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绪论1

一、物理学及其与其他学科和技术的关系1

二、物理学的方法和科学态度7

三、物理测量与单位制11

四、物质世界的层次和数量级14

五、物理学中的力学19

第一章 质点运动学21

1.1质点及其运动的描述21

一、质点 参考系和坐标系21

二、位置矢量和运动学方程23

三、位移和路程24

四、速度和速率25

五、加速度27

1.2质点的直线运动29

一、直线运动中的运动学方程、位移、速度和加速度29

二、直线运动中的基本计算33

三、两种特殊的直线运动33

四、从伽利略对落体的研究谈逻辑思维方法36

1.3质点的平面曲线运动38

一、抛体运动38

二、圆周运动44

三、圆周运动的角量描述50

1.4相对运动53

本章提要56

思考题一57

习题一58

科学家简介 伽利略61

第二章 动量守恒 质点动力学64

2.1惯性定律 惯性系64

2.2动量守恒定律与动量定理68

一、质点之间的相互作用 质量68

二、动量 动量守恒定律70

三、力和力的叠加原理 质点系动量守恒的条件72

四、牛顿运动定律 冲量 动量定理80

2.3牛顿运动定律及其应用84

一、牛顿运动定律的表述84

二、自然界中常见的力和四种基本相互作用85

三、应用举例91

2.4伽利略相对性原理 惯性力97

一、伽利略相对性原理97

二、伽利略变换和绝对时空观98

三、惯性力103

2.5牛顿绝对时空观的局限和惯性的起源113

本章提要116

思考题二117

习题二119

第三章 机械能守恒125

3.1功和功率125

一、功125

二、功率127

3.2动能 动能定理128

一、动能 质点的动能定理128

二、质点系的动能定理130

3.3势能 机械能守恒定律132

一、保守力和非保守力132

二、势能135

三、功能原理和机械能守恒定律137

四、保守系与时间反演不变性142

五、势能曲线143

六、从能量守恒和转化定律的确立谈从特殊到普遍的研究方法152

3.4质心系与两体碰撞154

一、动量中心系和质心154

二、质心运动定理156

三、克尼希定理 资用能158

四、两体碰撞160

本章提要166

思考题三168

习题三169

第四章 角动量守恒174

4.1角动量和角动量守恒定律174

4.2力矩和角动量定理176

一、力矩 质点的角动量定理和守恒定律176

二、质点系的角动量定理和守恒定律181

三、质心系的角动量定理185

4.3对称性与守恒定律187

一、对称性188

二、物理定律的对称性190

三、对称性原理191

四、对称性与守恒定律193

五、对称性的自发破缺195

本章提要200

思考题四201

习题四202

第五章 万有引力205

5.1开普勒的行星运动三定律205

一、开普勒的行星运动三定律205

二、开普勒的科学思想方法209

5.2万有引力定律210

一、万有引力定律的建立210

二、万有引力定律的表述215

三、万有引力常量与天体质量215

四、引力理论的成就与意义218

五、混沌 太阳系的稳定性220

5.3引力场和引力势226

一、近距作用和超距作用226

二、引力场强度及其叠加原理227

三、高斯定理及其应用231

四、引力势242

5.4潮汐244

一、潮汐244

二、牛顿的科学思想方法251

本章提要256

思考题五257

习题五257

科学家简介 牛顿260

第六章 刚体力学263

6.1刚体运动学263

一、刚体的平动和定轴转动263

二、刚体的平面平行运动266

6.2刚体的定轴转动268

一、刚体定轴转动的角动量和转动惯量268

二、刚体定轴转动的角动量定理和转动定理273

三、刚体定轴转动的动能定理277

6.3刚体的平面平行运动282

一、刚体平面平行运动的动力学方程282

二、瞬心系中的角动量定理287

三、刚体平面平行运动的动能289

6.4刚体的平衡291

6.5陀螺的运动294

一、不受外力矩作用陀螺的运动294

二、在外力矩作用下陀螺的运动295

三、地球的进动与章动298

本章提要300

思考题六301

习题六303

第七章 连续体力学306

7.1固体的弹性306

一、直杆的拉伸或压缩307

二、弹性体的剪切形变310

三、梁的弯曲314

四、杆的扭转317

7.2流体静力学320

一、静止流体内一点的压强320

二、静止流体内压强的分布322

三、帕斯卡原理325

四、阿基米德原理326

7.3理想流体的定常流动328

一、理想流体328

二、理想流体的定常流动329

三、不可压缩流体的连续性方程331

四、伯努利方程及其应用333

五、流体的反作用力341

六、理想流体的角动量守恒343

7.4粘性流体的流动345

一、粘滞定律345

二、湍流 雷诺数347

三、泊肃叶公式351

四、不可压缩粘性流体的伯努利方程353

五、固体在流体中受到的阻力353

六、流体的升力356

本章提要360

思考题七363

习题七365

第八章 机械振动368

8.1简谐振动369

一、简谐振动的基本特征369

二、描述简谐振动的特征量371

三、简谐振动的振动曲线和相图376

四、简谐振动的矢量表示法377

五、简谐振动的能量379

8.2简谐振动的合成380

一、同方向同频率简谐振动的合成381

二、同方向不同频率简谐振动的合成382

三、相互垂直简谐振动的合成385

8.3振动的分解389

8.4阻尼振动 受迫振动和共振392

一、阻尼振动392

二、受迫振动395

三、共振397

8.5非线性振动399

一、自激振动399

二、软激励和硬激励自振 稳定的和不稳定的极限环402

本章提要404

思考题八406

习题八407

第九章 波动与声410

9.1波的基本概念410

一、机械波产生的条件410

二、横波与纵波411

三、平面波和球面波413

四、描述波动的物理量414

9.2平面简谐波的波函数416

一、平面简谐波的波函数416

二、波动中介质质元的位移、速度和加速度420

9.3波动方程422

9.4波的能量425

一、波的能量425

二、声强与声压428

9.5惠更斯原理 波的衍射431

一、惠更斯原理431

二、波的衍射432

9.6波的叠加原理 波的干涉433

一、波的叠加原理433

二、波的干涉434

三、驻波437

9.7多普勒效应441

一、相对于介质波源静止而观察者运动441

二、相对于介质观察者静止而波源运动442

三、相对于介质波源和观察者同时运动443

四、击波444

五、从电话的诞生谈类比方法446

本章提要448

思考题九450

习题九451

第十章 相对论453

10.1爱因斯坦狭义相对论的历史背景和思想发展线索453

一、狭义相对论的历史背景453

二、爱因斯坦相对论思想发展的线索463

10.2洛伦兹变换和狭义相对论时空观471

一、狭义相对论的两条基本原理471

二、洛伦兹变换473

三、狭义相对论的时空观474

四、孪生子效应484

五、相对论的速度变换公式486

10.3狭义相对论的动力学488

一、动量、质量与速度的关系489

二、力、功和动能490

三、总能量和质能关系492

四、能量和动量的关系493

10.4广义相对论简介494

一、等效原理和广义相对性原理494

二、引力场与弯曲时空497

三、广义相对论的实验验证501

四、爱因斯坦的科学思想方法506

本章提要509

思考题十511

习题十511

科学家简介 爱因斯坦514

数学知识517

第一部分 微积分初步517

1函数 极限 导数与微分517

一、变量 常量和函数517

二、极限518

三、导数519

四、导数的几何意义520

五、导数的运算522

六、函数的极值点和极值524

七、微分525

2不定积分526

一、原函数526

二、不定积分527

三、不定积分的运算法则529

3定积分531

一、定积分531

二、定积分的主要性质533

三、牛顿-莱布尼茨公式534

习题535

第二部分 矢量536

1矢量536

2矢量的加法与减法537

一、矢量加法537

二、矢量减法539

3矢量的数乘539

4矢量的正交分解540

5矢量的标积和矢积542

一、矢量的标积542

二、矢量的矢积544

三、三个矢量的混合积545

6矢量导数546

一、矢量函数546

二、矢量函数的导数546

三、矢量函数求导的法则549

习题550

附录1希腊字母表552

附录2物理学常用常数553