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绪论1

0.1 什么是物理学?1

0.1.1 物理学以前称自然学1

0.1.2 物理学是探讨物质结构,运动基本规律和相互作用的科学1

0.1.3 物理学的任务和目的2

0.1.4 物理学的理论与实验,科学与技术4

0.1.5 物理学的研究方法和科学态度5

0.2 怎样学习物理学?7

0.2.1 培养物理直观7

0.2.2 了解各种理论的适用范围7

0.2.3 做好习题7

第一章 质点运动学8

1.1 引言8

1.1.1 力学的研究对象8

1.1.2 时间,空间和牛顿力学的绝对量8

1.1.3 宇宙的层次和数量级11

1.2 质点和参考系15

1.2.1 质点和参考系15

1.2.2 轨迹和运动方程17

1.3 速度与加速度的瞬时性19

1.3.1 位移,路程与速度19

1.3.2 加速度24

1.4 直角坐标运动的描述26

1.4.1 直线运动28

1.4.2 曲线运动32

1.5 自然坐标系中运动的描述36

1.5.1 切向加速度和法向加速度37

1.5.2 自然坐标系43

1.5.3 圆周运动43

1.6 平面极坐标系中运动的描述46

1.6.1 平面极坐标系46

1.6.2 位矢,速度和加速度的极坐标表示48

1.7 相对运动51

1.7.1 动参考系作任意方式的平动51

1.7.2 动参考系作任意方式的运动53

思考题64

习题66

第二章 质点运动力学72

2.1 牛顿运动定律74

2.1.1 牛顿第一定律(惯性定律)74

2.1.2 牛顿第二定律78

2.1.3 牛顿第三定律(作用与反作用定律)86

2.2 常见的力88

2.2.1 弹性力88

2.2.2 摩擦力88

2.2.3 重力90

2.2.4 万有引力90

2.2.5 库仑力90

2.2.6 分子力91

2.2.7 核力91

2.2.8 洛仑兹力92

2.3 动力学问题的求解93

2.4 力学相对性原理和伽利略变换104

2.4.1 力学相对性原理104

2.4.2 时间和空间的绝对性105

2.4.3 伽利略变换106

2.5 非惯性参考系和虚拟力107

2.5.1 平动参考系108

2.5.2 转动参考系113

2.5.3 例题120

2.5.4 牛顿绝对时空概念的困难和惯性的起源124

思考题128

习题130

第三章 动量140

3.1 动量守恒定律与动量定理141

3.1.1 孤立体系与动量守恒定律141

3.1.2 冲量与质点的动量定理144

3.1.3 质点系动量定理144

3.2 质心运动定理148

3.2.1 质心运动定理148

3.2.2 质心坐标系151

3.3 变质量物体的运动155

3.3.1 变质量体系155

3.3.2 运动方程156

思考题160

习题161

第四章 机械能守恒167

4.1 能量守恒168

4.1.1 永动机不可能168

4.1.2 重力势能169

4.1.3 动能172

4.1.4 弹性势能和其他能量形式173

4.2 动能定理175

4.2.1 质点动能定理175

4.2.2 功和功率177

4.2.3 质点系功能定理179

4.3 势能181

4.3.1 有心力及其沿闭合路径做功181

4.3.2 保守力与非保守力,势能182

4.3.3 势能曲线185

4.4 机械能守恒定律188

4.4.1 质点系的功能原理和机械能守恒定律188

4.4.2 保守系与时间反演不变性191

4.4.3 两体问题192

4.5 质心系197

4.5.1 柯尼希定理197

4.5.2 一般质民主系中的功能原理和机械能守恒定律199

4.6 碰撞203

4.6.1 正碰205

4.6.2 斜碰209

4.6.3 质心坐标系210

4.7 对称性,因果关系与守恒律217

4.7.1 什么是对称性217

4.7.2 因果关系和对称性原理219

4.7.3 守恒律与对称性220

思考题222

习题223

第五章 角动量定理229

5.1 孤立体系的角动量守恒229

5.1.1 单质点孤立体系和掠面速度229

5.1.2 两个质点的孤立体系和角动量230

5.2 质点系角动量定理233

5.2.1 质点角动量定理233

5.2.2 质点系角动量定理234

5.2.3 角动量守恒定律与空间各向同性238

5.3 质心系的角动量定理238

5.3.1 质心系的角动量定理238

5.3.2 体系的角动量与质心的角动量239

5.4 万有引力240

5.4.1 开普勒的行星运动三定律241

5.4.2 牛顿的理论243

5.4.3 引力的线性叠加性247

5.5 关于万有引力的讨论252

5.5.1 G的测定252

5.5.2 引力的几何性254

5.5.3 逃逸速度255

5.5.4 引力是什么256

5.6 质点在有心力场中的运动262

5.6.1 研究有心力问题的基本方程263

5.6.2 有心力问题的定性处理,有效势能与轨道特征265

5.6.3 有心力问题的定理处理和轨道问题268

思考题274

习题276

第六章 刚体力学282

6.1 刚体运动学284

6.1.1 刚体的性质284

6.1.2 刚体的几种特殊运动287

6.1.3 刚体的一般运动288

6.2 施于刚体的力系的简化292

6.2.1 作用在刚体上的力是滑移矢量293

6.2.2 几种特殊力系293

6.3 刚体的定轴转动296

6.3.1 角动量与角速度的关系296

6.3.2 定轴转动刚体的动量矩定理297

6.3.3 转动定律298

6.3.4 转动惯量299

6.3.5 惯量张量和惯量主轴302

6.6.6 定轴转动刚体的角动量守恒308

6.3.7 约束反力与静,动平衡问题308

6.4 刚体运动的基本方程与刚体的平衡311

6.4.1 刚体运动的基本方程311

6.4.2 刚体的平衡312

6.5 刚体的平面平行运动314

6.5.1 运动方程314

6.5.2 纯滚动的运动学判据315

6.5.3 瞬时转动中心316

6.5.4 功能原理318

6.5.5 解题注意事项319

6.6 刚体的定点运动323

6.6.1 没有外加力矩的定点运动323

6.6.2 陀螺的运动326

思考题330

习题331

第七章 振动和波341

7.1 简谐振动341

7.1.1 平衡与振动341

7.1.2 恢复力与弹性力342

7.1.3 简谐振动的描述346

7.1.4 谐振子的能量349

7.1.5 振动的合成与分解350

7.2 阻尼振动356

7.2.1 运动方程及其解357

7.2.2 欠阻尼振动358

7.2.3 临界阻尼与过阻尼360

7.3 受迫振动与共振361

7.3.1 运动方程及其解362

7.3.2 稳态解分析364

7.3.3 共振(w=w0)366

7.4 二自由度振动371

7.5 机械波373

7.5.1 机械波的产生和传播374

7.5.2 波的分类374

7.5.3 平面简谐波377

7.5.4 波动方程和波的传播速度380

7.5.5 波的能量密度383

7.6 波在空间中的传播387

7.6.1 惠更斯原理387

7.6.2 波的反射定律388

7.6.3 波的折射定律389

7.6.5 波的衍射390

7.7 波的叠加391

7.7.1 波的干涉391

7.7.2 驻波393

7.7.3 非相干涉的叠加,波的群速度396

7.8 多普勒效应399

7.8.1 波源静止,观察者运动399

7.8.2 波源运动,观察者静止400

7.8.3 波源和观察者运动401

7.8.4 一般情况401

7.8.5 马赫锥404

7.9 非线性波简介405

思考题408

习题410

第八章 相对论420

8.1 牛顿对空观的困难421

8.1.1 光传播的射击理论的困难421

8.1.2 "以太"理论及其困难424

8.2 相对性原理430

8.3 洛仑兹变换434

8.4 相对论时空观437

8.4.1 时间间隔的相对性438

8.4.2 同时的相对性441

8.4.3 长度的相对性441

8.4.4 时序的相对性和因果关系444

8.4.5 时空间隔的绝对性446

8.4.6 速度合成律447

8.4.7 角度变换公式451

8.4.8 加速度变换公式454

8.5 狭义相对论力学459

8.5.1 相对论动量和质量459

8.5.2 相对论中的力462

8.5.3 质能公式463

8.6 狭义相对论中质量,动量和力的变换公式467

8.6.1 质量的变换公式467

8.6.2 动量和能量的变换公式468

8.6.3 力的变换公式471

8.7 四维时空473

8.7.1 四维矢量473

8.7.2 时空间隔476

8.7.3 四维速度矢量477

8.7.4 四维动量矢量478

8.7.5 多普勒效应479

8.7.6 孪生子佯谬481

8.8 广义相对论简介487

8.8.1 等效原理和广义相对性原理488

8.8.2 光在引力场中听弯曲489

8.8.3 引力时间延缓和引力红移490

8.8.4 弯曲时空和水星的进动492

思考题494

习题496

习题答案502