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第1篇 力学 3

第1章 质点运动学与牛顿运动定律 3

1.1 质点运动的描述 3

1.1.1 参考系 质点 3

1.1.2 位置矢量 位移 4

1.1.3 速度 7

1.1.4 加速度 10

1.2 曲线运动 圆周运动 13

1.2.1 曲线运动 自然坐标系 13

1.2.2 圆周运动的角量描述 14

1.3 相对运动 18

1.4 牛顿运动定律 20

1.4.1 牛顿三定律 20

1.4.2 几种常见的力 23

1.4.3 国际单位制 量纲 26

1.4.4 惯性系 力学相对性原理 27

1.4.5 非惯性系 惯性力 29

1.5 牛顿运动定律应用举例 29

习题 34

第2章 动量守恒定律与能量守恒定律 40

2.1 质点和质点系的动量定理 40

2.1.1 冲量质点的动量定理 40

2.1.2 质点系的动量定理 42

2.2 动量守恒定律 45

2.3 动能定理 46

2.3.1 功 功率 46

2.3.2 质点的动能定理 48

2.4 保守力与非保守力 势能 50

2.4.1 保守力做功的特点 50

2.4.2 势能 52

2.5 功能原理 机械能守恒定律 53

2.5.1 功能原理 53

2.5.2 机械能守恒定律 54

2.5.3 能量守恒定律 56

习题 57

第3章 连续物体的运动 65

3.1 刚体的定轴转动 65

3.1.1 刚体的基本概念 65

3.1.2 刚体定轴转动的描述 66

3.1.3 角量与线量的关系 67

3.2 转动定律 68

3.2.1 力矩 68

3.2.2 转动定律 71

3.2.3 转动惯量 71

3.3 角动量 角动量守恒定律 76

3.3.1 质点的角动量定律和角动量守恒定律 76

3.3.2 刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律 78

3.4 力矩的功 刚体绕定轴转动的动能定理 83

3.4.1 力矩的功 功率 83

3.4.2 刚体绕定轴转动的动能定律 84

3.5 碰撞 86

3.5.1 质点的碰撞 86

3.5.2 有刚体参与的碰撞 88

3.6 流体力学 90

3.6.1 理想流体 连续性方程 90

3.6.2 伯努利方程 93

3.7 伯努利方程的应用 96

习题 98

力学在工程应用中的探究性课题 105

第2篇 振动、波和光学 117

第4章 机械振动 117

4.1 简谐振动 117

4.1.1 简谐振动的描述 117

4.1.2 描述简谐振动的几个特征量 119

4.2 旋转矢量法 121

4.3 复摆和单摆 123

4.3.1 复摆 123

4.3.2 单摆 124

4.4 简谐振动的能量 124

4.5 简谐振动的合成 126

4.5.1 两个同方向同频率简谐振动的合成 126

4.5.2 同方向、不同频率简谐振动的合成 127

4.5.3 互相垂直的同频率简谐振动的合成 128

4.5.4 互相垂直的不同频率简谐振动的合成 130

4.6 阻尼振动 受迫振动 共振 132

4.6.1 阻尼振动 132

4.6.2 受迫振动 133

4.6.3 共振 134

习题 136

第5章 机械波 142

5.1 机械波的基本概念 142

5.1.1 机械波的产生与传播 142

5.1.2 横波与纵波 142

5.1.3 描写波动过程的物理量 143

5.1.4 波线 波面 波前 145

5.2 平面简谐波的波函数 145

5.2.1 平面简谐波的波函数 146

5.2.2 波函数的物理意义 147

5.3 波的能量 能流密度 150

5.3.1 波的能量 150

5.3.2 能流密度 151

5.4 惠更斯原理 波的衍射和干涉 152

5.4.1 惠更斯原理 152

5.4.2 波的衍射 153

5.4.3 波的干涉 153

5.5 驻波 155

5.5.1 驻波的产生 155

5.5.2 驻波方程 156

5.6 多普勒效应 159

习题 164

第6章 波动光学 171

6.1 相干光 171

6.1.1 光波的叠加 相干条件 171

6.1.2 获得相干光的两种方法 172

6.2 杨氏双缝干涉实验 劳埃德镜 172

6.2.1 杨氏双缝干涉实验 172

6.2.2 劳埃德镜 175

6.3 光程 光程差 176

6.3.1 光程 光程差 176

6.3.2 薄透镜不引起附加光程差 177

6.4 薄膜干涉 177

6.4.1 薄膜干涉 177

6.4.2 薄膜干涉的应用 179

6.5 劈尖 牛顿环 180

6.5.1 劈尖 180

6.5.2 劈尖干涉的应用 182

6.5.3 牛顿环 184

6.6 迈克耳孙干涉仪 185

6.7 光的衍射 187

6.7.1 光的衍射现象 187

6.7.2 惠更斯-菲涅耳原理 188

6.7.3 菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射 188

6.8 夫琅禾费单缝衍射 189

6.9 夫琅禾费圆孔衍射 光学仪器的分辨本领 193

6.10 衍射光栅 195

6.10.1 光栅 195

6.10.2 光栅方程 197

6.10.3 缺级现象 198

6.10.4 光栅光谱 198

6.11 光的偏振 199

6.11.1 光的偏振 200

6.11.2 起偏和检偏 201

6.11.3 反射和折射时光的偏振 203

习题 206

第3篇 热学 213

第7章 气体动理论 213

7.1 平衡态 温度 理想气体物态方程 213

7.1.1 平衡态 213

7.1.2 气体的物态参量 214

7.1.3 温度 214

7.1.4 理想气体的物态方程 215

7.2 物质的微观模型 统计规律性 217

7.2.1 物质结构的分子特征 217

7.2.2 气体分子热运动及其统计规律性 219

7.3 理想气体的压强公式 220

7.3.1 理想气体的分子模型 220

7.3.2 理想气体压强公式的推导 220

7.4 理想气体的温度公式 224

7.4.1 温度的统计意义 224

7.4.2 气体分子的方均根速率 225

7.5 能量均分定理 理想气体的内能 226

7.5.1 自由度 226

7.5.2 能量按自由度均分定理 227

7.5.3 理想气体的内能 228

7.6 麦克斯韦气体分子速率分布律 229

7.6.1 速率分布的描述 229

7.6.2 麦克斯韦速率分布律 231

7.6.3 分子热运动的三种统计速率 232

7.6.4 麦克斯韦速率分布曲线的性质 234

7.7 分子平均碰撞频率和平均自由程 235

习题 238

第8章 热力学基础 242

8.1 准静态过程 功 内能 热量 242

8.1.1 准静态过程 242

8.1.2 功 243

8.1.3 内能 244

8.1.4 热量 244

8.2 热力学第一定律 245

8.3 理想气体的等值过程 247

8.3.1 等体过程 247

8.3.2 等压过程 247

8.3.3 等温过程 248

8.4 气体的摩尔热容 250

8.4.1 摩尔热容 250

8.4.2 理想气体的摩尔定容热容 250

8.4.3 理想气体的摩尔定压热容 251

8.4.4 比热容比 251

8.5 理想气体的绝热过程 253

8.5.1 绝热过程 253

8.5.2 绝热线和等温线 254

8.6 循环过程 卡诺循环 256

8.6.1 循环过程 256

8.6.2 正循环 热机的效率 257

8.6.3 逆循环 制冷机的效率 258

8.6.4 卡诺循环 260

8.7 热力学第二定律 卡诺定理 264

8.7.1 热力学第二定律的两种表述 264

8.7.2 可逆过程和不可逆过程 265

8.7.3 卡诺定理 266

8.8 热力学第二定律的统计意义 熵 267

8.8.1 热力学第二定律的统计意义 267

8.8.2 热力学概率与玻耳兹曼熵 269

8.8.3 熵增加原理 270

习题 271

部分习题参考答案 278