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绪论1

一、物理学的研究内容、研究方法以及在自然科学中的地位1

二、物理学发展简史2

三、力学在物理学中的地位和作用12

四、力学的知识体系12

五、如何学好力学的建议13

第一篇 质点基本运动规律17

第一章 质点运动学17

1.1位置矢量、速度、加速度及其相互关系17

1.1.1质点、参考系、坐标系17

1.1.2位置矢量、位移、速度、加速度及其相互关系19

1.2位置矢量、速度、加速度相互关系的坐标表示22

1.2.1直角坐标系下的表示22

1.2.2平面极坐标系下的表示25

1.2.3本征坐标系下的表示28

1.3相对运动29

1.3.1速度和加速度在平动与静止参考系间的变换30

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32

本章知识单元和知识点小结35

习题35

第二章 惯性系下质点动力学39

2.1牛顿三定律39

2.1.1牛顿第一定律40

2.1.2牛顿第二定律41

2.1.3牛顿第三定律44

2.2万有引力定律44

2.2.1开普勒三定律44

2.2.2万有引力定律的建立过程45

2.3自然界中的基本力及力学中常见的力46

2.3.1自然界中最基本的相互作用力47

2.3.2力学中常见的力47

2.4量纲54

2.4.1基本量和导出量54

2.4.2量纲55

2.4.3量纲的意义55

2.4.4时间、长度和质量的计量56

本章知识单元和知识点小结58

习题58

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65

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72

3.4惯性力的物理本质78

3.4.1惯性质量与引力质量78

3.4.2引力场81

3.4.3等效原理82

本章知识单元和知识点小结84

习题85

第二篇 运动定理（原理）与守恒定律91

第四章 动量定理与动量守恒定律91

4.1质点系的质心运动91

4.1.1质点系的质心与质心运动定律91

4.1.2质心的特点与求法93

4.1.3质心坐标系96

4.2质点系动量定理与动量守恒定律97

4.2.1质点的动量定理98

4.2.2质点系动量定理99

4.2.3质心动量定理100

4.2.4质点系动量守恒101

4.2.5质心系下质点系总动量103

4.3变质量系统104

4.3.1变质量系统动力学方程104

4.3.2变质量系统动力学方程应用举例106

本章知识单元和知识点小结108

习题108

第五章 功能原理与机械能守恒定律114

5.1质点系动能定理114

5.1.1质点动能定理115

5.1.2力的功、功率116

5.1.3质点系动能定理119

5.2质点系动能定理中的内力功分析121

5.2.1一对内力功的特点121

5.2.2保守内力与非保守内力122

5.2.3质点系的势能124

5.3质点系功能原理与机械能守恒定律128

5.3.1质点系功能原理129

5.3.2质点系机械能守恒定律130

5.3.3静系与质心系下质点系动能关系131

5.3.4质心系下质点系的功能原理132

5.3.5能量守恒定律133

5.4碰撞134

5.4.1碰撞的特点135

5.4.2一维碰撞过程与分类135

5.4.3碰撞定律136

5.4.4二维碰撞139

阅读资料A关于动量和能量的历史讨论142

本章知识单元和知识点小结143

习题144

第六章 角动量定理与角动量守恒定律150

6.1质点角动量定理150

6.1.1质点的角动量定理150

6.1.2力的力矩152

6.1.3质点的角动量153

6.1.4质点角动量守恒155

6.2质点系角动量定理与角动量守恒定律157

6.2.1质点系角动量定理157

6.2.2质点系角动量守恒定律160

6.2.3静系与质心系下质点系角动量关系162

6.2.4质心系中质点系的角动量定理163

6.3有心力场问题164

6.3.1三种宇宙速度164

6.3.2有效势能与轨道特征166

6.3.3两体化单体问题169

6.4守恒律与对称性170

6.4.1对称性170

6.4.2因果关系与对称原理171

6.4.3守恒律与对称性171

本章知识单元和知识点小结172

习题173

第三篇 两种特殊质点系的运动与两种普遍的运动形式179

第七章 刚体179

7.1刚体定轴转动运动学179

7.1.1描述刚体定轴转动的转动参量179

7.1.2转动参量的矢量性分析181

7.1.3转动角量与线量的关系182

7.2刚体定轴转动动力学183

7.2.1刚体定轴转动的势能、动能、角动量、外力功183

7.2.2转动惯量186

7.2.3刚体定轴转动的转动定律190

7.2.4刚体定轴转动的角动量定理与角动量守恒定律191

7.2.5刚体定轴转动的动能定理193

7.3刚体平面平行运动的处理方法194

7.3.1作用在刚体上的力系及其简化194

7.3.2刚体平面平行运动的处理方法196

7.4以质心为基点处理刚体的平面平行运动198

7.4.1平面平行运动的动能及角动量的表达式198

7.4.2描述刚体的平动和转动的方程198

7.4.3刚体平面平行运动举例199

7.5刚体平面平行运动中的瞬时转轴212

7.5.1刚体平面平行运动中的瞬时转轴212

7.5.2刚体绕瞬时转轴的动能定理213

7.5.3刚体绕瞬时转轴的转动定律214

7.6刚体的平衡215

7.7对称刚体的定点运动现象216

7.7.1对称刚体的惯量主轴216

7.7.2刚体不受外力矩作用时的运动现象217

7.7.3刚体受外力矩作用时的进动现象218

7.7.4刚体受外力矩作用时的章动现象222

7.7.5刚体定点纯滚动时的进动现象223

本章知识单元和知识点小结226

习题227

第八章 流体236

8.1流体静力学236

8.1.1静流体内任意一点的压强236

8.1.2静流体内不同点压强的关系239

8.1.3浮力定律（阿基米德原理）240

8.1.4帕斯卡定律243

8.2理想流体的定常流动244

8.2.1动流体的描述244

8.2.2动流体内任意一点的压强245

8.2.3连续性方程246

8.2.4伯努利方程246

8.2.5流体的动量与角动量247

8.3伯努利方程的应用249

8.3.1小孔流速测量249

8.3.2管道中流体流速测量——汾丘里流量计249

8.3.3非管道中流体流速测量——皮托管250

8.3.4虹吸现象251

8.3.5机翼的升力 马格纳斯效应252

8.4黏性流体的流动253

8.4.1黏性流体的黏性定律253

8.4.2黏性流体在水平圆管内的流动——泊肃叶公式254

8.4.3黏性流体伯努利方程的修正256

8.4.4层流、湍流——雷诺数256

8.4.5物体在黏性流体中所受阻力——斯托克斯公式257

本章知识单元和知识点小结257

习题258

第九章 振动263

9.1简谐振动263

9.1.1简谐振动的动力学方程及其解264

9.1.2简谐振动的运动学特征268

9.1.3简谐振动的几何描述272

9.1.4简谐振动的合成272

9.2阻尼振动278

9.2.1阻尼振动的微分方程及其解278

9.2.2弱阻尼振动的能量损失、品质因数280

9.3受迫运动281

9.3.1受迫振动的微分方程及其解282

9.3.2受迫振动的共振现象283

9.3.3受迫振动中的能量285

9.4二自由度振动——简正频率286

9.5非线性振动简介288

本章知识单元和知识点小结290

习题291

第十章 波动297

10.1机械波的定性描述297

10.1.1产生机械波的条件与波的特点297

10.1.2波的几何描述298

10.1.3波的分类298

10.2机械波的波动方程299

10.2.1张紧弦线的波动方程300

10.2.2固体的弹性波动方程300

10.3机械波的运动学方程303

10.3.1机械波波动方程的解303

10.3.2波传播形式的分类304

10.3.3波的相速度与群速度305

10.4简谐机械波的运动学方程308

10.4.1描述简谐波特征的物理量309

10.4.2相位传输法确定平面简谐波表达式309

10.4.3平面简谐波几种常见的表达式310

10.5机械波的能量、传播以及反射与合成311

10.5.1行波的能量311

10.5.2波的衍射 惠更斯原理316

10.5.3波的叠加原理317

10.5.4波在界面的反射与透射318

10.5.5驻波319

10.5.6简正频率323

10.6多普勒效应326

10.7声波与超波速运动简介329

本章知识单元和知识点小结330

习题331

第四篇 时空结构337

第十一章 狭义相对论简介337

11.1经典时空观与实验的矛盾337

11.1.1伽利略变换蕴含的经典时空观338

11.1.2经典时空观与实验的矛盾——迈克耳孙-莫雷实验339

11.2狭义相对论的两条基本假设341

11.3洛伦兹变换与速度和加速度变换341

11.3.1洛伦兹变换342

11.3.2相对论中的速度和加速度变换344

11.3.3伽利略变换与洛伦兹变换的分析比较345

11.4狭义相对论运动学的基本现象347

11.4.1同时的相对性347

11.4.2时间延缓349

11.4.3长度收缩352

11.4.4时钟的同步355

11.4.5多普勒效应360

11.5狭义相对论动力学基本关系式363

11.5.1相对论中的质量和动量363

11.5.2相对论中的动能、质能关系364

11.5.3相对论中的能量与动量的关系364

11.5.4相对论中的力365

11.5.5静质量为零的粒子366

本章知识单元和知识点小结367

习题368

第十二章 广义相对论简介、宇宙学与天体物理初步372

广义相对论简介373

12.1狭义相对论的两个遗留问题373

12.2广义相对论的理论基础374

12.2.1等效原理374

12.2.2引力场方程375

12.2.3广义协变性原理377

12.3广义相对论预言现象与实验证实378

12.3.1光线偏折与星体位置观测和引力透镜378

12.3.2引力时间延缓与引力红移380

12.3.3时空弯曲与水星轨道进动381

12.3.4引力场中光速减慢与雷达回波延迟382

12.3.5黑洞383

12.3.6引力子与引力波384

宇宙学与天体物理初步385

12.4宇宙的物质结构与年龄385

12.5宇宙的统一整体性——宇宙学原理386

12.6宇宙在膨胀——哈勃定律与奥伯斯佯谬387

12.7宇宙的起源——大爆炸理论模型388

12.8暗物质与暗能量391

12.9恒星的演化与发光星体的观测分类392

12.9.1恒星的演化——白矮星、中子星、黑洞392

12.9.2发光星体的观测分类——星座393

阅读资料B关于引力场方程所决定的时空度规的简要介绍393

矢量运算基本知识401

常用数据404

习题参考答案406

参考文献425