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第1篇 力学2

1 质点运动学2

1.1 参考系 时间和空间2

1.1.1 参考系 坐标系2

1.1.2 时间2

1.1.3 长度的测量3

1.2 质点运动的描述4

1.2.1 质点4

1.2.2 位置矢量 运动方程4

1.2.3 位移和路程5

1.2.4 速度和速率6

1.2.5 加速度7

1.2.6 运动学中的两类问题7

1.3 质点运动的几种典型形式10

1.3.1 匀速直线运动10

1.3.2 匀变速直线运动11

1.3.3 抛体运动12

1.3.4 自然坐标系 圆周运动14

1.4 相对运动19

阅读材料（1） 伽利略的科学成就21

习题123

2 牛顿定律25

2.1 牛顿定律25

2.1.1 牛顿第一定律25

2.1.2 牛顿第二定律26

2.1.3 牛顿第三定律27

2.2 物理量的单位和量纲27

2.3 几种常见的力28

2.3.1 万有引力 重力28

2.3.2 弹性力29

2.3.3 摩擦力30

2.4 牛顿定律的应用30

2.5 非惯性系 惯性力34

2.5.1 伽利略相对性原理34

2.5.2 平动加速参考系 平动惯性力35

2.5.3 匀速转动参考系 惯性离心力 科里奥利力36

阅读材料（2） 失重、微重力和超重36

习题237

3 动量和动量守恒定律41

3.1 质点和质点系的动量定理41

3.1.1 冲量 质点的动量定理41

3.1.2 质点系的动量定理42

3.2 动量守恒定律44

3.2.1 动量守恒定律44

3.2.2 火箭的运动46

3.3 质心 质心运动定理48

3.3.1 质心48

3.3.2 质心运动定理49

3.3.3 质心系50

阅读材料（3） 宇宙飞船50

习题351

4 功和能54

4.1 功 功率54

4.1.1 功54

4.1.2 功率58

4.2 动能 动能定理59

4.2.1 质点的动能定理59

4.2.2 质点系的动能定理61

4.3 保守力和非保守力63

4.3.1 保守力63

4.3.2 非保守力65

4.4 势能 势能曲线65

4.4.1 势能65

4.4.2 力学中几种常见的势能66

4.4.3 势能曲线67

4.5 功能原理 机械能守恒定律68

4.5.1 质点系的功能原理68

4.5.2 机械能守恒定律72

4.5.3 宇宙速度75

4.6 能量守恒定律77

阅读材料（4） 能源的开发与利用77

习题480

5 角动量 角动量守恒定律84

5.1 力矩 角动量84

5.1.1 质点受力的力矩84

5.1.2 质点角动量85

5.1.3 质点系的角动量85

5.2 质点角动量定理与角动量守恒定律86

5.2.1 质点角动量定理86

5.2.2 质点角动量守恒定律87

5.3 质点系的角动量定理与角动量守恒定律88

5.3.1 质点系的角动量定理88

5.3.2 质点系的角动量守恒定律89

阅读材料（5） 对称性与守恒定律90

习题595

6 刚体的转动97

6.1 刚体运动的描述97

6.1.1 刚体97

6.1.2 刚体的自由度97

6.1.3 刚体运动的几种形式98

6.2 刚体定轴转动的描述99

6.3 定轴转动定理 转动惯量102

6.3.1 定轴转动定律102

6.3.2 刚体定轴转动定律的应用104

6.3.3 转动惯量的计算106

6.4 刚体定轴转动的角动量定理与角动量守恒定律111

6.4.1 刚体定轴转动的角动量定理111

6.4.2 刚体定轴转动的角动量守恒定律112

6.5 力矩的功 刚体定轴转动的动能定理115

6.5.1 刚体定轴转动动能与力矩的功115

6.5.2 刚体定轴转动的动能定理116

6.6 刚体的势能118

6.7 刚体的进动121

阅读材料（6） 拉莫尔进动123

习题6126

第2篇 机械振动和机械波126

7 机械振动131

7.1 简谐运动131

7.1.1 简谐运动的特征及其运动方程131

7.1.2 描述简谐运动的基本物理量133

7.2 简谐运动的旋转矢量法138

7.2.1 旋转矢量法138

7.2.2 旋转矢量图的应用140

7.3 单摆和复摆142

7.3.1 单摆142

7.3.2 复摆143

7.4 简谐运动的能量145

7.5 简谐运动的合成147

7.5.1 两个同方向同频率的简谐运动的合成147

7.5.2 两个同方向不同频率的简谐运动的合成 拍150

7.5.3 两个相互垂直的简谐运动的合成151

7.6 阻尼振动 受迫振动 共振154

7.6.1 阻尼振动154

7.6.2 受迫振动156

7.6.3 共振158

阅读材料（7） 混沌与物理159

习题7163

8 机械波167

8.1 机械波的产生和传播167

8.1.1 机械波的形成167

8.1.2 横波与纵波167

8.1.3 波长 波的周期和频率 波速169

8.1.4 波的几何表示法171

8.2 平面简谐波的波函数172

8.2.1 平面简谐波的波函数172

8.2.2 波函数的物理意义175

8.2.3 波动微分方程180

8.3 波的能量181

8.3.1 波动能量的传播181

8.3.2 能流和能流密度183

8.4 惠更斯原理 波的衍射、反射和折射185

8.4.1 惠更斯原理185

8.4.2 波的衍射186

8.4.3 波的反射和折射187

8.5 波的干涉188

8.5.1 波的叠加原理188

8.5.2 波的干涉189

8.6 驻波192

8.6.1 驻波的形成192

8.6.2 驻波方程193

8.6.3 驻波的能量196

8.6.4 半波损失196

8.7 多普勒效应198

8.8 声波202

8.8.1 声强和声强级203

8.8.2 声压205

阅读材料（8） 次声波 超声波 冲击波206

习题8208

第3篇 热学213

9 热力学基础213

9.1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律213

9.1.1 状态参量213

9.1.2 平衡态214

9.1.3 理想气体的物态方程214

9.1.4 热力学第零定律215

9.2 热力学第一定律216

9.2.1 准静态过程216

9.2.2 功217

9.2.3 热量218

9.2.4 热力学第一定律219

9.3 热力学第一定律的应用220

9.3.1 理想气体的等体过程 气体摩尔定容热容220

9.3.2 理想气体的等压过程 气体摩尔定压热容222

9.3.3 理想气体的等温过程223

9.3.4 绝热过程 多方过程225

9.4 循环过程 卡诺循环231

9.4.1 循环过程231

9.4.2 热机和制冷机232

9.4.3 卡诺循环235

9.5 热力学第二定律 卡诺定理238

9.5.1 热力学第二定律238

9.5.2 实际过程的不可逆性240

9.5.3 卡诺定理241

9.6 熵 熵增加原理242

9.6.1 熵242

9.6.2 熵变的计算244

9.6.3 熵增加原理246

阅读材料（9） 永动机幻想的破灭247

习题9249

10 气体动理论253

10.1 气体动理论基本观点与方法253

10.1.1 物质微观结构的观点253

10.1.2 统计规律与统计方法254

10.2 气体分子的统计分布律257

10.2.1 麦克斯韦速率分布律257

10.2.2 玻耳兹曼分布律261

10.3 气体宏观性质的微观解释263

10.3.1 理想气体的微观模型263

10.3.2 理想气体压强的微观实质264

10.3.3 温度的微观实质266

10.3.4 实际气体的范德瓦耳斯方程267

10.4 热运动能量的统计规律270

10.4.1 分子自由度271

10.4.2 能量按自由度均分定理271

10.4.3 理想气体的内能和热容272

10.5 气体内输运现象及微观机制275

10.5.1 分子的平均自由程275

10.5.2 黏滞现象及微观解释278

10.5.3 热传导现象及微观解释279

10.5.4 扩散现象及微观解释280

10.5.5 三种输运现象的比较281

10.6 热力学第二定律和熵的统计意义281

10.6.1 宏观态与微观态281

10.6.2 热力学第二定律的微观解释283

10.6.3 熵的微观实质284

阅读材料（10） 低温技术简介285

习题10288

习题参考答案289

参考文献297