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绪论与预备知识 1

0.1 绪论 1

0.1.1 物理学的意义 1

0.1.2 物理学的发展 1

0.1.3 物理学的先导作用 2

0.1.4 怎样学习物理学 2

0.2 标量与矢量 3

0.2.1 标量 3

0.2.2 矢量 3

0.2.3 矢量的加法与减法 4

0.2.4 矢量乘法 5

0.2.5 矢量的直角坐标分量表示 6

0.2.6 矢量合成的解析法 7

0.2.7 矢量的导数和积分 7

第1篇 力学 9

引言 9

第1章 质点运动学 10

1.1 质点运动的描述 10

1.1.1 参考系 10

1.1.2 坐标系 10

1.1.3 质点 11

1.2 描述质点运动的四个矢量 12

1.2.1 位置矢量 12

1.2.2 位移矢量 13

1.2.3 速度 14

1.2.4 加速度 15

1.3 几种最常见的简单运动 17

1.3.1 匀加速直线运动 17

1.3.2 自由落体运动 17

1.3.3 平抛运动 17

1.4 质点运动学的两类问题 18

1.4.1 第一类问题 18

1.4.2 第二类问题 18

1.5 曲线运动中的加速度 20

1.5.1 切向加速度和法向加速度 20

1.5.2 圆周运动的角量描述 21

1.5.3 角量与线量的关系 22

1.5.4 圆周运动中的加速度 22

1.6 相对运动与绝对时空理论 23

1.6.1 相对运动 23

1.6.2 绝对时空理论 25

本章小结 27

思考题 27

习题 28

第2章 牛顿运动定律 31

2.1 牛顿运动定律 31

2.1.1 牛顿第一定律 32

2.1.2 牛顿第二定律 32

2.1.3 牛顿第三定律 34

2.1.4 牛顿运动定律的适用范围 34

2.2 物理量的单位和量纲 34

2.3 力学中几种常见力 35

2.3.1 万有引力 35

2.3.2 弹性力 37

2.3.3 摩擦力 37

2.4 牛顿运动定律的应用 38

2.5 惯性系与非惯性系 42

2.5.1 惯性系 42

2.5.2 科里奥利力 43

本章小结 45

思考题 45

习题 46

第3章 冲量和动量 51

3.1 质点的动量定理 51

3.1.1 冲量 51

3.1.2 动量 52

3.1.3 质点的动量定理 52

3.2 质点系的动量定理 55

3.3 质点系的动量守恒定律 56

3.4 碰撞 59

3.4.1 完全弹性碰撞 59

3.4.2 完全非弹性碰撞 60

3.4.3 非完全弹性碰撞 60

3.5 质心及质心运动定理 60

3.5.1 质心 60

3.5.2 质心运动定理 63

3.6 变质量问题 64

3.6.1 密歇尔斯基方程 64

3.6.2 火箭飞行问题 65

本章小结 67

思考题 67

习题 68

第4章 功和能 71

4.1 功 71

4.1.1 恒力的功 71

4.1.2 变力的功 71

4.1.3 功率 72

4.2 常见力的功 73

4.2.1 重力的功 73

4.2.2 万有引力的功 73

4.2.3 弹性力的功 74

4.2.4 摩擦力的功 74

4.3 势能 75

4.3.1 保守力 75

4.3.2 势能 75

4.4 动能定理 77

4.4.1 质点的动能定理 77

4.4.2 质点系的动能定理 79

4.4.3 动能定理的应用 80

4.5 质点系的功能原理及机械能守恒定律 81

4.5.1 质点系的功能原理 81

4.5.2 机械能守恒定律 82

4.6 能量守恒定律 82

本章小结 84

思考题 85

习题 86

第5章 刚体的定轴转动 90

5.1 刚体的运动 90

5.1.1 刚体的平动 90

5.1.2 刚体的定轴转动的描述 91

5.2 刚体的定轴转动定律 94

5.2.1 转动定律 94

5.2.2 转动定律的应用 96

5.3 转动惯量的计算 98

5.3.1 转动惯量的定义 98

5.3.2 转动惯量的计算 99

5.4 刚体定轴转动的功与能 101

5.4.1 力矩的功 101

5.4.2 绕定轴转动刚体的动能 102

5.4.3 刚体绕定轴转动的动能定理 102

5.5 角动量及角动量守恒定律 104

5.5.1 质点的角动量 104

5.5.2 质点的角动量定理和守恒定律 105

5.5.3 刚体定轴转动的角动量 107

5.5.4 刚体定轴转动的角动量定理及角动量守恒定律 108

5.6 进动 113

本章小结 114

阅读材料——对称性和守恒定律 115

思考题 117

习题 118

第2篇 热学 123

引言 123

第6章 气体动理论 124

6.1 分子运动的基本概念 124

6.1.1 分子运动沦 124

6.1.2 物体是由分子组成的 124

6.1.3 布朗运动 125

6.1.4 分子间的相互作用力 126

6.2 平衡态及理想气体的状态方程 127

6.2.1 平衡态及状态参量 127

6.2.2 理想气体状态方程 127

6.3 气体分子运动遵循的统计规律 128

6.3.1 平衡态的微观本质 128

6.3.2 理想气体分子微观模型 128

6.3.3 气体分子的热运动服从统计规律 128

6.4 理想气体压强、温度的微观本质 130

6.4.1 理想气体的压强 130

6.4.2 温度的统计解释 132

6.4.3 对理想气体定律的推证 133

6.5 能量均分定理及理想气体的内能 134

6.5.1 自由度 134

6.5.2 能量均分定理 135

6.5.3 理想气体的内能 136

6.6 麦克斯韦分子速率分布律 137

6.6.1 气体分子的速率分布及分布函数 137

6.6.2 麦克斯韦速率分布规律 138

6.6.3 三种特征速率 140

6.6.4 气体速率分布的实验验证 142

6.7 分子平均碰撞次数和平均自由程 143

6.7.1 平均碰撞次数 143

6.7.2 平均自由程 144

6.8 实际气体的范德瓦尔斯方程 145

本章小结 147

思考题 148

习题 148

第7章 热力学基础 151

7.1 准静态过程中的功、热量 151

7.1.1 准静态过程 151

7.1.2 准静态过程中的功 152

7.1.3 热量 153

7.1.4 改变内能的两种方式 154

7.2 热力学第一定律 155

7.3 热力学第一定律对理想气体的应用 156

7.3.1 等体过程 156

7.3.2 等压过程 157

7.3.3 等温过程 158

7.3.4 绝热过程 159

7.3.5 多方过程 163

7.4 循环过程及卡诺循环 164

7.4.1 循环过程 164

7.4.2 热机和制冷机 165

7.4.3 卡诺循环 169

7.5 热力学第二定律 172

7.5.1 自然界过程进行的方向性 172

7.5.2 可逆过程与不可逆过程 173

7.5.3 热力学第二定律的两种表述 173

7.5.4 两种表述的等效性 176

7.5.5 卡诺定理 176

7.5.6 能量品质 178

7.6 熵及熵增加原理 178

7.6.1 克劳修斯不等式 179

7.6.2 熵 179

7.6.3 熵增加原理及热力学第二定律的数学表述 180

7.6.4 熵增加原理及“热寂说” 181

7.7 热力学第二定律的统计意义 182

7.7.1 气体绝热自由膨胀（扩散）问题 182

7.7.2 热功转换的方向性问题 183

7.7.3 热力学第二定律的统计意义 183

本章小结 185

阅读材料——信息熵与遗传信息 186

思考题 188

习题 189

附录 193

附录1 计算中常用物理恒量 193

附录2 矢量算符 193

附录3 常用公式 195

习题答案 197

参考文献 203