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第一篇 力学2

第1章 质点运动学2

1.1 质点 参照系 坐标系2

1.1.1 质点2

1.1.2 参照系3

1.1.3 坐标系3

1.2 描述质点运动的物理量5

1.2.1 时刻和时间5

1.2.2 位置矢量5

1.2.3 位移和路程6

1.2.4 速度与速率7

1.2.5 加速度矢量9

1.3 几种典型的质点运动10

1.3.1 直线运动10

1.3.2 抛体运动15

1.3.3 曲线运动的描述16

1.4 圆周运动的角量描述20

1.4.1 角位置与角位移20

1.4.2 角速度20

1.4.3 角加速度20

1.4.4 圆周运动中角量与线量的关系21

1.5 相对运动23

1.5.1 相对运动中的位矢关系23

1.5.2 相对运动中的位矢关系23

1.5.3 相对运动中的加速度关系24

本章小结25

习题127

第2章 质点动力学30

2.1 牛顿运动定律30

2.1.1 牛顿运动定律30

2.1.2 力学中常见的力33

2.1.3 牛顿运动定律的应用36

2.4.4 非惯性系42

2.2 动量定理43

2.2.1 冲量及其计算43

2.2.2 动量和动量定理44

2.3 动量守恒定律47

2.3.1 质点组动量定理47

2.3.2 动量守恒定律及其条件48

2.4 角动量定理53

2.4.1 力矩53

2.4.2 角动量53

2.4.3 角动量定理55

2.4.4 角动量守恒及其应用57

2.5 动能定理59

2.5.1 功的定义及其计算方法59

2.5.2 功率62

2.5.3 动能63

2.5.4 动能定理及其应用63

2.6 保守力与势能66

2.6.1 重力势能66

2.6.2 弹性势能67

2.6.3 万有引力势能67

2.6.4 保守力与势能68

2.7 机械能守恒定律70

2.7.1 机械能、功能原理70

2.7.2 机械能守恒定律71

2.7.3 机械能守恒定律的应用71

2.7.4 能量守恒定律73

2.7.5 碰撞74

本章小结76

习题278

第3章 刚体定轴转动84

3.1 刚体及刚体运动84

3.1.1 刚体的概念84

3.1.2 刚体运动及其分类84

3.2 描述刚体定轴转动的物理量86

3.2.1 角速度矢量86

3.2.2 角加速度矢量86

3.2.3 定轴转动的线量86

3.3 刚体定轴转动定律87

3.3.1 刚体转动惯量87

3.3.2 转动定律91

3.4 刚体定轴转动守恒定律95

3.4.1 力矩的功95

3.4.2 刚体定轴转动的动能96

3.4.3 刚体定轴转动中的机械能守恒97

3.4.4 角动量守恒98

本章小结102

习题3104

第4章 狭义相对论107

4.1 经典力学时空观107

4.1.1 伽利略变换 经典力学时空观107

4.1.2 伽利略相对性原理108

4.2 狭义相对论原理和相对论时空观109

4.2.1 狭义相对论基本原理109

4.2.2 相对论时空观110

4.3 洛伦兹变换114

4.3.1 洛伦兹坐标变换114

4.3.2 相对论速度变换115

4.4 狭义相对论动力学117

4.4.1 动量、质量与速度的关系117

4.4.2 相对论能量的关系118

4.4.3 能量和动量的关系119

本章小结121

习题4122

第5章 机械振动和机械波124

5.1 简谐振动124

5.1.1 描述简谐振动的三个重要参量124

5.1.2 简谐振动的旋转矢量表示法128

5.1.3 简谐振动的速度和加速度129

5.2 简谐振动的能量129

5.3 简谐振动的合成130

5.3.1 同方向同频率的简谐振动的合成130

5.3.2 同方向不同频率的简谐振动的合成132

5.4 阻尼振动 受迫振动133

5.4.1 阻尼振动133

5.4.2 受迫振动135

5.5 机械波的产生和传播136

5.5.1 机械波的产生136

5.5.2 描述波动的物理量137

5.6 平面简谐波方程138

5.6.1 平面简谐波的波动方程138

5.6.2 波动方程的物理意义139

5.7 波的能量 能流密度141

5.7.1 波动能量的传播141

5.7.2 能流和能流密度142

5.8 惠更斯原理 波的衍射和干涉143

5.8.1 惠更斯原理143

5.8.2 波的衍射143

5.8.3 波的干涉144

5.9 驻波146

5.9.1 驻波的产生146

5.9.2 驻波方程147

5.9.3 半波损失148

5.10 多普勒效应150

本章小结152

习题5154

第二篇 热学篇162

第6章 气体动理论162

6.1 热力学状态及其物态方程162

6.1.1 热力学系统及其分类162

6.1.2 平衡态与平衡条件163

6.1.3 热力学系统状态的描述163

6.1.4 状态参量163

6.1.5 热平衡定律（热力学第零定律）温度和温标164

6.1.6 物态方程166

6.2 理想气体的压强168

6.2.1 气体分子运动的基本观点和统计假设168

6.2.2 理想气体模型170

6.2.3 理想气体的压强172

6.2.4 理想气体的温度和分子方均根速率173

6.3 能量均分定理、理想气体的内能174

6.3.1 自由度174

6.3.2 能量按自由度均分定理174

6.3.3 理想气体内能175

6.4 麦克斯韦速率分布律和玻尔兹曼能量分布律175

6.4.1 速率分布函数176

6.4.2 麦克斯韦速率分布律177

6.4.3 理想气体分子的三种速率178

6.4.4 玻尔兹曼能量分布律179

6.5 气体分子的碰撞和平均自由程181

6.5.1 分子平均自由程和碰撞频率181

6.5.2 分子平均自由程和碰撞频率的关系181

本章小结183

习题6184

第7章 热力学基础188

7.1 热力学第一定律和内能188

7.1.1 热学过程188

7.1.2 功、热量、内能189

7.1.3 热力学第一定律190

7.2 热力学第一定律在理想气体上的应用191

7.2.1 理想气体的普遍性质191

7.2.2 理想气体等值过程192

7.2.3 理想气体多方过程195

7.3 循环过程 卡诺循环198

7.3.1 循环过程及其热机效率198

7.3.2 卡诺循环199

7.4 热力学第二定律201

7.4.1 自然过程的方向性201

7.4.2 热力学第二定律202

7.4.3 可逆过程和不可逆过程203

7.4.4 卡诺定理203

7.4.5 热力学第二定律的统计意义206

7.5 低温的获得和热力学第三定律209

7.5.1 低温的获得209

7.5.2 热力学第三定律210

本章小结211

习题7212

参考答案217

附录 一些基本物理常数226