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第1篇 力学基础1

第1章 质点运动学2

1.1参考系 质点2

1.1.1参考系2

1.1.2质点和质点系3

1.1.3时刻与时间间隔4

1.2描述质点运动的物理量5

1.2.1位置矢量和运动方程5

1.2.2位移矢量6

1.2.3速度8

1.2.4加速度10

1.3质点运动学的基本问题14

1.4匀变速运动19

1.5圆周运动22

1.5.1质点作圆周运动的角量描述23

1.5.2线量与角量之间的关系25

1.6相对运动26

习题29

第2章 质点动力学33

2.1牛顿运动定律33

2.1.1牛顿第一定律和惯性参考系33

2.1.2牛顿第二定律36

2.1.3牛顿第三定律37

2.2基本力和常见力38

2.2.1四种基本相互作用力38

2.2.2力学中常见的几种力40

2.3国际单位制和量纲43

2.4牛顿运动定律应用举例44

2.5惯性力52

2.6动量和动量守恒定律53

2.6.1质点的动量53

2.6.2力的冲量53

2.6.3质点的动量定理54

2.6.4质点系的动量定理和动量守恒定律57

2.6.5火箭飞行原理62

2.6.6质心与质心运动定理63

2.7角动量和角动量守恒定律67

2.7.1质点对参考点的角动量68

2.7.2质点的角动量定理和角动量守恒定律69

2.7.3质点系的角动量和角动量定理71

2.7.4质点系的角动量守恒定律73

2.8功和功率75

2.8.1恒力的功75

2.8.2变力的功77

2.8.3常见力的功78

2.8.4合力的功81

2.8.5功率82

2.9动能定理82

2.9.1质点的动能定理82

2.9.2质点系的动能定理84

2.10保守力 势能86

2.10.1保守力86

2.10.2势能87

2.10.3保守力与势能的微分关系88

2.11功能原理和机械能守恒定律90

2.11.1功能原理90

2.11.2机械能守恒定律90

2.11.3能量守恒与转换定律95

2.11.4碰撞96

2.12物理学中的对称性99

2.12.1什么是对称性？99

2.12.2对称性原理101

2.12.3物理定律的对称性102

2.12.4对称性意味着不可分辨性102

习题103

第3章 刚体力学基础111

3.1刚体及其运动111

3.1.1刚体111

3.1.2刚体的运动111

3.1.3刚体定轴转动的描述112

3.2力矩 刚体定轴转动定律114

3.2.1力矩114

3.2.2刚体定轴转动定律115

3.2.3转动惯量的计算117

3.2.4定轴转动定律的应用119

3.3刚体转动中的功和能122

3.3.1绕定轴转动刚体的动能122

3.3.2力矩的功122

3.3.3刚体定轴转动的动能定理124

3.3.4势能124

3.4定轴转动刚体的角动量守恒定律125

3.4.1定轴转动刚体对轴的角动量125

3.4.2定轴转动刚体的角动量定理126

3.4.3定轴转动刚体的角动量守恒定律127

3.4.4进动130

习题131

第2篇 振动与波动137

第4章 简谐振动概论138

4.1简谐振动138

4.1.1简谐振动的动力学特征138

4.1.2简谐振动的运动方程140

4.1.3简谐振动的特征量140

4.1.4旋转矢量与简谐振动144

4.1.5相图147

4.2简谐振动的能量148

4.3简谐振动的合成150

4.3.1同方向、同频率简谐振动的合成150

4.3.2同方向、不同频率的两简谐振动的合成拍154

4.3.3相互垂直的简谐振动的合成155

4.4阻尼振动 受迫振动 共振157

4.4.1阻尼振动157

4.4.2受迫振动159

习题160

第5章 波动概论164

5.1机械波的产生和传播164

5.1.1机械波的形成条件164

5.1.2横波和纵波165

5.1.3波的几何描述165

5.1.4描述波动特征的物理量166

5.2平面简谐波的波函数169

5.2.1平面简谐波的波函数169

5.2.2波函数的物理意义170

5.2.3沿x轴负向传播的平面简谐波的波函数171

5.2.4平面波的波动微分方程174

5.3波动过程中的能量传播175

5.3.1波的能量175

5.3.2能流密度177

5.3.3声波177

5.4惠更斯原理 波的干涉178

5.4.1惠更斯原理178

5.4.2波的干涉179

5.5驻波183

5.5.1驻波实验183

5.5.2驻波的形成183

5.5.3驻波的特点184

5.5.4相位突变186

5.6多普勒效应187

习题190

第3篇 热学193

第6章 气体动理论194

6.1气体动理论的基本观点194

6.1.1物质的微观模型194

6.1.2统计规律性196

6.2热力学系统的状态及其描述198

6.2.1热力学系统198

6.2.2平衡态199

6.2.3状态参量199

6.2.4理想气体的状态方程200

6.2.5实际气体的状态方程201

6.3理想气体压强与温度的微观解释202

6.3.1理想气体的基本假设202

6.3.2理想气体压强公式的推导203

6.3.3温度的微观意义205

6.4能量按自由度均分定理206

6.4.1自由度207

6.4.2能量按自由度均分定理208

6.4.3理想气体的热力学能209

6.5麦克斯韦速率分布律210

6.5.1速率分布律和速率分布函数210

6.5.2麦克斯韦速率分布律212

6.5.3麦克斯韦速率分布曲线212

6.5.4速率分布函数f（v）的应用214

6.5.5麦克斯韦速率分布律的实验验证216

6.6玻耳兹曼分布律217

6.6.1等温气压公式217

6.6.2玻耳兹曼密度分布律（分子按势能的分布规律）218

6.6.3玻耳兹曼能量分布律219

6.7分子平均碰撞频率和平均自由程220

习题222

第7章 热力学基础225

7.1准静态过程225

7.2热力学能 功 热量227

7.2.1热力学能227

7.2.2功228

7.2.3热量 摩尔热容229

7.3热力学第一定律230

7.4热力学第一定律对理想气体准静态过程的应用231

7.4.1等容过程 摩尔定容热容231

7.4.2等压过程 摩尔定压热容232

7.4.3等温过程233

7.4.4绝热过程234

7.5循环过程239

7.5.1循环过程及热机效率239

7.5.2卡诺循环及其效率241

7.5.3内燃机的效率242

7.5.4逆循环 制冷机245

7.6热力学第二定律246

7.6.1可逆过程与不可逆过程247

7.6.2热力学第二定律的两种常见表述248

7.6.3热力学第二定律的微观意义250

7.6.4热力学第二定律的统计意义251

7.6.5热力学第一定律和第二定律的区别与联系“可用能”252

7.7熵252

7.7.1玻耳兹曼熵与熵增加原理253

7.7.2克劳修斯熵253

7.7.3“熵恒增”与“能贬值”255

7.7.4信息与熵256

7.7.5耗散结构258

习题259

第4篇 电磁学265

第8章 静电场266

8.1电荷守恒定律 库仑定律266

8.1.1电荷266

8.1.2库仑定律268

8.2电场强度269

8.2.1电场269

8.2.2电场强度270

8.2.3电荷在电场中受力的应用275

8.3高斯定理276

8.3.1电场线276

8.3.2电通量277

8.3.3高斯定理279

8.3.4由高斯定理求电场强度281

8.4静电场力做的功 环流定理 电势284

8.4.1静电场力做的功284

8.4.2静电场的环流定理285

8.4.3电势能与电势286

8.4.4电势的计算287

8.5等势面 电场强度与电势的微分关系290

8.5.1等势面290

8.5.2电场强度与电势的微分关系292

8.6静电场中的导体294

8.6.1导体的静电平衡294

8.6.2导体上电荷的分布295

8.6.3导体表面附近的电场强度296

8.7静电场中的电介质300

8.7.1电介质的极化机制300

8.7.2极化强度矢量P302

8.7.3极化电荷与自由电荷的关系302

8.7.4电位移矢量与电介质中的高斯定理303

8.8电容305

8.8.1孤立导体的电容305

8.8.2电容器的电容305

8.8.3电容器电容的计算306

8.9电场的能量308

8.9.1电容器的储能308

8.9.2电场的能量和能量密度309

习题311

附录317

附录A习题答案317

附录B基本物理常量329

附录C国际单位制330

参考文献331