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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