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第1篇 力学2

1质点运动学2

1.1参考系 时间和空间2

1.1.1参考系 坐标系2

1.1.2时间2

1.1.3长度的测量3

1.2质点运动的描述4

1.2.1质点4

1.2.2位置矢量 运动方程4

1.2.3位移和路程5

1.2.4速度和速率6

1.2.5加速度7

1.2.6运动学中的两类问题7

1.3质点运动几种典型形式10

1.3.1匀速直线运动10

1.3.2匀变速直线运动11

1.3.3抛体运动12

1.3.4自然坐标系 圆周运动14

1.4相对运动19

阅读材料（1）伽利略的科学成就21

习题123

2牛顿定律25

2.1牛顿定律25

2.1.1牛顿第一定律25

2.1.2牛顿第二定律26

2.1.3牛顿第三定律27

2.2物理量的单位和量纲27

2.3几种常见的力28

2.3.1万有引力 重力28

2.3.2弹性力29

2.3.3摩擦力30

2.4牛顿定律的应用30

2.5非惯性系 惯性力34

2.5.1伽利略相对性原理34

2.5.2平动加速参考系 平动惯性力35

2.5.3匀速转动参考系 惯性离心力 科里奥利力36

阅读材料（2）失重、微重力和超重36

习题237

3动量和动量守恒定律41

3.1质点和质点系的动量定理41

3.1.1冲量 质点的动量定理41

3.1.2质点系的动量定理42

3.2动量守恒定律44

3.2.1动量守恒定律44

3.2.2火箭的运动46

3.3质心 质心运动定理48

3.3.1质心48

3.3.2质心运动定理49

3.3.3质心系50

阅读材料（3）宇宙飞船50

习题351

4功和能54

4.1功 功率54

4.1.1功54

4.1.2功率58

4.2动能 动能定理59

4.2.1质点的动能定理59

4.2.2质点系的动能定理61

4.3保守力和非保守力63

4.3.1保守力63

4.3.2非保守力65

4.4势能 势能曲线65

4.4.1势能65

4.4.2力学中几种常见的势能66

4.4.3势能曲线67

4.5功能原理 机械能守恒定律68

4.5.1质点系的功能原理68

4.5.2机械能守恒定律72

4.5.3宇宙速度75

4.6能量守恒定律77

阅读材料（4）能源的开发与利用77

习题480

5角动量 角动量守恒定律84

5.1力矩 角动量84

5.1.1质点受力的力矩84

5.1.2质点角动量85

5.1.3质点系的角动量85

5.2质点角动量定理与角动量守恒定律86

5.2.1质点角动量定理86

5.2.2质点角动量守恒定律87

5.3质点系的角动量定理与角动量守恒定律88

5.3.1质点系的角动量定理88

5.3.2质点系的角动量守恒定律89

阅读材料（5）对称性与守恒定律90

习题595

6刚体的转动97

6.1刚体运动的描述97

6.1.1刚体97

6.1.2刚体的自由度97

6.1.3刚体运动的几种形式98

6.2刚体定轴转动的描述99

6.3定轴转动定理 转动惯量102

6.3.1定轴转动定律102

6.3.2刚体定轴转动定律的应用104

6.3.3转动惯量的计算106

6.4定轴转动刚体的角动量定理与角动量守恒定律111

6.4.1定轴转动刚体的角动量定理111

6.4.2定轴转动刚体的角动量守恒定律112

6.5力矩的功 刚体定轴转动的动能定理115

6.5.1刚体定轴转动动能与力矩的功115

6.5.2刚体定轴转动的动能定理116

6.6刚体的势能118

6.7刚体的进动121

阅读材料（6）拉莫尔进动123

习题6126

7流体力学简介130

7.1流体静力学130

7.1.1静止流体内的压强131

7.1.2液体的表面张力131

7.2理想流体的定常流动131

7.2.1定常流动131

7.2.2连续性方程132

7.2.3伯努利方程132

7.2.4伯努利方程的应用133

7.3黏滞流体的流动134

7.3.1流体的黏滞性134

7.3.2黏滞流体的运动规律135

阅读材料（7）血液的流动136

习题7137

8狭义相对论139

8.1相对论产生的背景139

8.1.1牛顿力学的时空观140

8.1.2爱因斯坦的两个基本假设143

8.2爱因斯坦的时空观144

8.2.1同时性的相对性144

8.2.2时间延缓146

8.2.3长度收缩148

8.3洛伦兹变换和速度的合成152

8.3.1洛伦兹变换152

8.3.2速度的变换155

8.4几个经典佯谬157

8.4.1因果关系157

8.4.2孪生子效应158

8.4.3高速物体的视觉效应159

8.5相对论力学中的牛顿第二定律161

8.5.1相对论质量和动量162

8.5.2力和加速度的关系164

8.6相对论能量167

8.6.1相对论动能167

8.6.2质能关系168

8.6.3能量和动量的关系171

阅读材料（8）星系的诞生与演化171

习题8173

第2篇 机械振动和机械波176

9机械振动176

9.1简谐运动176

9.1.1简谐运动的特征及其运动方程176

9.1.2描述简谐运动的基本物理量178

9.2简谐运动的旋转矢量法183

9.2.1旋转矢量法183

9.2.2旋转矢量图的应用185

9.3单摆和复摆187

9.3.1单摆187

9.3.2复摆188

9.4简谐运动的能量190

9.5简谐运动的合成192

9.5.1两个同方向同频率的简谐运动的合成192

9.5.2两个同方向不同频率的简谐运动的合成拍195

9.5.3两个相互垂直的简谐运动的合成196

9.6阻尼振动 受迫振动 共振199

9.6.1阻尼振动199

9.6.2受迫振动201

9.6.3共振203

阅读材料（9）混沌与物理204

习题9208

10机械波212

10.1机械波的产生和传播212

10.1.1机械波的形成212

10.1.2横波与纵波212

10.1.3波长 波的周期和频率 波速214

10.1.4波的几何表示法216

10.2平面简谐波的波函数217

10.2.1平面简谐波的波函数217

10.2.2波函数的物理意义220

10.2.3波动微分方程225

10.3波的能量226

10.3.1波动能量的传播226

10.3.2能流和能流密度228

10.4惠更斯原理 波的衍射、反射和折射230

10.4.1惠更斯原理230

10.4.2波的衍射231

10.4.3波的反射和折射232

10.5波的干涉233

10.5.1波的叠加原理233

10.5.2波的干涉234

10.6驻波237

10.6.1驻波的形成237

10.6.2驻波方程238

10.6.3驻波的能量241

10.6.4半波损失241

10.7多普勒效应243

10.8声波247

10.8.1声强和声强级248

10.8.2声压250

阅读材料（10）次声波 超声波 冲击波251

习题10253

第3篇 热学258

11热力学基础258

11.1平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律258

11.1.1状态参量258

11.1.2平衡态259

11.1.3理想气体的物态方程259

11.1.4热力学第零定律260

11.2热力学第一定律261

11.2.1准静态过程261

11.2.2功262

11.2.3热量263

11.2.4热力学第一定律264

11.3热力学第一定律的应用265

11.3.1理想气体的等体过程 气体定体摩尔热容265

11.3.2理想气体的等压过程 气体定压摩尔热容267

11.3.3理想气体的等温过程268

11.3.4绝热过程 多方过程270

11.4循环过程 卡诺循环276

11.4.1循环过程276

11.4.2热机和制冷机277

11.4.3卡诺循环280

11.5热力学第二定律 卡诺定理283

11.5.1热力学第二定律283

11.5.2实际过程的不可逆性285

11.5.3卡诺定理286

11.6熵 熵增加原理287

11.6.1熵287

11.6.2熵变的计算289

11.6.3熵增加原理291

阅读材料（11）永动机幻想的破灭292

习题11294

12气体动理论298

12.1气体动理论基本观点与方法298

12.1.1物质微观结构的观点298

12.1.2统计规律与统计方法299

12.2气体分子的统计分布律302

12.2.1麦克斯韦速率分布律302

12.2.2玻耳兹曼分布律306

12.3气体宏观性质的微观解释308

12.3.1理想气体的微观模型308

12.3.2理想气体压强的微观实质309

12.3.3温度的微观实质311

12.3.4实际气体的范德瓦耳斯方程312

12.4热运动能量的统计规律315

12.4.1分子自由度316

12.4.2能量按自由度均分定理316

12.4.3理想气体的内能和热容317

12.5气体内输运现象及微观机制320

12.5.1分子的平均自由程320

12.5.2黏滞现象及微观解释323

12.5.3热传导现象及微观解释324

12.5.4扩散现象及微观解释325

12.5.5三种输运现象的比较326

12.6热力学第二定律和熵的统计意义326

12.6.1宏观态与微观态326

12.6.2热力学第二定律的微观解释328

12.6.3熵的微观实质329

阅读材料（12）低温技术简介330

习题12333

习题参考答案334

参考文献343