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绪论与预备知识1

0.1绪论1

0.1.1物理学的意义1

0.1.2物理学的发展1

0.1.3物理学的先导作用2

0.1.4怎样学习物理学2

0.2标量与矢量3

0.2.1标量3

0.2.2矢量3

0.2.3矢量的加法与减法4

0.2.4矢量乘法5

0.2.5矢量的直角坐标分量表示6

0.2.6矢量合成的解析法7

0.2.7矢量的导数和积分7

第1篇 力学9

引言9

第1章 质点运动学10

1.1质点运动的描述10

1.1.1参考系10

1.1.2坐标系10

1.1.3质点11

1.2描述质点运动的四个矢量12

1.2.1位置矢量12

1.2.2位移矢量13

1.2.3速度14

1.2.4加速度15

1.3几种最常见的简单运动17

1.3.1匀加速直线运动17

1.3.2自由落体运动17

1.3.3平抛运动17

1.4质点运动学的两类问题18

1.4.1第一类问题18

1.4.2第二类问题18

1.5曲线运动中的加速度20

1.5.1切向加速度和法向加速度20

1.5.2圆周运动的角量描述21

1.5.3角量与线量的关系22

1.5.4圆周运动中的加速度22

1.6相对运动与绝对时空理论23

1.6.1相对运动23

1.6.2绝对时空理论25

本章小结27

思考题27

习题28

第2章 牛顿运动定律31

2.1牛顿运动定律31

2.1.1牛顿第一定律32

2.1.2牛顿第二定律32

2.1.3牛顿第三定律34

2.1.4牛顿运动定律的适用范围34

2.2物理量的单位和量纲34

2.3力学中几种常见力35

2.3.1万有引力35

2.3.2弹性力37

2.3.3摩擦力37

2.4牛顿运动定律的应用38

2.5惯性系与非惯性系42

2.5.1惯性系42

2.5.2科里奥利力43

本章小结45

思考题45

习题46

第3章 冲量和动量51

3.1质点的动量定理51

3.1.1冲量51

3.1.2动量52

3.1.3质点的动量定理52

3.2质点系的动量定理55

3.3质点系的动量守恒定律56

3.4碰撞59

3.4.1完全弹性碰撞59

3.4.2完全非弹性碰撞60

3.4.3非完全弹性碰撞60

3.5质心及质心运动定理60

3.5.1质心60

3.5.2质心运动定理63

3.6变质量问题64

3.6.1密歇尔斯基方程64

3.6.2火箭飞行问题65

本章小结67

思考题67

习题68

第4章 功和能71

4.1功71

4.1.1恒力的功71

4.1.2变力的功71

4.1.3功率72

4.2常见力的功73

4.2.1重力的功73

4.2.2万有引力的功73

4.2.3弹性力的功74

4.2.4摩擦力的功74

4.3势能75

4.3.1保守力75

4.3.2势能75

4.4动能定理77

4.4.1质点的动能定理77

4.4.2质点系的动能定理79

4.4.3动能定理的应用80

4.5质点系的功能原理及机械能守恒定律81

4.5.1质点系的功能原理81

4.5.2机械能守恒定律82

4.6能量守恒定律82

本章小结84

思考题85

习题86

第5章 刚体的定轴转动90

5.1刚体的运动90

5.1.1刚体的平动90

5.1.2刚体的定轴转动的描述91

5.2刚体的定轴转动定律94

5.2.1转动定律94

5.2.2转动定律的应用96

5.3转动惯量的计算98

5.3.1转动惯量的定义98

5.3.2转动惯量的计算99

5.4刚体定轴转动的功与能101

5.4.1力矩的功101

5.4.2绕定轴转动刚体的动能102

5.4.3刚体绕定轴转动的动能定理102

5.5角动量及角动量守恒定律104

5.5.1质点的角动量104

5.5.2质点的角动量定理和守恒定律105

5.5.3刚体定轴转动的角动量107

5.5.4刚体定轴转动的角动量定理及角动量守恒定律108

5.6进动113

本章小结114

阅读材料——对称性和守恒定律115

思考题117

习题118

第2篇 热学123

引言123

第6章 气体动理论124

6.1分子运动的基本概念124

6.1.1分子运动论124

6.1.2物体是由分子组成的124

6.1.3布朗运动125

6.1.4分子间的相互作用力126

6.2平衡态及理想气体的状态方程127

6.2.1平衡态及状态参量127

6.2.2理想气体状态方程127

6.3气体分子运动遵循的统计规律128

6.3.1平衡态的微观本质128

6.3.2理想气体分子微观模型128

6.3.3气体分子的热运动服从统计规律128

6.4理想气体压强、温度的微观本质130

6.4.1理想气体的压强130

6.4.2温度的统计解释132

6.4.3对理想气体定律的推证133

6.5能量均分定理及理想气体的内能134

6.5.1自由度134

6.5.2能量均分定理135

6.5.3理想气体的内能136

6.6麦克斯韦分子速率分布律137

6.6.1气体分子的速率分布及分布函数137

6.6.2麦克斯韦速率分布规律138

6.6.3三种特征速率140

6.6.4气体速率分布的实验验证142

6.7分子平均碰撞次数和平均自由程143

6.7.1平均碰撞次数143

6.7.2平均自由程144

6.8实际气体的范德瓦尔斯方程145

本章小结147

思考题148

习题148

第7章 热力学基础151

7.1准静态过程中的功、热量151

7.1.1准静态过程151

7.1.2准静态过程中的功152

7.1.3热量153

7.1.4改变内能的两种方式154

7.2热力学第一定律155

7.3热力学第一定律对理想气体的应用156

7.3.1等体过程156

7.3.2等压过程157

7.3.3等温过程158

7.3.4绝热过程159

7.3.5多方过程163

7.4循环过程及卡诺循环164

7.4.1循环过程164

7.4.2热机和制冷机165

7.4.3卡诺循环169

7.5热力学第二定律172

7.5.1自然界过程进行的方向性172

7.5.2可逆过程与不可逆过程173

7.5.3热力学第二定律的两种表述173

7.5.4两种表述的等效性176

7.5.5卡诺定理176

7.5.6能量品质178

7.6熵及熵增加原理178

7.6.1克劳修斯不等式179

7.6.2熵179

7.6.3熵增加原理及热力学第二定律的数学表述180

7.6.4熵增加原理及“热寂说”181

7.7热力学第二定律的统计意义182

7.7.1气体绝热自由膨胀（扩散）问题182

7.7.2热功转换的方向性问题183

7.7.3热力学第二定律的统计意义183

本章小结185

阅读材料——信息熵与遗传信息186

思考题188

习题189

附录193

附录1计算中常用物理恒量193

附录2矢量算符193

附录3常用公式195

习题答案197

参考文献203