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第一篇 力学的物理基础 3

引言 3

第一章 质点运动学 5

目的与要求 5

1.1 参照系 质点 6

1.1.1 参照系和坐标系 6

1.1.2 时刻和时间 9

1.1.3 质点 9

1.1.4 质点的位置矢量 11

1.2 速度 12

1.2.1 位移矢量(位移) 12

1.2.2 速度 14

1.3 加速度 17

1.4 直线运动 自由落体运动 21

1.4.1 运动学的两类问题 21

1.4.2 匀加速直线运动 34

1.4.3 自由落体运动 37

1.5 匀速率圆周运动 向心加速度 44

1.6 一般曲线运动 切向加速度和法向加速度 47

1.6.1 变速率圆周运动的加速度 47

1.6.2 一般曲线运动的加速度 50

1.7 质点在圆周运动中的角位移、角速度和角加速度 55

1.7.1 角坐标和角位移 55

1.7.2 角速度和角加速度 56

1.7.3 线量与角量间的关系 57

1.8 用直角坐标象描述运动 60

1.8.1 直角坐标系中速度和加速度的解析表示式 60

1.8.2 抛射体运动 65

1.9 相对运动 72

第一章习题 80

第二章 牛顿运动定律 85

目的与要求 85

2.1 牛顿第一定律 86

2.1.1 牛顿第一定律 86

2.1.2 惯性 86

2.1.3 力的初步概念 87

2.2 牛顿第二定律 89

2.2.1 牛顿第二定律 89

2.2.2 质量的概念 90

2.2.3 合力的概念 力的叠加原理 91

2.2.4 牛顿第二定律的投影式 92

2.3 牛顿第三定律 94

2.3.1 牛顿第三定律 94

2.3.2 正确区分一对作用与反作用力和一对平衡力 95

2.4 力学中常见的几种力 96

2.4.1 万有引力 97

2.4.2 弹性力 100

2.4.3 摩擦力 104

2.5 牛顿定律的应用 107

2.5.1 运用牛顿定律解题的方法步骤 107

2.5.2 牛顿定律在直线运动问题中的应用举例 120

2.5.3 牛顿定律在圆周运动问题中的应用举例 130

2.6 惯性参照系和非惯性参照系 惯性力 138

2.6.1 惯性参照系 138

2.6.2 伽利略相对性原理 140

2.6.3 非惯性参照系中的惯性力 141

第二章习题 148

第三章 动量 154

目的与要求 154

3.1 动量与冲量 质点的动量定理 156

3.1.1 动量 156

3.1.2 质点的动量定理 157

3.1.3 冲量的概念 160

3.1.4 动量定理的投影式 162

3.1.5 动量定理应用举例 163

3.2 质点系的动量定理 170

3.2.1 质点系 内力与外力 170

3.2.2 质点系的动量定理 170

3.3 动量守恒定律 174

3.3.1 质点系的动量守恒定律 174

3.3.2 动量守恒定律成立的条件 175

3.3.3 动量守恒定律的投影式 176

3.3.4 动量守恒定律是自然界的普遍规律 177

3.3.5 动量守恒定律应用举例 177

3.3.6 应用动量守恒定律解题方法步骤 183

3.4 火箭飞行原理 184

第三章习题 189

第四章 功与能 193

目的与要求 193

4.1 功 功率 195

4.1.1 功 195

4.1.2 功率 201

4.2 动能 动能定理 204

4.2.1 动能定理 204

4.2.2 动能的概念 206

4.2.3 动能定理应用举例 208

4.3 保守力 势能 211

4.3.1 保守力与非保守力 211

4.3.2 势能 217

4.4 功能原理 225

4.4.1 质点系的动能定理 225

4.4.2 功能原理 227

4.4.3 功能原理应用举例 229

4.5 机械能守恒定律 能量转化与守恒定律 234

4.5.1 机械能守恒定律 234

4.5.2 机械能守恒定律应用举例 236

4.5.3 普遍能量转化与守恒定律 240

4.6 动量守恒定律和机械能守恒定律的联合应用 243

4.6.1 球体的正碰 244

4.6.2 运动过程的分段考虑 250

第四章习题 257

第五章 刚体的转动 264

目的与要求 264

5.1 刚体的平动、转动和定轴转动 265

5.1.1 刚体 265

5.1.2 平动和转动 266

5.1.3 定轴转动 267

5.1.4 角速度矢量 269

5.2 刚体的定轴转动定律 272

5.2.1 力对转轴的力矩 272

5.2.2 刚体的定轴转动定律 275

5.2.3 转动惯量 回转半径 278

5.2.4 刚体的定轴转动定律应用举例 283

5.3 转动刚体的功能关系 287

5.3.1 刚体的转动动能 287

5.3.2 力矩的功 288

5.3.3 定轴转动刚体的动能定理 289

5.4 质心 质心运动定理 292

5.4.1 质心概念 292

5.4.2 质心位置的计算 294

5.4.3 质心运动定理 299

5.5 刚体的角动量 角动量守恒定律 301

5.5.1 质点对转轴的角动量 301

5.5.2 刚体对转轴的角动量 302

5.5.3 刚体的角动量定理 303

5.5.4 角动量守恒定律 304

5.6 经典力学的适用范围 310

第五章习题 315

力学复习题 320

第二篇 热学 329

第六章 总论 329

6.1 热学的研究对象 329

6.2 物质分子运动论的基本原理及其实验基础 330

6.3 物质在不同聚集态时的分子内聚力与热运动 334

6.4 物质分子运动论与热力学的研究方法 335

6.5 微观量与宏观量 336

第七章 气体分子运动论(一) 338

目的与要求 338

7.1 气体的状态参量 平衡状态 339

7.2 气体的实验定律 345

7.2.1 玻意尔-马略特定律 345

7.2.2 盖·吕萨克定律 346

7.2.3 查理定律 347

7.2.4 气体定律 348

7.2.5 阿伏伽德罗定律 349

7.3 理想气体状态方程 350

7.3.1 理想气体 350

7.3.2 理想气体状态方程 351

7.3.3 状态方程与过程方程 353

7.3.4 摩尔气体常数只的数值 354

7.3.5 理想气体密度公式 355

7.3.6 应用举例 355

7.4 气体分子运动论压强基本公式 358

7.4.1 压强的成因 358

7.4.2 理想气体的微观模型 359

7.4.3 压强的计算 360

7.4.4 压强基本公式的意义 364

7.5 气体分子运动论能量基本公式 366

7.5.1 气体分子平均平动动能与温度的关系——能量基本公式 366

7.5.2 理想气体状态方程的另一表示形式 368

7.6 能量按自由度均分原理 理想气体的内能 372

7.6.1 运动自由度的概念 373

7.6.2 气体分子运动的自由度 374

7.6.3 能量按自由度均分原理 376

7.6.4 理想气体的内能 378

7.7 气体分子热运动的统计规律 381

7.7.1 气体分子热运动的基本特征 381

7.7.2 气体分子热运动速率分布规律 383

7.7.3 气体分子的碰撞与平均自由程 395

第七章习题 402

第八章 气体分子运动论(二) 405

目的与要求 405

8.1 气体中的输运过程 406

8.1.1 气体中的扩散现象 407

8.1.2 气体中的热传导现象 411

8.1.3 内摩擦现象(粘滞现象) 415

8.1.4 三种输运过程的比较 421

8.2 真实气体 范德瓦耳斯方程 422

8.2.1 真实气体的等温线 423

8.2.2 范德瓦耳斯方程 427

第八章习题 436

第九章 热力学基础 437

目的与要求 437

9.1 功 热量 热力学系统的内能 439

9.1.1 热力学系统 439

9.1.2 作功和传热是热力学系统与外界间传递能量的两种方式 439

9.1.3 热力学系统的内能 441

9.1.4 功、热量与内能在概念上的区别 442

9.2 热力学第一定律 444

9.3 平衡过程中功、热量和内能增量的计算 446

9.3.1 平衡过程中功的计算 447

9.3.2 平衡过程中热量的计算 450

9.3.3 内能增量的计算 451

9.4 热力学第一定律对于理想气体的等值过程的应用 453

9.4.1 等容过程 454

9.4.2 等压过程 456

9.4.3 理想气体的定容摩尔热容量和定压摩尔热容量理论 459

9.4.4 等温过程 463

9.5 绝热过程 466

9.6 循环过程 热机循环和致冷机循环 475

9.6.1 循环过程 475

9.6.2 热机循环 热机效率 477

9.6.3 致冷机循环 致冷系数 480

9.6.4 实际热机和致冷机举例 483

9.7 卡诺循环及其效率 487

9.8 热力学第二定律 495

9.9 可逆过程与不可逆过程热力学第二定律的普遍意义 501

9.9.1 热力学第二定律的普遍意义 501

9.9.2 可逆过程与不可逆过程 503

9.9.3 卡诺定理 507

9.10 热力学第二定律的统计意义 509

第九章习题 518

热学复习题 523

附录Ⅰ 矢量的运算 530

Ⅰ.1 矢量的意义和表示 530

Ⅰ.2 矢量相加和相减 531

Ⅰ.3 矢量分解 正交分解和解析表示式 534

Ⅰ.4 矢量的乘法 539

附录Ⅱ 力学单位制和量纲 544

Ⅱ.1 基本量和导出量 单位制 544

Ⅱ.2 国际单位制(SI) 545

Ⅱ.3 量纲 546

力学习题答案 549

力学复习题答案及部分解答 554

热学习题答案 557

热学复习题答案及部分解答 559