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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17

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19

4.3 平均加速度和瞬时加速度21

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32

本章提要35

思考题36

习题39

第二章 动量守恒 质点动力学41

1.惯性41

1.1 惯性定律41

1.2 惯性系43

2.质量 动量 力 冲量44

2.1 历史性的评述44

2.2 空间对称性46

2.3 质量48

2.4 动量 动量守恒定律48

2.5 力和力的叠加原理质点组动量守恒的条件51

2.6 牛顿定律 冲量 动量定理54

3.牛顿三定律及其应用57

3.1 牛顿三定律的表述57

3.2 自然界中常见的力57

3.3 应用举例67

4.伽利略相对性原理和非惯性系71

4.1 伽利略相对性原理71

4.2 伽利略坐标变换73

4.3 惯性力74

4.4 科里奥利力81

4.5 牛顿绝对时空观的困难和惯性的起源85

本章提要90

思考题91

习题93

第三章 机械能守恒98

1.功和能98

1.1 历史性的评述98

1.2 重力势能100

1.3 弹性势能102

1.4 动能103

1.5 功和功率104

2.机械能守恒定律107

2.1 保守力和非保守力107

2.2 能量的各种形式109

2.3 机械能守恒定律111

2.4 保守系与时间反演不变性114

3.一维势能曲线的运用115

3.1 一维势能曲线告诉我们什么？115

3.2 应用举例117

3.3 离心势能121

3.4 相图122

4.质心系与两体碰撞123

4.1 动量中心系和质心123

4.2 质心运动定理125

4.3 克尼希定理资用能127

4.4 两体碰撞128

4.5 瞄准距离与散射截面133

5.单位制和量纲135

5.1 单位制基本单位和导出单位135

5.2 量纲136

5.3 量纲分析137

5.4 几何相似性与标度律141

本章提要142

思考题144

习题146

第四章 角动量守恒 刚体力学151

1.角动量守恒151

1.1 角动量151

1.2 力矩 质点组的角动量定理和角动量守恒定律153

1.3 质心系的角动量定理157

2.对称性 因果关系 守恒律159

2.1 什么是对称性？159

2.2 因果关系和对称性原理161

2.3 守恒律与对称性162

3.刚体运动学163

3.1 什么是刚体？163

3.2 平动和转动164

3.3 角速度165

4.刚体定轴转动167

4.1 角动量与角速度的关系167

4.2 转动惯量169

4.3 转动惯量的平行轴定理和正交轴定理171

4.4 绕定轴转动的动力学174

4.5 冲量矩176

4.6 刚体的功和能178

4.7 复摆179

5.刚体的平面平行运动181

5.1 刚体一般运动的动力学181

5.2 平面平行运动181

5.3 瞬时转动中心184

5.4 平面平行运动的动能186

6.刚体的平衡189

6.1 刚体的平衡方程189

6.2 天平的灵敏度191

7.回转运动192

7.1 不受外力矩的回转运动192

7.2 回转效应192

7.3 岁差194

7.4 章动195

本章提要196

思考题198

习题200

第五章 连续体力学206

1.固体的弹性206

1.1 应力和应变206

1.2 直杆的拉伸或压缩207

1.3 梁的弯曲209

1.4 柱的扭转211

1.5 相似性原理212

2.流体静力学213

2.1 静止流体内部的应力213

2.2 静止流体中压强的分布214

2.3 帕斯卡原理216

2.4 阿基米德原理216

2.5 表面张力217

2.6 毛细现象219

3.流体的流动220

3.1 理想流体的概念220

3.2 流线和流管221

3.3 定常流动和不定常流动221

3.4 流量222

3.5 连续性原理223

3.6 流体的反作用223

3.7 理想流体环量守恒定律224

4.伯努利方程及其应用225

4.1 方程的推导225

4.2 方程的应用226

4.3 马格纳斯效应和机翼受到的升力229

5.黏滞流体的流动233

5.1 流体的黏滞性233

5.2 泊肃叶公式234

5.3 斯托克斯公式236

5.4 流体的相似性原理237

5.5 层流与湍流239

本章提要241

思考题244

习题246

第六章 振动和波249

1.线性振动249

1.1 简谐振动的描述249

1.2 简正模253

1.3 阻尼振动256

1.4 受迫振动258

1.5 共振260

2.振动的合成与分解264

2.1 一维同频振动的合成264

2.2 二维同频振动的合成265

2.3 不同频振动的合成和同步锁模266

2.4 傅里叶分解和次谐频268

3.非线性振动270

3.1 自激振动270

3.2 软激励和硬激励自振 稳定的和不稳定的极限环274

3.3 什么是“混沌”？275

4.简谐波278

4.1 波动的基本概念278

4.2 一维简谐波的描述279

4.3 一维弹性波281

4.4 波的能量和能流283

4.5 波的群速284

4.6 驻波285

4.7 阻抗及其匹配287

4.8 连续介质的波动方程289

5.连续介质中的波291

5.1 声波和声速291

5.2 声压和声阻抗292

5.3 声强293

5.4 浅水波294

5.5 深水波295

5.6 表面张力波296

5.7 弹性波297

6.多普勒效应与超波速运动297

6.1 多普勒效应297

6.2 艏波和马赫锥300

本章提要302

思考题307

习题309

第七章 万有引力314

1.开普勒定律314

1.1 历史性的回顾314

1.2 开普勒从本轮走向椭圆316

1.3 开普勒行星运动三定律319

2.万有引力定律319

2.1 定律的建立319

2.2 定律的表述323

2.3 万有引力常量G的测定323

2.4 引力理论的成就与意义326

2.5 太阳系里有没有混沌运动？327

3.开普勒运动329

3.1 质点的引力势329

3.2 开普勒运动的守恒量329

3.3 有效势能曲线的利用330

3.4 位力定理和负热容335

4.球体的引力场与若干天文问题337

4.1 球体的引力场337

4.2 引力有多大？340

4.3 星系的旋转曲线与暗物质假说342

4.4 球体的引力势344

4.5 逃逸速度346

4.6 宇宙膨胀动力学347

5.潮汐351

5.1 引潮力351

5.2 潮汐在天文上的作用355

本章提要358

思考题360

习题361

第八章 相对论364

1.时空的相对性364

1.1 伽利略相对性原理和牛顿力学的困难364

1.2 爱因斯坦的假设368

1.3 同时性的相对性369

1.4 长度的相对性370

1.5 时间的膨胀372

1.6 孪生子效应373

1.7 洛伦兹收缩374

2.洛伦兹变换与速度的合成376

2.1 洛伦兹变换公式376

2.2 关于钟慢尺缩效应的进一步讨论378

2.3 速度的合成381

2.4 高速运动物体的视觉形象383

3.狭义相对论的动力学385

3.1 动量、质量与速度的关系386

3.2 力、功和动能388

3.3 质能关系389

3.4 能量和动量的关系390

4.闵可夫斯基空间四维矢量与不变量391

4.1 时空间隔的不变性391

4.2 闵可夫斯基空间四维矢量392

4.3 四维速度393

4.4 四维动量395

4.5 不变量的应用396

4.6 角分布的变换400

5.广义相对论简介402

5.1 广义相对性原理与时空弯曲402

5.2 等效原理和广义相对论的可观测效应403

5.3 黑洞408

本章提要411

思考题413

习题414

附录A 微积分初步417

1.函数及其图形417

1.1 函数 自变量和因变量绝对常量和任意常量417

1.2 函数的图形418

1.3 物理学中函数的实例418

2.导数420

2.1 极限420

2.2 几个物理学中的实例422

2.3 函数的变化率——导数424

2.4 导数的几何意义425

3.导数的运算426

3.1 基本函数的导数公式426

3.2 有关导数运算的几个定理428

4.微分和函数的幂级数展开430

4.1 微分430

4.2 幂函数的展开432

4.3 泰勒展开432

5.积分434

5.1 几个物理中的实例434

5.2 定积分436

5.3 不定积分及其运算438

5.4 通过不定积分计算定积分441

习题442

附录B 矢量444

1.矢量及其解析表示444

2.矢量的加减法445

3.矢量的标积446

4.矢量的矢积447

5.矢量的三重积448

6.极矢量和轴矢量449

习题450

附录C 复数的运算451

1.复数的表示法451

2.复数的四则运算452

3.欧勒公式453

4.简谐振动的复数表示453

习题454

习题答案456

思考题选答463

索引465