转动角量与线量的关系158

7.2 刚体定轴转动动力学159

7.2.1 刚体定轴转动的势能、动能、角动量、外力功159

7.2.2 转动惯量161

7.2.3 刚体定轴转动的转动定律164

7.2.4 刚体定轴转动的角动量定理与角动量守恒定律165

7.2.5 刚体定轴转动的动能定理166

7.3 刚体平面平行运动的处理方法167

7.4 以质心为基点处理刚体的平面平行运动168

7.4.1 平面平行运动的动能及角动量的表达式169

7.4.2 描述刚体的平动和转动的方程169

7.4.3 刚体平面平行运动举例170

7.5 刚体平面平行运动中的瞬时转轴177

7.5.1 刚体平面平行运动中的瞬时转轴177

7.5.2 刚体绕瞬时转轴的动能定理178

7.5.3 刚体绕瞬时转轴的转动定律178

7.6 刚体的平衡179

7.7 对称刚体的定点运动现象180

7.7.1 对称刚体的惯量主轴180

7.7.2 刚体不受外力矩作用时的运动现象181

7.7.3 刚体受外力矩作用时的进动现象182

7.7.4 刚体受外力矩作用时的章动现象184

7.7.5 刚体定点纯滚动时的进动现象185

本章知识单元和知识点小结187

习题188

第八章 流体195

8.1 流体静力学195

8.1.1 静流体内任意一点的压强196

8.1.2 静流体内不同点压强的关系197

8.1.3 浮力定律（阿基米德原理）198

8.1.4 帕斯卡定律201

8.2 理想流体的定常流动201

8.2.1 动流体的描述201

8.2.2 动流体内任意一点的压强202

8.2.3 连续性方程203

8.2.4 伯努利方程203

8.2.5 流体的动量与角动量204

8.3 伯努利方程的应用205

8.3.1 小孔流速测量206

8.3.2 管道中流体流速测量——汾丘里流量计206

8.3.3 非管道中流体流速测量——皮托管207

8.3.4 虹吸现象207

8.3.5 机翼的升力 马格纳斯效应208

本章知识单元和知识点小结209

习题209

第九章 振动212

9.1 简谐振动212

9.1.1 简谐振动的动力学方程及其解213

9.1.2 简谐振动的运动学特征216

9.1.3 简谐振动的几何描述219

9.1.4 简谐振动的合成219

9.2 阻尼振动224

9.2.1 阻尼振动的微分方程及其解224

9.2.2 弱阻尼振动的能量损失、品质因数225

9.3 受迫运动227

9.3.1 受迫振动的微分方程及其解227

9.3.2 受迫振动的共振现象228

9.3.3 受迫振动中的能量230

本章知识单元和知识点小结231

习题231

第十章 波动236

10.1 机械波的定性描述236

10.1.1 产生机械波的条件与波的特点237

10.1.2 波的几何描述237

10.1.3 波的分类237

10.2 机械波的波动方程238

10.2.1 张紧弦线的波动方程238

10.2.2 固体的弹性波动方程239

10.3 机械波的运动学方程241

10.3.1 机械波波动方程的解241

10.3.2 波传播形式的分类242

10.3.3 波的相速度与群速度243

10.4 简谐机械波的运动学方程245

10.4.1 描述简谐波特征的物理量246

10.4.2 相位传输法确定平面简谐波表达式246

10.4.3 平面简谐波几种常见的表达式247

10.5 机械波的能量、传播以及反射与合成248

10.5.1 行波的能量248

10.5.2 波的衍射 惠更斯原理252

10.5.3 波的叠加原理252

10.5.4 波在界面的反射与透射253

10.5.5 驻波254

10.5.6 简正频率257

10.6 多普勒效应260

10.7 声波与超波速运动简介262

本章知识单元和知识点小结263

习题264

第四篇 时空结构269

第十一章 狭义相对论简介269

11.1 经典时空观与实验的矛盾269

11.1.1 伽利略变换蕴含的经典时空观270

11.1.2 经典时空观与实验的矛盾——迈克耳孙-莫雷实验270

11.2 狭义相对论的两条基本假设272

11.3 洛伦兹变换与速度和加速度变换273

11.3.1 洛伦兹变换273

11.3.2 相对论中的速度和加速度变换275

11.3.3 伽利略变换与洛伦兹变换的分析比较276

11.4 狭义相对论运动学的基本现象278

11.4.1 同时的相对性278

11.4.2 时间延缓279

11.4.3 长度收缩283

11.4.4 时钟的同步284

11.4.5 多普勒效应288

11.5 狭义相对论动力学基本关系式290

11.5.1 相对论中的质量和动量290

11.5.2 相对论中的动能、质能关系291

11.5.3 相对论中的能量与动量的关系292

11.5.4 相对论中的力292

11.5.5 静质量为零的粒子293

本章知识单元和知识点小结294

习题295

第十二章 广义相对论简介298

12.1 狭义相对论的两个遗留问题298

12.2 广义相对论的理论基础299

12.2.1 等效原理300

12.2.2 广义协变性原理301

12.2.3 引力场方程301

12.3 广义相对论预言现象与实验证实304

12.3.1 光线偏折与星体位置观测和引力透镜304

12.3.2 引力时间延缓与引力红移305

12.3.3 时空弯曲与水星轨道进动306

12.3.4 引力场中光速减慢与雷达回波延迟307

12.3.5 黑洞308

12.3.6 引力子与引力波309

本章知识单元和知识点小结310

矢量运算基本知识311

常用数据313

物理学史中涉及的物理学家一览表314

习题参考答案318

参考文献334