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第1章 质点运动学 1

1.1 引言 1

1.1.1 力学的研究对象 1

1.1.2 时间、空间和牛顿力学的绝对量 1

1.1.3 宇宙的层次和数量级 3

1.2 质点和参考系 5

1.2.1 质点和参考系 5

1.2.2 轨迹和运动学方程 6

1.3 速度与加速度 8

1.3.1 位移、路程与速度 8

1.3.2 加速度 9

1.4 直角坐标系中运动的描述 10

1.4.1 直线运动 12

1.4.2 曲线运动 13

1.5 自然坐标系中运动的描述 15

1.5.1 切向加速度和法向加速度 16

1.5.2 自然坐标系 20

1.5.3 圆周运动 20

1.6 平面极坐标中的运动描述 21

1.6.1 平面极坐标系 21

1.6.2 位矢、速度和加速度的极坐标表示 23

第2章 质点动力学 25

2.1 牛顿运动定律 25

2.1.1 牛顿第一定律（惯性定律） 25

2.1.2 牛顿第二定律 28

2.1.3 牛顿第三定律（作用与反作用定律） 32

2.2 常见的力 33

2.3 动力学问题的求解 37

2.4 力学相对性原理和伽利略变换 44

2.4.1 力学相对性原理 44

2.4.2 时间和空间的绝对性 44

2.4.3 伽利略变换 45

第3章 非惯性参考系 47

3.1 非惯性参考系、虚拟力 47

3.1.1 相对运动 47

3.1.2 平动参考系 47

3.1.3 转动参考系 52

3.2 例题 60

3.3 牛顿绝对时空概念的局限 63

第4章 动量定理 65

4.1 动量守恒定律与动量定理 65

4.1.1 孤立体系与动量守恒定律 65

4.1.2 冲量与质点的动量定理 67

4.1.3 质点系动量定理 68

4.2 质心运动定理 70

4.2.1 质心运动定理 70

4.2.2 质心坐标系 72

4.3 变质量物体的运动 74

4.3.1 变质量体系 74

4.3.2 运动方程 75

第5章 动能定理 78

5.1 动能定理 78

5.1.1 质点动能定理 78

5.1.2 功和功率 79

5.1.3 质点系动能定理 80

5.2 势能 82

5.2.1 有心力及其沿闭合路径做功 82

5.2.2 保守力与非保守力、势能 82

5.2.3 势能曲线 85

5.3 机械能守恒定律 86

5.3.1 质点系的功能原理和机械能守恒定律 86

5.3.2 保守系与时间反演不变性 87

5.4 质心系 88

5.4.1 柯尼希定理 88

5.4.2 质心系中的功能原理和机械能守恒定律 89

5.5 两体问题 91

5.6 碰撞 96

5.6.1 正碰 97

5.6.2 斜碰 100

5.6.3 在质心参考系讨论 101

第6章 角动量定理 103

6.1 孤立体系的角动量守恒 103

6.1.1 单质点孤立体系和掠面速度 103

6.1.2 两个质点的孤立体系和角动量 104

6.2 质点系角动量定理 105

6.2.1 质点角动量定理 105

6.2.2 质点系角动量定理 106

6.3 质心系的角动量定理 109

6.3.1 质心系的角动量定理 109

6.3.2 体系的角动量与质心的角动量 109

6.4 对称性、因果关系与守恒律 110

6.4.1 什么是对称性 110

6.4.2 物理定律的对称性 111

6.4.3 因果关系和对称性原理 112

6.4.4 守恒律与对称性 113

第7章 万有引力 116

7.1 万有引力定律 116

7.1.1 开普勒的行星运动三定律 116

7.1.2 牛顿的理论 117

7.1.3 引力的线性叠加性 121

7.2 关于万有引力的讨论 124

7.2.1 G的测定 124

7.2.2 引力的几何性 125

7.2.3 逃逸速度 125

7.3 质点在有心力场中的运动 126

7.3.1 研究有心力问题的基本方程 127

7.3.2 有心力问题的定性处理，有效势能与轨道特征 128

7.3.3 有心力问题的定量处理及轨道问题 130

7.4 牛顿宇宙学 135

7.4.1 宇宙学原理 135

7.4.2 奥伯斯佯谬和宇宙的膨胀 136

7.4.3 哈勃定律、宇宙的年龄和大小 137

7.4.4 宇宙膨胀动力学 138

第8章 刚体力学 141

8.1 刚体运动学 142

8.1.1 刚体的性质 142

8.1.2 刚体的几种特殊运动 144

8.1.3 刚体的一般运动 144

8.2 施于刚体的力系的简化 147

8.2.1 作用在刚体上的力是滑移矢量 148

8.2.2 几种特殊力系 148

8.3 刚体的定轴转动 150

8.3.1 角动量与角速度的关系 150

8.3.2 转动定律 150

8.3.3 转动惯量 151

8.3.4 定轴转动刚体的角动量守恒 154

8.4 刚体运动的基本方程与刚体的平衡 155

8.4.1 刚体运动的基本方程 155

8.4.2 刚体的平衡 155

8.5 刚体的平面平行运动 156

8.5.1 运动方程 156

8.5.2 纯滚动的运动学判据 157

8.5.3 瞬时转动中心 157

8.5.4 刚体的动能定理 159

8.5.5 刚体的重力势能 159

8.5.6 解题注意事项 160

8.6 刚体的定点运动 162

8.6.1 没有外加力矩的定点运动 162

8.6.2 陀螺的运动 164

第9章 振动和波 166

9.1 简谐振动 166

9.1.1 平衡与振动 166

9.1.2 恢复力与弹性力 167

9.1.3 简谐振动的描述 169

9.1.4 谐振子的能量 171

9.1.5 振动的合成与分解 172

9.2 阻尼振动 176

9.2.1 运动方程及其解 176

9.2.2 欠阻尼振动 177

9.2.3 临界阻尼与过阻尼 179

9.3 受迫振动与共振 179

9.3.1 运动方程及其解 179

9.3.2 稳态解分析 181

9.3.3 共振 182

9.4 机械波 185

9.4.1 机械波的产生和传波 185

9.4.2 波的分类 186

9.4.3 平面简谐波 188

9.4.4 波动方程和波的传播速度 190

9.5 波在空间中的传播 192

9.5.1 惠更斯原理 192

9.5.2 波的反射定律 193

9.5.3 波的折射定律 193

9.5.4 波的衍射 194

9.6 波的叠加 194

9.6.1 波的干涉 194

9.6.2 驻波 195

9.6.3 非相干波的叠加、波的群速度 197

9.7 多普勒效应 199

9.7.1 波源静止，观察者运动 199

9.7.2 波源运动，观察者静止 199

9.7.3 波源和观察者都运动 200

9.7.4 马赫锥 201

第10章 流体力学 202

10.1 流体的基本性质 202

10.1.1 易流动性 202

10.1.2 黏性 203

10.1.3 压缩性 203

10.2 流体运动学 204

10.2.1 流体运动分类 204

10.2.2 描写流体运动的两种方法 204

10.2.3 流线与流管 208

10.3 流体静力学 211

10.3.1 应力张量 211

10.3.2 静止流体的平衡方程 213

10.3.3 重力场中静止流体内各点的压强 214

10.3.4 浮力、浮心和定倾中心 214

10.4 无黏性流体的动力学 216

10.4.1 连续性方程 216

10.4.2 运动方程 217

10.4.3 伯努利方程的应用 219

10.5 黏性流体的运动 225

10.5.1 黏滞定律 225

10.5.2 圆管内定常层流、泊肃叶公式 226

10.5.3 层流与湍流、雷诺数 227

10.5.4 黏滞流体中运动物体所受的阻力 229

第11章 相对论 234

11.1 牛顿时空观的困难 234

11.1.1 光传播的射击理论的困难 234

11.1.2 “以太”理论及其困难 236

11.2 相对性原理 240

11.3 洛伦兹变换 242

11.4 相对论时空观 245

11.4.1 时间间隔的相对性 245

11.4.2 同时的相对性 247

11.4.3 长度的相对性 247

11.4.4 时序的相对性和因果关系 249

11.4.5 时空间隔的绝对性 250

11.4.6 速度变换 251

11.4.7 角度变换公式 253

11.4.8 加速度变换公式 254

11.5 狭义相对论力学 257

11.5.1 相对论动量和质量 257

11.5.2 相对论中的力 259

11.5.3 质能公式 260

11.5.4 静质量为零的粒子 261

11.6 狭义相对论中质量、动量和力的变换公式 262

11.6.1 质量的变换公式 262

11.6.2 动量和能量的变换公式 263

11.6.3 力的变换公式 264

11.7 广义相对论简介 265

11.7.1 等效原理、广义相对性原理与局部惯性系 265

11.7.2 光在引力场中的弯曲 266

11.7.3 引力时间延缓、引力红移 267

11.7.4 弯曲时空、水星的进动 269

习题与答案 271

参考书目 299

中英人名对照 300

名词索引 302

教学进度和作业布置 307