物理学教程 上

第0章 引论 1

0.1 物理学 物理量 基准单位 1

0.1.1 物理学 1

0.1.2 物理量 标量和矢量 1

0.1.3 物理量的基准单位 2

0.2 法定计量单位 3

0.2.1 法定计量单位 3

0.2.2 在本书中使用法定计量单位的方法和具体要求 6

0.3 量纲 7

第1章 质点运动学 10

1.1 参考系和坐标系 位矢、位移和路程 10

1.1.1 参考系 10

1.1.2 坐标系 空间和时间 11

1.1.3 位矢 12

1.1.4 运动函数 轨道方程 13

1.1.5 位移 14

1.2 速度加速度 14

1.2.1 速度 速率 14

1.2.2 相对运动 17

1.2.3 加速度 19

1.3 直线运动 20

1.4 抛体运动 24

1.5 圆周运动 26

1.5.1 变速圆周运动 26

1.5.2 圆周运动的角量描述 28

1.5.3 圆周运动中的线量和角量的关系 29

习题1 32

第2章 质点动力学的基本定律 34

2.1 牛顿定律 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 37

2.2 力学中常见的几种力 38

2.2.1 万有引力 重力 38

2.2.2 弹性力 40

2.2.3 摩擦力 43

2.3 牛顿定律的应用示例 45

2.4 非惯性系 惯性力 51

习题2 53

第3章 功与能 56

3.1 功动能定理 56

3.1.1 功 功率 56

3.1.2 质点的动能定理 58

3.1.3 系统的动能定理 60

3.2 保守力 系统的势能 62

3.2.1 重力的功 62

3.2.2 万有引力的功 63

3.2.3 弹性力的功 64

3.2.4 保守力和非保守力 势能 65

3.3 系统的功能原理 机械能守恒定律 能量守恒定律 68

3.3.1 系统的功能原理 68

3.3.2 机械能守恒定律 69

3.3.3 能量守恒定律 69

3.3.4 宇宙速度 黑洞 71

习题3 72

第4章 冲量与动量 力矩与角动量 75

4.1 冲量与动量 质点的动量定理 75

4.2 系统的动量定理 动量守恒定律 78

4.2.1 系统的动量定理 78

4.2.2 系统的动量守恒定律 79

4.3 质心质心运动定理 82

4.3.1 质心 82

4.3.2 质心运动定理 84

4.4 碰撞 85

4.4.1 弹性碰撞 86

4.4.2 完全非弹性碰撞 87

4.5 力矩与角动量 质点的角动量定理 88

4.5.1 质点的角动量 88

4.5.2 力矩 89

4.5.3 质点的角动量定理 89

4.5.4 质点的角动量守恒定律 90

4.6 系统的角动量定理 角动量守恒定律 91

习题4 93

第5章 刚体的定轴转动 97

5.1 刚体的基本运动 97

5.1.1 刚体的平动 97

5.1.2 刚体的定轴转动 98

5.2 刚体的转动动能 转动惯量 101

5.2.1 刚体的转动动能 101

5.2.2 刚体的转动惯量 102

5.3 力矩的功 刚体定轴转动的动能定理 103

5.3.1 力矩 103

5.3.2 力矩的功 104

5.3.3 刚体定轴转动的动能定理 105

5.4 刚体的定轴转动定律 107

5.5 刚体绕定轴转动的角动量定理 角动量守恒定律 109

5.5.1 角动量 冲量矩 角动量定理 109

5.5.2 角动量守恒定律 109

习题5 112

第6章 机械振动 114

6.1 简谐运动 114

6.1.1 简谐运动的基本特征 114

6.1.2 简谐振子是一个理想模型 116

6.1 3简谐运动表达式 116

6.1.4 简谐运动的能量 118

6.2 描述简谐运动的物理量 120

6.2.1 周期、频率与角频率 120

6.2.2 相位和初相 振幅和初相的确定 122

6.3 简谐运动的旋转矢量图示法 相位差 128

6.3.1 简谐运动的旋转矢量图示法 128

6.3.2 相位差 129

6.4 同方向简谐运动的合成 拍 131

6.4.1 同方向、同频率简谐运动的合成 131

6.4.2 同方向、不同频率简谐运动的合成 拍 133

6.5 相互垂直的简谐运动的合成 利萨如图 135

6.5.1 相互垂直的同频率简谐运动的合成 135

6.5.2 相互垂直的不同频率简谐运动的合成 利萨如图形 137

6.6 阻尼振动 138

6.7 受迫振动 共振 140

习题6 142

第7章 机械波 145

7.1 机械波 145

7.1.1 机械波的产生和传播 145

7.1.2 横波和纵波 146

7.2 描述机械波的一些物理量 波的几何表示 148

7.2.1 周期、频率、波长与波速 148

7.2.2 波的几何表示 149

7.3 平面简谐波的波函数 150

7.3.1 平面简谐波的波函数 150

7.3.2 波函数的物理意义 152

7.4 波的能量 能流密度 157

7.4.1 波的能量 157

7.4.2 能流密度 159

7.5 惠更斯原理 波的衍射、反射和折射 159

7.5.1 惠更斯原理 159

7.5.2 波的衍射 160

7.5.3 波的反射和折射 162

7.6 波的干涉 驻波 163

7.6.1 波的叠加原理 163

7.6.2 波的干涉 164

7.6.3 驻波 166

7.7 声波超声波 169

7.7.1 声波 169

7.7.2 超声波 171

7.8 多普勒效应 171

习题7 174

第8章 相对论简介 177

8.1 力学的相对性原理 伽利略变换 177

8.1.1 力学的相对性原理 177

8.1.2 伽利略变换 178

8.2 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换 180

8.2.1 狭义相对论的基本原理 180

8.2.2 洛伦兹变换 181

8.2.3 洛伦兹速度变换公式 181

8.3 相对论的时空观 183

8.3.1 同时的相对性 183

8.3.2 长度的收缩 184

8.3.3 时间的延缓 185

8.4 狭义相对论的动力学基础 187

8.4.1 质量与速率的关系 187

8.4.2 质量与能量的关系 188

8.4.3 能量与动量的关系 190

习题8 191

第9章 热力学基础 192

9.1 热力学系统及其平衡态 准静态过程 192

9.1.1 热力学系统 平衡态 192

9.1.2 物态参量 193

9.1.3 准静态过程 194

9.2 气体的物态方程 195

9.2.1 气体的实验定律 理想气体 195

9.2.2 理想气体的物态方程 196

9.2.3 实际气体的物态方程 198

9.3 热力学第一定律 199

9.3.1 系统的内能 功与热的等效性 199

9.3.2 热力学第一定律 201

9.3.3 功和热量的计算 202

9.4 热力学第一定律对理想气体热力学过程的应用 205

9.4.1 等体过程 205

9.4.2 等压过程 206

9.4.3 等温过程 208

9.4.4 绝热过程 209

9.4.5 多方过程 213

9.5 循环过程 卡诺循环 214

9.5.1 循环过程 214

9.5.2 正循环 热机的效率 215

9.5.3 逆循环 致冷机的效率 216

9.5.4 卡诺循环 219

9.6 热力学第二定律 卡诺定理 221

9.6.1 可逆过程和不可逆过程 221

9.6.2 热力学第二定律 222

9.6.3 卡诺定理 224

9.7 熵 熵增加原理 224

9.7.1 克劳修斯公式 224

9.7.2 熵 226

9.7.3 熵增加原理——热力学第二定律的数学表达式 227

9.7.4 能量的退化 229

习题9 230

第10章 气体动理论简介 233

10.1 气体动理论的基本观点 233

10.2 气体分子热运动及其统计规律性 236

10.2.1 气体分子热运动的图景 236

10.2.2 大量分子热运动服从统计规律性 237

10.3 理想气体的压强公式及温度的统计意义 238

10.3.1 理想气体的微观模型 238

10.3.2 理想气体的压强公式 239

10.3.3 温度的统计意义 242

10.4 能量按自由度均分定理 理想气体的内能 244

10.4.1 自由度 245

10.4.2 能量按自由度均分定理 246

10.4.3 理想气体的内能 248

10.5 气体分子运动的速率分布律 249

10.5.1 分子运动的速率分布 249

10.5.2 麦克斯韦速率分布律 251

10.5.3 分子速率的统计平均值 252

10.5.4 麦克斯韦速率分布律的实验验证 255

10.6 分子平均碰撞频率和平均自由程 256

10.7 气体内的输运现象 259

10.7.1 内摩擦现象 259

10.7.2 热传导 259

10.7.3 扩散 260

10.8 热力学第二定律的统计诠释 260

10.8.1 热力学过程不可逆性的统计意义 261

10.8.2 热力学概率与熵 262

习题10 263

附录 一些物理常量 265