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绪论1

1.什么是物理学？1

2.物理学与技术2

3.物理学的方法和科学态度3

4.怎样学习物理学？5

第一章 质点运动学7

1.引言7

1.1 力学的研究对象7

1.2 质点7

1.3 参考系和坐标系8

2.时间和空间的计量8

2.1 时间的计量8

2.2 长度的计量10

3. 物质世界的层次和数量级11

3.1 数量级的概念11

3.2 空间尺度13

3.3 时标16

4. 直线运动18

4.1 亚里士多德和伽利略的运动观18

4.2 平均速度和瞬时速度18

4.3 平均加速度和瞬时加速度20

5. 曲线运动23

5.1 位移、速度和加速度的矢量表示23

5.2 抛体运动25

5.3 匀速圆周运动27

5.4 在给定轨道上的运动29

6. 相对运动33

本章提要36

思考题37

习题40

第二章 动量守恒质点动力学42

1.惯性42

1.1 惯性定律42

1.2 惯性系44

2. 质量 动量 力 冲量45

2.1 历史性的评述45

2.2 质量47

2.3 动量 动量守恒定律49

2.4 力和力的叠加原理 质点组动量守恒的条件52

2.5 牛顿定律 冲量 动量定理56

3. 单位制和量纲58

3.1 单位制 基本单位和导出单位58

3.2 量纲59

3.3 量纲分析60

4. 牛顿三定律及其应用64

4.1 牛顿三定律的表述64

4.2 自然界中常见的力65

4.3 应用举例74

4.4 生物界中某些力学相似性问题79

5. 伽利略相对性原理和非惯性系81

5.1 伽利略相对性原理81

5.2 伽利略坐标变换82

5.3 惯性力84

5.4 科里奥利力90

5.5 牛顿绝对时空观的困难和惯性的起源95

本章提要100

思考题101

习题103

第三章 机械能守恒108

1.功和能108

1.1 历史性的评述108

1.2 重力势能110

1.3 弹性势能112

1.4 动能113

1.5 功和功率114

2. 机械能守恒定律117

2.1 保守力和非保守力117

2.2 能量的各种形式119

2.3 机械能守恒定律121

2.4 保守系与时间反演不变性124

3. 一维势能曲线的运用125

3.1 一维势能曲线告诉我们什么？125

3.2 应用举例127

3.3 用量纲法分析振动的周期132

3.4 离心势能134

4. 质心系与两体碰撞135

4.1 动量中心系和质心135

4.2 质心运动定理138

4.3 克尼希定理资用能139

4.4 两体碰撞141

4.5 瞄准距离与散射截面147

5. 对称性因果关系守恒律149

5.1 什么是对称性？149

5.2 因果关系和对称性原理151

5.3 守恒律与对称性152

本章提要154

思考题156

习题157

第四章 角动量守恒刚体力学162

1.角动量守恒162

1.1 角动量162

1.2 力矩和质点组的角动量定理 角动量守恒定律164

1.3 质心系的角动量定理169

1.4 角动量守恒定律与空间各向同性171

2. 刚体运动学171

2.1 什么是刚体？171

2.2 平动和转动172

2.3 角速度173

3.刚体定轴转动175

3.1 角动量与角速度的关系175

3.2 转动惯量176

3.3 转动惯量的平行轴定理和正交轴定理179

3.4 绕定轴转动的动力学183

3.5 冲量矩185

3.6 刚体的功和能186

3.7 复摆188

4.刚体的平面平行运动190

4.1 刚体一般运动的动力学190

4.2 平面平行运动190

4.3 瞬时转动中心193

4.4 平面平行运动的动能195

5. 刚体的平衡199

5.1 刚体的平衡方程199

5.2 天平的灵敏度200

6. 回转运动201

6.1 不受外力矩的回转运动201

6.2 回转效应202

6.3 岁差204

6.4 章动205

本章提要206

思考题208

习题210

第五章 连续体力学216

1.固体的弹性216

1.1 应力和应变216

1.2 直杆的拉伸或压缩217

1.3 梁的弯曲219

1.4 柱的扭转222

1.5 相似性原理223

2. 流体静力学223

2.1 静止流体内部的应力223

2.2 静止流体中压强的分布225

2.3 帕斯卡原理226

2.4 阿基米德原理227

2.5 表面张力228

2.6 毛细现象229

3. 流体的流动231

3.1 理想流体的概念231

3.2 流线和流管232

3.3 定常流动和不定常流动232

3.4 流量233

3.5 连续性原理233

3.6 流体的反作用234

3.7 理想流体环量守恒定律235

4. 伯努利方程及其应用236

4.1 方程的推导236

4.2 方程的应用237

4.3 流体的升力240

5. 粘滞流体的流动245

5.1 流体的粘滞性245

5.2 泊肃叶公式246

5.3 斯托克斯公式248

5.4 流体的相似性原理249

6. 湍流252

6.1 层流与湍流252

6.2 附壁边界层254

6.3 通向湍流的道路255

本章提要256

思考题259

习题261

第六章 振动和波264

1.线性振动264

1.1 简谐振动的描述264

1.2 简正模269

1.3 阻尼振动271

1.4 受迫振动274

1.5 共振276

2. 振动的合成与分解280

2.1 一维共频振动的合成280

2.2 二维同频振动的合成281

2.3 不同频振动的合成和同步锁模282

2.4 傅里叶分解和次谐频285

3. 非线性振动287

3.1 自激振动287

3.2 软激励和硬激励自振 稳定的和不稳定的极限环291

3.3 什么是“混沌”？292

4. 简谐波295

4.1 波动的基本概念295

4.2 一维简谐波的描述296

4.3 一维弹性波298

4.4 波的能量和能流300

4.5 波的群速302

4.6 驻波303

4.7 阻抗及其匹配305

4.8 连续介质的波动方程306

5. 连续介质中的波308

5.1 声波和声速308

5.2 声压和声阻抗310

5.3 声强310

5.4 浅水波311

5.5 深水波314

5.6 表面张力波315

5.7 弹性波315

6. 多普勒效应与超波速运动316

6.1 多普勒效应316

6.2 艏波和马赫锥319

本章提要322

思考题326

习题328

第七章 万有引力333

1. 开普勒定律333

1.1 历史性的回顾333

1.2 开普勒的行星运动三定律336

2. 万有引力定律337

2.1 定律的建立338

2.2 定律的表述340

2.3 万有引力常量G的测定341

2.4 引力理论的成就与意义344

2.5 太阳系里有没有混沌运动？346

3. 引力场347

3.1 近距作用和超距作用347

3.2 引力场强度及其叠加原理348

3.3 高斯定理351

3.4 轴对称的引力场353

3.5 球对称的引力场355

3.6 引力场有多大？359

4. 引力势361

4.1 球体的引力势361

4.2 逃逸速度363

4.3 宇宙膨胀动力学365

5. 开普勒运动370

5.1 开普勒运动的守恒量370

5.2 有效势能曲线的利用372

5.3 位力定理和负热容376

6. 潮汐379

6.1 引潮力379

6.2 潮汐在天文上的作用384

本章提要387

思考题389

习题390

第八章 相对论393

1. 时空的相对性393

1.1 牛顿力学的困难394

1.2 爱因斯坦的假设395

1.3 同时性的相对性396

1.4 长度的相对性397

1.5 时间的膨胀399

1.6 孪生子效应400

1.7 洛伦兹收缩402

2. 洛伦兹变换与速度的合成403

2.1 洛伦兹变换公式403

2.2 速度的合成407

2.3 高速运动物体的视觉形象409

3. 狭义相对论的动力学412

3.1 动量、质量与速度的关系412

3.2 力、功和动能415

3.3 质能关系415

3.4 能量和动量的关系417

4. 闵可夫斯基空间 四维矢量与不变量418

4.1 时空间隔的不变性418

4.2 闵可夫斯基空间 四维矢量419

4.3 四维速度420

4.4 四维动量422

4.5 不变量的应用423

4.6 角分布的变换427

5. 广义相对论简介429

5.1 广义相对论原理与时空弯曲429

5.2 等效原理和广义相对论的可观测效应431

5.3 黑洞436

本章提要439

思考题441

习题442

附录A 微积分初步445

1. 函数及其图形445

1.1 函数自变量和因变量绝对常量和任意常量445

1.2 函数的图形446

1.3 物理学中函数的实例447

2. 导数449

2.1 极限449

2.2 几个物理学中的实例450

2.3 函数的变化率--导数453

2.4 导数的几何意义454

3. 导数的运算455

3.1 基本函数的导数公式455

3.2 有关导数运算的几个定理456

4. 微分和函数的幂级数展开459

4.1 微分459

4.2 幂函数的展开460

4.3 泰勒展开461

5. 积分463

5.1 几个物理中的实例463

5.2 定积分465

5.3 不定积分及其运算467

5.4 通过不定积分计算定积分470

习题471

附录B 矢量473

1. 矢量及其解析表示473

2. 矢量的加减法474

3. 矢量的标积476

4. 矢量的矢积476

5. 矢量的三重积478

6. 极矢量和轴矢量479

习题480

附录C 复数的运算481

1. 复数的表示法481

2. 复数的四则运算482

3. 欧勒公式483

4. 简谐振动的复数表示483

习题485

索引486