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绪论1

一、物理学研究的知识领域与课程体系分类1

1.物理学研究的知识领域与课程体系分类1

2.力学在物理学中的作用2

二、物理学发展简史2

1.古代——科学的原始时期2

2.中世纪（公元5—15世纪）——科学的黑暗时期3

3.16、17世纪——科学的革命时期3

4.18世纪——科学的渐进时期7

5.19世纪——经典物理大厦的建成时期8

6.20世纪以后——近代物理学的发展时期8

第一篇 质点基本运动规律13

第一章 质点运动学13

1.1位置矢量、速度、加速度及其相互关系13

1.1.1质点、参考系、坐标系13

1.1.2位置矢量、位移、速度、加速度及其相互关系15

1.2位置矢量、速度、加速度相互关系的坐标表示17

1.2.1直角坐标系下的表示18

1.2.2平面极坐标系下的表示18

1.2.3本征坐标系下的表示20

1.2.4质点运动学应用举例21

1.3相对运动25

1.3.1速度和加速度在平动与静止参考系间的变换25

1.3.2速度和加速度在匀角速转动与静止参考系间的变换26

1.3.3相对运动应用举例27

本章知识单元和知识点小结29

习题29

第二章 惯性系下质点动力学33

2.1牛顿三定律34

2.1.1牛顿第一定律34

2.1.2牛顿第二定律35

2.1.3牛顿第三定律40

2.2力的分类40

2.3力学中常见的力及微观解释41

2.3.1万有引力42

2.3.2重力43

2.3.3弹性力43

2.3.4摩擦力46

2.4量纲48

2.4.1基本量和导出量48

2.4.2量纲49

2.4.3量纲的意义49

阅读资料A关于万有引力的建立过程与引力传播问题50

本章知识单元和知识点小结53

习题53

第三章 非惯性系下质点动力学59

3.1相对性原理59

3.2非惯性系下质点动力学60

3.2.1加速平动非惯性系中的惯性力61

3.2.2匀角速转动非惯性系中的惯性力63

3.3引力场与等效原理66

3.3.1引力场66

3.3.2等效原理67

3.4地球表面惯性力现象分析69

本章知识单元和知识点小结74

习题74

第二篇 质点组运动定理（原理）与守恒定律81

第四章 质点组动量定理与守恒定律81

4.1质点组的质心运动81

4.1.1质点组的质心与质心运动定律81

4.1.2质心的特点与求法82

4.1.3质心坐标系86

4.2质点组动量定理与守恒定律87

4.2.1质点的动量定理87

4.2.2质点组动量定理88

4.2.3质心动量定理89

4.2.4质点组动量守恒90

4.2.5质心系下质点组动量92

4.3质点组动量定理应用93

4.3.1变质量主体与附体之间的相互作用力93

4.3.2变质量质点组运动方程应用举例95

阅读资料B关于动量和能量的历史讨论96

本章知识单元和知识点小结97

习题98

第五章 质点组功能原理与机械能守恒定律103

5.1质点组动能定理103

5.1.1质点动能定理103

5.1.2力的功、功率104

5.1.3质点组动能定理107

5.2质点组动能定理中的内力功分析109

5.2.1一对内力功的特点110

5.2.2保守内力与非保守内力111

5.2.3质点组的势能113

5.3质点组功能原理与机械能守恒定律117

5.3.1质点组功能原理117

5.3.2质点组机械能守恒定律118

5.3.3静系与质心系下质点组动能关系119

5.3.4质心系下质点组的功能原理120

5.3.5能量守恒定律122

5.4碰撞122

5.4.1碰撞的特点123

5.4.2一维碰撞过程与分类123

5.4.3碰撞定律125

5.4.4二维碰撞127

本章知识单元和知识点小结130

习题131

第六章 质点组角动量定理与守恒定律137

6.1质点角动量定理137

6.1.1质点的角动量定理137

6.1.2力的力矩139

6.1.3质点的角动量140

6.1.4质点角动量守恒141

6.2质点组角动量定理与守恒定律143

6.2.1质点组角动量定理143

6.2.2质点组角动量守恒定律147

6.2.3静系与质心系下质点组角动量关系148

6.2.4质心系中质点组的角动量定理149

6.3守恒律与对称性150

6.3.1对称性150

6.3.2因果关系与对称原理151

6.3.3守恒律与对称性151

6.4有心力场问题152

6.4.1三种宇宙速度152

6.4.2有效势能与轨道特征154

6.4.3两体化单体问题157

本章知识单元和知识点小结158

习题159

第三篇 特殊质点组的运动与质点组的特殊运动形式165

第七章 刚体165

7.1刚体定轴转动运动学165

7.1.1描述刚体定轴转动的转动参量165

7.1.2转动参量的矢量性分析167

7.1.3转动角量与线量的关系168

7.2刚体定轴转动动力学169

7.2.1刚体定轴转动的势能、动能、角动量、外力功169

7.2.2转动惯量172

7.2.3刚体定轴转动的转动定律176

7.2.4刚体定轴转动的角动量定理与角动量守恒定律176

7.2.5刚体定轴转动的动能定理178

7.3刚体平面平行运动的处理方法179

7.3.1作用在刚体上的力系及其简化180

7.3.2刚体平面平行运动的处理方法182

7.4以质心为基点处理刚体的平面平行运动183

7.4.1平面平行运动的动能及角动量的表达式184

7.4.2描述刚体的平动和转动的方程184

7.4.3刚体平面平行运动举例185

7.5刚体平面平行运动中的瞬时转轴197

7.5.1刚体平面平行运动中的瞬时转轴197

7.5.2刚体绕瞬时转轴的动能定理198

7.5.3刚体绕瞬时转轴的转动定律198

7.6刚体的平衡199

7.7对称刚体的定点进动现象200

7.7.1对称刚体的惯量主轴200

7.7.2刚体不受外力矩作用时的进动现象201

7.7.3刚体受外力矩作用时的进动现象202

7.7.4刚体受外力矩作用时的章动现象203

7.7.5刚体定点纯滚动时的进动现象应用举例204

本章知识单元和知识点小结207

习题209

第八章 流体217

8.1静流体217

8.1.1静流体内任意一点压强217

8.1.2静流体内不同点压强的关系219

8.1.3阿基米德原理与帕斯卡定律220

8.2理想流体的定常流动223

8.2.1动流体的描述223

8.2.2动流体内任意一点的压强225

8.2.3连续性方程225

8.2.4伯努利方程226

8.3伯努利方程的应用227

8.3.1小孔流速测量227

8.3.2管道中液体流速测量——汾丘里流量计227

8.3.3非管道中流体流速测量——皮托管228

8.3.4虹吸现象229

8.3.5机翼的升力，马格纳斯效应230

8.4黏性流体的流动231

8.4.1黏性流体的黏性定律231

8.4.2黏性流体在水平圆管内的流动——泊肃叶公式232

8.4.3黏性流体伯努利方程的修正233

8.4.4层流、湍流——雷诺数234

8.4.5物体在黏性流体中所受阻力——斯托克斯公式234

本章知识单元和知识点小结235

习题235

第九章 振动240

9.1简谐振动240

9.1.1简谐振动的动力学方程及其解240

9.1.2简谐振动的运动学特征245

9.1.3简谐振动的几何描述248

9.1.4简谐振动的合成249

9.2阻尼振动254

9.2.1阻尼振动的微分方程及其解254

9.2.2弱阻尼振动的能量损失、品质因数256

9.3受迫运动258

9.3.1受迫振动的微分方程及其解258

9.3.2受迫振动的共振现象260

9.3.3受迫振动中的能量262

9.4二自由度振动——简正频率262

本章知识单元和知识点小结264

习题265

第十章 波动271

10.1机械波的定性描述271

10.1.1产生机械波的条件与波的特点271

10.1.2波的几何描述272

10.1.3波的分类272

10.2机械波的波动方程273

10.2.1张紧弦线的波动方程273

10.2.2固体的弹性波动方程274

10.3机械波的运动学方程277

10.3.1机械波波动方程的解277

10.3.2波传播形式的分类278

10.3.3波的相速度与群速度279

10.4简谐机械波的运动学方程282

10.4.1描述简谐波特征的物理量282

10.4.2相位传输法确定平面简谐波表达式283

10.4.3平面简谐波几种常见的表达式284

10.5机械波的能量、传播以及反射与合成285

10.5.1行波的能量285

10.5.2波的衍射、惠更斯原理288

10.5.3波的叠加原理289

10.5.4波在界面的反射与透射290

10.5.5驻波292

10.5.6简正频率295

10.6多普勒效应298

本章知识单元和知识点小结301

习题302

第四篇 时空结构309

第十一章 狭义相对论简介309

11.1经典时空观与实验的矛盾309

11.1.1伽利略变换——经典时空观310

11.1.2迈克耳孙-莫雷实验311

11.2狭义相对论的两条基本假设313

11.3洛伦兹变换与速度和加速度变换314

11.3.1洛伦兹变换314

11.3.2相对论中的速度和加速度变换316

11.3.3伽利略变换与洛伦兹变换的分析比较317

11.4狭义相对论运动学的基本现象319

11.4.1同时的相对性319

11.4.2时间延缓321

11.4.3长度收缩323

11.4.4时钟的同步326

11.4.5多普勒效应328

11.4.6孪生子佯谬330

11.5狭义相对论动力学基本关系式334

11.5.1相对论中的质量和动量334

11.5.2相对论中的动能、质能关系335

11.5.3相对论中的能量与动量的关系335

11.5.4相对论中的力336

11.5.5静质量为零的粒子337

本章知识单元和知识点小结338

习题339

第十二章 广义相对论与宇宙学简介343

12.1狭义相对论的两个遗留问题343

12.2广义相对论的等效原理344

12.3引力场中的坐标钟和坐标尺346

12.4广义相对论预言的现象与实验证实347

12.4.1光线偏折与星体位置观测和引力透镜347

12.4.2引力时间延缓与引力红移349

12.4.3时空弯曲与水星轨道进动350

12.4.4引力场中光速减慢与雷达回波延迟351

12.4.5黑洞352

12.4.6引力子与引力波353

12.5宇宙的物质结构与年龄354

12.6宇宙的统一整体性——宇宙学原理355

12.7宇宙在膨胀——哈勃定律与奥伯斯佯谬356

12.8宇宙的起源——大爆炸理论模型357

12.9暗物质与暗能量359

12.10恒星的演化与发光星体的观测分类360

12.10.1恒星的演化——白矮星、中子星、黑洞360

12.10.2发光星体的观测分类——星座361

阅读资料C关于引力场方程的简要介绍362

参考文献370

常用数据372

习题参考答案374