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第1部分 力学3

第1章 质点运动学3

1.1 质点和参考系3

1.1.1 质点3

1.1.2 参考系4

1.1.3 坐标系4

1.2 描述质点运动的物理量5

1.2.1 时间和空间5

1.2.2 过程量和状态量6

1.2.3 位置矢量6

1.2.4 位移矢量和路程7

1.2.5 瞬时速度矢量8

1.2.6 瞬时加速度矢量10

1.2.7 位矢、速度、加速度的关系12

1.3 抛体运动14

1.3.1 运动叠加原理14

1.3.2 运动方程和运动轨迹15

1.4 质点的圆周运动17

1.4.1 匀速率圆周运动17

1.4.2 变速率圆周运动17

1.4.3 圆周运动的角量描述19

1.4.4 角量和线量的转换关系21

1.5 一般平面曲线运动和自然坐标系23

1.5.1 一般平面曲线运动23

1.5.2 自然坐标系25

习题28

气象物语A 大气的运动29

A.1 空气质点模型29

A.2 空气质点的运动描述30

第2章 质点动力学32

2.1 牛顿运动定律32

2.1.1 牛顿第一定律（惯性定律）32

2.1.2 牛顿第二定律33

2.1.3 牛顿第三定律35

2.2 国际单位制和量纲36

2.2.1 单位制36

2.2.2 量纲36

2.3 常见的力37

2.3.1 基本的自然力37

2.3.2 常见技术上的力39

2.4 牛顿运动定律的应用41

2.4.1 质点动力学的两类问题41

2.4.2 质点动力学问题解题步骤41

2.4.3 例题41

2.5 相对运动和非惯性系力学46

2.5.1 运动描述的相对性46

2.5.2 力学相对性原理（伽利略相对性原理）50

2.5.3 平动加速运动参考系中的惯性力51

2.5.4 匀角速转动参考系中的惯性力53

习题58

气象物语B 大气动力学61

B.1 作用于空气的力61

B.2 大气运动动力学方程65

第3章 运动的守恒量和守恒定律67

3.1 质点和质点系的动量定理67

3.1.1 动量 冲量 质点动量定理67

3.1.2 质点系动量定理71

3.2 动量守恒定律73

3.3 功 功率 动能定理75

3.3.1 功75

3.3.2 功率78

3.3.3 动能定理79

3.4 保守力与非保守力 势能81

3.4.1 保守力做功特点81

3.4.2 保守力与非保守力 保守力做功的数学表达式83

3.4.3 势能84

3.4.4 势能与保守力的微分关系85

3.4.5 势能曲线86

3.5 质点系功能原理 机械能守恒定律87

3.5.1 质点系动能定理87

3.5.2 质点系功能原理89

3.5.3 机械能守恒定律89

3.6 碰撞90

3.6.1 弹性碰撞91

3.6.2 完全非弹性碰撞91

3.6.3 非弹性碰撞92

3.7 能量守恒定律94

3.8 角动量 角动量守恒定律95

3.8.1 角动量95

3.8.2 力矩96

3.8.3 角动量定理96

3.8.4 质点系角动量定理97

3.8.5 角动量守恒定律98

习题99

第4章 刚体力学105

4.1 刚体运动学105

4.1.1 刚体105

4.1.2 平动和转动105

4.1.3 定轴转动107

4.1.4 定轴转动的角量描述107

4.1.5 定轴转动角量和线量的关系110

4.2 定轴转动的转动定理112

4.2.1 力对轴的力矩112

4.2.2 定轴转动的转动定理推导113

4.2.3 转动惯量115

4.3 定轴转动的动能定理121

4.3.1 力矩的功122

4.3.2 力矩的功率123

4.3.3 转动动能123

4.3.4 定轴转动的动能定理123

4.4 质心与质心运动定理124

4.4.1 质心124

4.4.2 质心运动定理及质心运动守恒定律127

4.5 刚体系统的功能原理及机械能守恒定律129

4.5.1 刚体的重力势能129

4.5.2 刚体系统的机械能129

4.5.3 刚体系统的功能原理129

4.5.4 刚体系统的机械能守恒定律129

4.6 定轴转动的角动量定理及角动量守恒定律131

4.6.1 角动量定理131

4.6.2 角动量守恒定律133

4.7 刚体的平面运动137

4.7.1 平动137

4.7.2 转动138

4.7.3 纯滚动条件（无滑滚动）138

4.7.4 刚体平面运动的动能141

习题141

气象物语C 流体力学简介144

C.1 理想流体模型144

C.2 理想流体的连续性方程145

C.3 伯努利方程146

第2部分 振动与波动151

第5章 机械振动151

5.1 简谐振动151

5.1.1 振动的基本概念152

5.1.2 简谐振动152

5.1.3 简谐振动的特征量及计算157

5.1.4 旋转矢量法和复数法166

5.1.5 简谐振动的能量170

5.2 简谐振动的叠加174

5.2.1 同一直线上两个同频率简谐振动的合成174

5.2.2 同一直线上n个同频率简谐振动的合成177

5.2.3 同一直线上两个频率相近的简谐振动合成178

5.2.4 同一振子同时参与两个相互垂直的简谐振动的合成179

5.2.5 振动的分解频谱183

5.3 阻尼振动、受迫振动和共振186

5.3.1 阻尼振动186

5.3.2 受迫振动和共振188

习题190

第6章 波动193

6.1 关于波动的基本概念193

6.1.1 波的产生和传播193

6.1.2 横波与纵波194

6.1.3 波面和波线195

6.1.4 波速、波长以及波的周期和频率196

6.1.5 波动的特征198

6.2 简谐波198

6.2.1 平面简谐波和波函数198

6.2.2 波函数的物理意义199

6.3 波动方程和波的能量204

6.3.1 一维波函数的二阶微分形式204

6.3.2 一维波动方程的动力学推导204

6.3.3 波的能量205

6.3.4 能流和能流密度208

6.3.5 波的吸收210

6.3.6 声波 超声波 次声波211

6.4 惠更斯原理与波的传播212

6.4.1 惠更斯原理212

6.4.2 波的衍射213

6.4.3 波的反射和折射213

6.5 波的干涉214

6.5.1 波的叠加原理214

6.5.2 波的干涉现象 相干波 相干波源215

6.5.3 驻波218

6.6 多普勒效应223

6.6.1 多普勒现象223

6.6.2 机械波的多普勒效应224

6.6.3 其他波中的多普勒效应227

习题227

第3部分 近代物理学Ⅰ233

第7章 狭义相对论233

7.1 伽利略变换与经典力学的时空观233

7.1.1 伽利略变换233

7.1.2 绝对时空观234

7.2 狭义相对论基本原理 洛伦兹变换235

7.2.1 狭义相对论产生的历史背景235

7.2.2 狭义相对论基本原理236

7.2.3 洛伦兹变换237

7.3 狭义相对论的时空观239

7.3.1 同时的相对性239

7.3.2 时间延缓效应240

7.3.3 长度收缩效应240

7.3.4 相对论速度变换242

7.4 狭义相对论动力学244

7.4.1 质速关系244

7.4.2 相对论力学基本方程246

7.4.3 质量和能量的关系246

7.4.4 能量和动量的关系248

习题249

第4部分 热学253

第8章 气体动理论253

8.1 平衡态理想气体物态方程253

8.1.1 物质的微观特征253

8.1.2 气体的状态参量255

8.1.3 气体系统的平衡态256

8.1.4 理想气体状态方程256

8.2 理想气体的压强和温度259

8.2.1 理想气体的压强公式259

8.2.2 温度的微观解释261

8.2.3 气温和气压262

8.3 能量均分原理 理想气体的内能263

8.3.1 自由度263

8.3.2 能量均分原理265

8.3.3 理想气体的内能265

8.4 麦克斯韦速率分布律267

8.4.1 速率分布函数267

8.4.2 麦克斯韦速率分布律269

8.4.3 麦克斯韦分布律下三种特征速率270

8.5 气体分子的平均自由程271

8.6 范德瓦耳斯方程274

8.6.1 分子自身体积引起的修正274

8.6.2 分子间引力引起的修正274

8.7 气体内的迁移现象276

8.7.1 黏滞现象276

8.7.2 热传导现象277

8.7.3 扩散现象278

习题279

第9章 热力学基础281

9.1 功 热量和内能282

9.1.1 准静态过程282

9.1.2 功热量与内能282

9.2 热力学第一定律284

9.3 摩尔热容 理想气体的等容过程和等压过程284

9.3.1 热容量284

9.3.2 等容过程285

9.3.3 等压过程286

9.4 理想气体的等温过程和绝热过程287

9.4.1 等温过程287

9.4.2 绝热过程287

9.5 循环过程 卡诺循环290

9.5.1 循环过程290

9.5.2 卡诺循环291

9.6 热力学第二定律294

9.6.1 热力学第二定律的两种表述294

9.6.2 可逆过程和不可逆过程295

9.6.3 卡诺定理296

9.7 熵 熵增原理297

9.7.1 熵297

9.7.2 熵增原理298

9.8 热力学第二定律的统计意义299

9.8.1 热力学第二定律的统计意义299

9.8.2 熵的微观意义301

习题301

气象物语D 相变热力学简介305

D.1 相变的一般特征305

D.2 气液的相变306

D.3 固液的相变308

D.4 固气的相变309

D.5 克拉佩龙方程310

部分习题参考答案311

参考文献318