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第一篇　力学3

第1章　运动学3

1.1　参考系　坐标系　对称性3

1.1.1　绝对运动与相对静止相统一3

1.1.2　参考系和坐标系3

1.1.3　对称性6

1.2　运动叠加原理　理想模型化方法6

1.2.1　运动叠加原理7

1.2.2　理想模型化方法7

1.2.3　质点与刚体8

1.3　描述一般曲线运动的线参量与角参量9

1.3.1　时间参量9

1.3.2　描述一般曲线运动的线参量12

1.3.3　描述刚体转动的角参量19

1.3.4　对一般曲线运动描述的应用举例21

1.4　相对运动22

1.4.1　相对运动问题与对称性原理22

1.4.2　伽利略变换23

阅读材料　物理学中的简单性与对称性概述27

人物小传　牛顿（Isaac Newton,1642～1727）34

思考题36

习题36

第2章　质点动力学38

2.1　力对质点的瞬时效应——牛顿三定律38

2.1.1　牛顿三大定律39

2.1.2　几种常见的力41

2.1.3　牛顿定律的应用44

2.1.4　惯性参考系和非惯性参考系47

2.2　力对物体的时间积累效应——动量守恒定理55

2.2.1　单质点的动量定理55

2.2.2　质点系的动量定理57

2.2.3　动量定理的应用58

2.2.4　质心、质心定理、质心坐标系65

2.2.5　火箭飞行问题69

2.3　力对物体的空间效应——能量守恒定理72

2.3.1　质点的功与能72

2.3.2　质点系的功能原理81

阅读材料　超重与失重89

思考题93

习题93

第3章　刚体力学95

3.1　力矩的瞬时效应——刚体的转动定律95

3.1.1　绕固定转轴的刚体转动定理95

3.1.2　刚体转动惯量的计算97

3.1.3　刚体转动定理的应用100

3.2　力矩的时间累积效应——刚体的角动量定理102

3.2.1　冲量矩102

3.2.2　角动量与角动量定理103

3.2.3　刚体的角动量守恒定律104

3.2.4　角动量定理、角动量守恒定律的应用105

3.3　力矩的空间累积效应——刚体的机械能守恒定律111

3.3.1　力矩的功111

3.3.2　刚体的功能原理112

3.3.3　刚体功能原理的应用113

阅读材料　宇航动力学问题116

思考题122

习题124

第4章　振动学基础126

4.1　简谐振动的运动学126

4.1.1　简谐振动的运动学方程126

4.1.2　简谐振动的速度与加速度129

4.1.3　简谐振动的旋转矢量表示法130

4.2　简谐振动的动力学131

4.2.1　弹簧振子的简谐振动131

4.2.2　单摆与复摆的简谐振动132

4.3　简谐振动的能量136

4.3.1　简谐振动的能量136

4.3.2　从振动能量建立动力学方程137

4.4　阻尼振动　受迫振动　共振139

4.4.1　阻尼振动139

4.4.2　受迫振动141

4.4.3　共振142

4.5　简谐振动的合成144

4.5.1　同方向、同频率的简谐振动的合成144

4.5.2　同方向、不同频率的简谐振动的合成146

4.5.3　相互垂直的简谐振动的合成148

4.5.4　振动的频谱分析150

阅读材料　“混沌”现象152

思考题155

习题157

第5章　波动学基础160

5.1　机械波的产生和传播160

5.1.1　机械波的形成及条件160

5.1.2　行波及其几何描述161

5.2　平面简谐波的运动方程163

5.2.1　平面简谐波的运动方程——波方程（波函数）163

5.2.2　弹性介质中的波速170

5.3　波动的动力学方程172

5.3.1　波动方程的建立172

5.3.2　波速在动力学方程中的表现形式177

5.4　波的能量178

5.4.1　简谐波的能量178

5.4.2　波的强度181

5.5　声波、超声波和次声波183

5.5.1　声波183

5.5.2　超声波与次声波的应用186

5.6　波的叠加187

5.6.1　惠更斯原理、波的反射与折射187

5.6.2　波的干涉189

5.6.3　驻波193

5.7　多普勒效应199

阅读材料　孤波202

思考题204

习题206

第6章　狭义相对论209

6.1　相对论产生的历史背景209

6.1.1　经典力学的基本原理209

6.1.2　经典电磁理论的基本原理212

6.1.3　经典力学与经典电磁学的冲突——关于光速的困难212

6.1.4　相对论的创立213

6.2　狭义相对论基本假设214

6.3　洛伦兹变换215

6.4　相对论时空观219

6.4.1　运动时钟变慢（时钟延缓效应）219

6.4.2　运动直尺收缩220

6.4.3　同时的相对性221

6.5　相对论的速度合成224

6.6　相对论动力学基础226

6.6.1　相对论中的质量和动量226

6.6.2　相对论的动力学方程227

6.6.3　相对论中的能量228

6.6.4　相对论的能量——动量关系229

6.7　广义相对论简介229

6.7.1　惯性参考系问题230

6.7.2　引力问题230

6.7.3　广义相对性原理231

6.7.4　爱因斯坦引力场方程231

6.7.5　广义相对论中质点的运动规律232

6.7.6　广义相对论效应及实验验证233

人物小传　爱因斯坦（Albert Einstein,1879～1955）235

思考题237

习题238

第二篇　热力学与统计物理初步243

第7章　统计物理初步243

7.1　热力学系统与平衡态243

7.1.1　热力学系统243

7.1.2　平衡态243

7.1.3　状态参量244

7.2　理想气体的微观模型、压强和温度的统计意义244

7.2.1　理想气体244

7.2.2　理想气体的压强公式246

7.2.3　温度的统计意义247

7.3　能量按自由度均分定理250

7.3.1　分子运动的自由度251

7.3.2　能量按自由度均分定理251

7.3.3　理想气体的内能253

7.4　麦克斯韦气体分子速率分布254

7.4.1　分子速率分布函数255

7.4.2　麦克斯韦速率分布255

7.4.3　分子速率分布的实验测量257

7.5　玻尔兹曼分布定律259

7.5.1　玻尔兹曼分布律259

7.5.2　重力场中粒子按高度的分布260

7.6　量子统计分布简介261

阅读材料　大爆炸和宇宙膨胀263

人物小传　玻尔兹曼（Boltzmann,1844～1906）267

思考题270

习题272

第8章　热力学274

8.1　热力学第一定律与常见的热力学过程274

8.1.1　热力学第一定律274

8.1.2　热容量277

8.1.3　热力学第一定律应用于理想气体281

8.2　循环过程和卡诺循环288

8.2.1　循环过程288

8.2.2　卡诺循环290

8.3　热力学第二定律与不可逆过程294

8.3.1　开尔文表述294

8.3.2　克劳修斯表述295

8.3.3　两种表述的等价性295

8.3.4　可逆过程和不可逆过程296

8.3.5　卡诺定理298

8.3.6　能量的退化与能源299

8.4　熵和熵增加原理300

8.4.1　态函数——熵300

8.4.2　熵增加原理302

8.4.3　负温度系统下的热力学定律304

8.5　热力学第二定律的统计意义306

8.5.1　相空间、宏观态与微观态306

8.5.2　等概率假说和热力学概率307

8.5.3　玻尔兹曼公式307

8.5.4　热力学第二定律的适用范围308

8.6　关于热力学第二定律提出的几个问题308

阅读材料　耗散结构简介310

思考题314

习题316

第9章　气体和凝聚态318

9.1　范德瓦耳斯方程318

9.1.1　分子固有体积修正318

9.1.2　分子吸引力修正319

9.1.3　范德瓦耳斯方程319

9.1.4　实际气体的内能320

9.2　气体内的输运过程321

9.2.1　气体分子的平均自由程322

9.2.2　热传导现象323

9.2.3　内摩擦现象324

9.2.4　扩散现象324

9.3　固体和液体的热性质325

9.3.1　固体热容量326

9.3.2　固体的膨胀327

9.3.3　热传导和扩散328

9.3.4　液体分子的热运动328

9.4　物态和相变329

9.4.1　气液固三相图330

9.4.2　其他的相变330

9.4.3　相变的基本特征和分类331

阅读材料　20世纪的热学332

思考题340

习题341