大学物理教程 上

绪论 1

目录 1

第一篇 力学 4

第1章　运动的描述 4

1.1　参考系　坐标系　物理模型 4

1.1.1　参考系 4

1.1.2　坐标系 5

1.1.3　物理模型 6

1.2　描述运动的物理量 8

1.2.1　位矢和运动方程 8

1.2.2　位移和速度 8

1.2.3　加速度 10

1.3.1 直角坐标系 11

1.3　坐标系的运用 11

1.3.2 自然坐标系 15

1.4　两类运动学问题 18

1.5　相对运动 23

思考题 26

习题1 26

第2章　牛顿运动定律 28

2.1　牛顿运动定律及其应用 28

2.1.1　牛顿运动定律的表述 28

2.1.2　牛顿运动定律的应用 30

2.2　惯性系　非惯性系与惯性力 34

2.3　SI中的单位和量纲 37

思考题 38

习题2 40

第3章　动量　动量定理 42

3.1　动量　冲量　动量定理 42

3.2　质点系的动量定理　动量守恒定律 44

3.3　变质量问题（火箭） 47

思考题 51

习题3 52

第4章　功和能及功能原理 56

4.1　功动能定理 56

4.1.1　功与功率 56

4.1.2　动能定理 59

4.2　保守力及保守力的功 61

4.2.1　重力的功 61

4.2.3　万有引力的功 62

4.2.2　弹性力的功 62

4.3　势能　势能曲线　势能梯度 63

4.3.1　势能 63

4.3.2　势能曲线与势能梯度 65

4.4　功能原理　机械能守恒定律 67

4.4.1　功能原理 67

4.4.2　机械能守恒定律 67

思考题 69

习题4 71

第5章　角动量与角动量定理 75

5.1　质点的角动量定理 75

5.1.1　力矩 75

5.1.2　质点的角动量 76

5.2　质点的角动量守恒定律 78

5.1.3　质点的角动量定理 78

思考题 80

习题5 81

第6章　刚体的定轴转动 83

6.1　刚体定轴转动的角动量 83

6.1.1　刚体的运动 83

6.1.2　刚体定轴转动的角动量 86

6.1.3　刚体对固定轴的转动惯量 87

6.2　刚体定轴转动定律 90

6.2.1　刚体定轴转动定律 90

6.2.2　定轴转动中的功和能 92

6.3　对定轴的角动量守恒 95

6.3.1　对定轴的角动量定理 95

6.3.2　对定轴的角动量守恒 97

6.4　守恒律与对称性 99

6.4.1　对称性与对称操作 99

6.4.2　对称性与守恒律 100

6.4.3　对称破缺 103

思考题 105

习题6 105

第7章　相对论 108

7.1　力学相对性原理　伽利略变换 108

7.1.1　力学相对性原理 108

7.1.2　伽利略变换 109

7.2　狭义相对论产生的实验基础和历史条件 112

7.2.1　产生根源 112

7.2.2 实验基础和历史条件 113

7.3　狭义相对论的基本原理　洛伦兹变换 116

7.3.1　狭义相对论的基本原理 116

7.3.2　洛伦兹变换 116

7.4　狭义相对论时空观 121

7.4.1 同时的相对性 122

7.4.2　长度收缩 123

7.4.3　时间延缓 125

7.4.4　因果律 127

7.5　相对论的动力学 128

7.5.1　相对论质速关系 128

7.5.2　相对论动力学的基本方程 130

7.5.3　相对论动能 131

7.5.4　静能、总能和质能关系 132

7.5.5　能量和动量的关系 134

7.6　动力学量的变换 134

7.6.1　质量变换式 134

7.6.2　动量－能量变换式 135

7.6.3　力的变换公式 136

7.7　广义相对论简介 138

7.7.1　广义相对论的两条基本原理 138

7.7.2　广义相对论的重要结论 140

思考题 144

习题7 145

第二篇　机械振动与机械波 147

第8章　机械振动 147

8.1　简谐振动 147

8.1.1　简谐振动 148

8.1.2　描述简谐振动的特征量 149

8.1.3　旋转矢量法 152

8.1.4　简谐振动的实例 154

8.1.5　简谐振动的能量 157

8.2　简谐振动的合成 158

8.2.1 两个同方向同频率简谐振动的合成 158

8.2.2 两个同方向不同频率的简谐振动的合成 161

8.2.3　相互垂直的简谐振动的合成 162

8.3　阻尼振动　受迫振动　共振 165

8.3.1　阻尼振动 165

8.3.2　受迫振动　共振 166

8.4　振动的分解 168

8.5　非线性振动简介 169

思考题 170

习题8 171

第9章　机械波 176

9.1　机械波的产生和传播 176

9.1.1　机械波的形成 176

9.1.2　描述波动的物理量 178

9.2　平面简谐波的波动方程 181

9.3　波的能量 185

9.3.1　波的能量和能量密度 185

9.3.2　波的能流和能流密度 186

9.3.3　波的吸收 188

9.4.1　惠更斯原理　波的衍射 189

9.4　波的衍射　干涉 189

9.4.2　波的叠加原理 波的干涉 190

9.5　驻波 192

9.5.1　驻波的形成 192

9.5.2　驻波方程 194

9.5.3　半波损失 195

9.5.4　弦线振动的简正模式 196

9.6　多普勒效应 197

9.7　非线性波简介 198

思考题 199

习题9 200

10.1.1 系统与外界 205

10.1　热学的基本概念 205

第10章　气体动理论 205

第三篇　热学 205

10.1.2　平衡态 206

10.1.3　状态参量 207

10.1.4　温度 207

10.1.5　温标 208

10.1.6　状态方程 209

10.2　气体动理论的基本观点 211

10.2.1　物质微观结构的物理图像 211

10.2.2　统计观点简介 212

10.3　理想气体的压强公式 213

10.3.1　理想气体模型 213

10.3.2　理想气体压强公式 214

10.3.3　压强公式的物理意义 216

10.4.1　温度的统计解释 217

10.4　温度的统计解释 217

10.4.2　方均根速率 218

10.5　能量均分定理　理想气体的内能 219

10.5.1 自由度 219

10.5.2　能量均分定理 220

10.5.3　理想气体的内能 221

10.6　麦克斯韦速率分布律 221

10.6.1　麦克斯韦速率分布函数 221

10.6.2　麦克斯韦速率分布曲线 223

10.6.3　应用速率分布函数求统计平均值 224

10.7　麦克斯韦速度分布率和玻尔兹曼分布率简介 225

10.7.1　麦克斯韦速度分布律 225

10.7.2　玻尔兹曼分布律 226

10.8　气体分子的平均自由程和平均碰撞频率 227

10.8.1　平均碰撞频率 228

10.8.2　气体分子的平均自由程 229

思考题 230

习题10 231

第11章　热力学基础 234

11.1　准静态过程　功　内能和热量 234

11.1.1　准静态过程 234

11.1.2　功 236

11.1.3　内能 237

11.1.4　热量 238

11.2　热力学第一定律 239

11.2.1　热力学第一定律 239

11.2.2　热力学第一定律在理想气体等值过程中的应用 240

11.2.3　理想气体的摩尔热容量 241

11.3.1　绝热过程 243

11.3.2　准静态绝热过程曲线 243

11.3　绝热过程 243

11.4　循环过程　卡诺循环 246

11.4.1　循环过程 246

11.4.2　卡诺循环 248

11.5　热力学第二定律 251

11.5.1　可逆过程与不可逆过程 251

11.5.2　热力学第二定律的表述 252

11.5.3　热力学第二定律的实质 253

11.5.4　热力学第二定律的理解 253

11.6.1　卡诺定理 255

11.6.2　克劳修斯等式不等式 255

11.6　卡诺定理　克劳修斯熵 255

11.6.3　熵 256

11.6.4　热力学第二定律的数学表达式 257

11.6.5　熵增加原理 258

11.7　热力学第二定律的统计意义　玻耳兹曼熵 260

11.7.1　热力学概率 260

11.7.2　热力学第二定律的统计意义 261

11.7.3　玻耳兹曼熵 262

11.8　熵与信息　耗散结构简介 263

11.8.1　熵与信息 263

11.8.2　耗散结构简介 265

思考题 269

习题11 271

参考答案 276