目錄
序
第1章 質點運動學 1
1.1 時間和空間 1
1.1.1 時間單位與基準 2
1.1.2 長度的單位與基準 3
1.2 質點和參考系 4
1.2.1 質點 4
1.2.2 參考系 4
1.3 描述質點運動的物理量 5
1.3.1 位置矢量和軌道方程（也稱運動方程） 5
1.3.2 位移和路程 6
1.3.3 速度與速率 7
1.3.4 加速度 9
1.4 描述質點運動的坐標系 10
1.4.1 直角坐標系 10
1.4.2 平面極坐標系 16
1.4.3 自然坐標系 19
1.5 運動學的反問題 22
1.6 相對運動和伽利略變換 24
1.6.1 伽利略坐標變換 25
1.6.2 伽利略變換蘊含了牛頓的絕對時空觀 26
1.6.3 伽利略速度變換 27
1.6.4 質點的加速度對伽利略變換為不變量 29
習題 29
第2章 質點動力學 33
2.1 牛頓運動定律 33
2.1.1 牛頓第一定律 33
2.1.2 牛頓第二定律 36
2.1.3 牛頓第三定律（作用與反作用律） 39
2.1.4 牛頓定律的意義和局限性 39
2.2 基本相互作用和日常生活中常見的力 40
2.2.1 四種基本相互作用 40
2.2.2 日常生活中常見的力 41
2.3 動力學問題的求解 43
2.4 非慣性系和慣性力 52
2.4.1 加速平動參考系中的慣性力 53
2.4.2 在勻速轉動參考系中靜止小球所受的慣性力——慣性離心力 55
2.4.3 在勻速轉動的參考系中做勻速直線運動的小球所受的慣性力——科里奧利力 56
2.4.4 潮汐現(xiàn)象的解釋 58
習題 63
第3章 動量守恒定律 69
3.1 動量定理與動量守恒定律 69
3.1.1 力的時間積累效應和質點的動量定理 69
3.1.2 質點系動量定理 70
3.1.3 動量守恒定律 73
3.2 變質量物體的運動 75
3.2.1 變質量體系 75
3.2.2 運動方程 75
3.2.3 運載火箭的運動 77
習題 79
第4章 機械能守恒定律 82
4.1 尋找運動的不變量 82
4.2 力的空間積累效應和質點動能定理 84
4.2.1 力的空間積累效應和質點動能定理 84
4.2.2 功和功率 85
4.2.3 質點系動能定理 86
4.3 勢能 88
4.3.1 有心力及其做功特點 88
4.3.2 勢能 90
4.3.3 勢能曲線 92
4.4 功能原理和機械能守恒定律 94
4.5 碰撞 96
4.5.1 碰撞的一般概念兩體碰撞 96
4.5.2 一維彈性碰撞 97
4.5.3 一維非彈性碰撞及其能量損失 98
4.5.4 二維彈性碰撞的守恒方程與共面性質 101
習題 103
第5章 角動量守恒定律 107
5.1 力矩與角動量 107
5.1.1 力矩 107
5.1.2 角動量 108
5.2 質點角動量定理與角動量守恒 109
5.2.1 質點角動量定理 109
5.2.2 質點角動量守恒定律 109
5.3 質點系角動量守恒定律 113
5.3.1 質點系角動量定理 113
5.3.2 質點系角動量守恒定律 114
5.4 質點在有心力場中的運動 115
5.4.1 有心力 115
5.4.2 有心力場中質點運動的一般特征 116
5.4.3 有效勢能和軌道特征 117
5.5 開普勒定律 122
5.5.1 行星運動的開普勒定律 122
5.5.2 由開普勒定律導出萬有引力定律 124
5.6 對稱性與守恒定律 126
5.6.1 什么是對稱性 126
5.6.2 物理定律的對稱性 127
5.6.3 對稱性與守恒定律 128
習題 129
第6章 質心力學定理 132
6.1 概述 132
6.2 質心運動定理 132
6.2.1 質心概念的引入 132
6.2.2 質心動量變化定理 136
6.2.3 質心參考系 137
6.3 質心動能定理 139
6.3.1 質心動能定理 139
6.3.2 兩體相對質心的動能公式 140
6.3.3 導出碰撞動能虧損公式 141
6.3.4 重力勢能和質心勢能 142
6.3.5 般質心系中的功能原理與機械能守恒定律 142
6.4 質心角動量定理 144
6.4.1 質點系總角動量等于質心角動量與相對質心角動量之和 144
6.4.2 質心角動量變化定理 145
6.4.3 質心系的角動量變化定理 145
6.4.4 體系的角動量與質心的角動量 146
習題 147
第7章 剛體力學 149
7.1 剛體的一般概念 149
7.1.1 剛體 149
7.1.2 對剛體的研究方法 149
7.1.3 剛體的自由度 149
7.1.4 剛體運動的分類 150
7.2 剛體的定軸轉動 151
7.2.1 定軸轉動的描述 151
7.2.2 角量與線量的關系 152
7.2.3 剛體定軸轉動定律 153
7.3 轉動慣量的計算 156
7.3.1 轉動慣量的計算 156
7.3.2 轉動慣量的平行軸定理 158
7.3.3 轉動慣量的垂直軸定理 159
7.4 定軸轉動剛體的動能定理 160
7.4.1 力矩的功 160
7.4.2 剛體的轉動動能 161
7.4.3 動能定理 161
7.4.4 剛體的重力勢能 161
7.4.5 定軸轉動剛體的角動量守恒 162
7.5 剛體的平面平行運動 163
7.5.1 平面平行運動的若干重要性質 163
7.5.2 平面運動的運動方程 164
7.5.3 純滾動的運動學判據(jù) 165
7.5.4 平面平行運動剛體的功能原理 165
7.5.5 組剛體力學的例題 166
7.6 陀螺的進動 174
7.6.1 不受外力矩作用的陀螺 174
7.6.2 陀螺的進動 175
7.6.3 章 動 177
7.6.4 回轉效應的應用 177
習題 177
第8章 流體力學 183
8.1 流體的宏觀物理性質 183
8.1.1 易流動性 183
8.1.2 黏性 183
8.1.3 壓縮性 184
8.2 流體靜力學 184
8.2.1 靜止流體的壓強 184
8.2.2 重力場中靜止流體內各點的壓強 186
8.2.3 壓強的單位 188
8.3 浮力、浮心和定傾中心 189
8.3.1 浮力 189
8.3.2 浮心和定傾中心 189
8.4 流體的定常流動 191
8.4.1 描述流體運動的兩種方法 191
8.4.2 流線和流管 192
8.5 伯努利方程及其應用 194
8.5.1 理想流體 195
8.5.2 伯努利方程 195
8.5.3 伯努利方程的應用 196
8.6 黏性流體的運動 201
8.6.1 黏滯定律 202
8.6.2 黏性流體的運動規(guī)律 202
8.6.3 圓管內定常層流、泊肅葉公式 203
8.6.4 層流與湍流、雷諾數(shù) 205
8.6.5 斯托克斯黏性公式 205
習題 206
第9章 機械振動 209
9.1 簡諧振動 209
9.1.1 簡諧振動的物理機制 209
9.1.2 簡諧振動的動力學方程 211
9.1.3 簡諧振動的特征量 212
9.1.4 簡諧振子的能量 213
9.1.5 簡諧振動的表示法 214
9.2 振動的合成與分解 217
9.2.1 同方向、同頻率、有恒定位相差的兩個簡諧振動的合成 217
9.2.2 同方向不同頻率的兩個簡諧振動的合成 218
9.2.3 方向垂直、頻率相同的兩個簡諧振動的合成（二維振動） 219
9.2.4 方向垂直、頻率不同的兩個簡諧振動的合成 220
9.2.5 振動的分解、諧波分析（傅里葉分析） 220
9.3 阻尼振動 221
9.3.1 阻尼振動的動力學方程及其解 222
9.3.2 阻尼振子的能量 223
9.3.3 品質因素 224
9.4 受迫振動與共振 224
9.4.1 劫力學方程及其解 99K
9.4.2 受迫振動的振幅、相位與強迫力頻率的關系 226
9.4.3 共振曲線的銳度 228
9.4.4 系統(tǒng)放大倍數(shù)，Q的第三種物理意義 229
習題 230
第10章 機械波 233
10.1 機械波的一般概念 233
10.1.1 機械波產(chǎn)生的條件 233
10.1.2 機械波的產(chǎn)生與傳播 233
10.1.3 球面波和平面波 236
10.2 簡諧波的運動學方程 236
10.3 波的動力學方程和波的傳播速度 240
10.3.1 彈性棒中縱波的波動方程和波速 240
10.3.2 橫波的傳播速度 241
10.4 波的能量和強度 242
10.4.1 波的能量 242
10.4.2 波的能量密度 244
10.4.3 波的能流密度 244
10.4.4 聲強級 244
10.5 波在空間中的傳播 245
10.5.1 惠更斯原理 245
10.5.2 波的反射定律 246
10.5.3 波的折射定律 246
10.5.4 波的衍射 247
10.6 波的疊加 248
10.6.1 波的干涉 248
10.6.2 駐波 249
10.7介質色散和波包群速度 250
10.7.1 介質色散 250
10.7.2 波包群速度 251
10.8多普勒效應 253
10.8.1 波源靜止，觀察者運動 254
10.8.2 波源運動，觀察者靜止 254
10.8.3 波源和觀察者都運動 255
習題 256
第11章 狹義相對論 260
11.1 狹義相對論誕生的背景和條件 260
11.1.1 伽利略變換和力學相對性原理 260
11.1.2 麥克斯韋電磁場理論和伽利略變換的矛盾 260
11.2 愛因斯坦狹義相對論的基本原理 262
11.2.1 狹義相對論的基本原理 262
11.2.2 相對論的時空變換關系——洛倫茲變換 263
11.3 狹義相對論時空觀 266
11.3.1 運動的時鐘變慢了 267
11.3.2 運動的直尺縮短了 269
11.3.3 同時的相對性 270
11.3.4 時序與因果關系 270
11.3.5 時空間隔的絕對性 271
11.4 相對論的速度合成律 272
11.5 狹義相對論動力學 274
11.5.1 質速關系 275
11.5.2 相對論動量和力 276
11.5.3 質能關系 277
11.5.4 相對論能量——動量關系 280
11.5.5 靜質量為零的粒子 280
11.6 廣義相對論簡介 281
11.6.1 等效原理 281
11.6.2 廣義相對性原理 283
11.6.3 光線在引力場中的彎曲 283
11.6.4 引力時間延緩、引力紅移 284
11.6.5 引力的長度收縮、水星的進動 285
習題 286
習題答案 290
參考書目 302