力学

序

第1章质点运动学

1.1时间和空间

1.1.1时间单位与基准

1.1.2长度的单位与基准

1.2质点和参考系

1.2.1质点

1.2.2参考系

1.3描述质点运动的物理量

1.3.1位置矢量和轨道方程(也称运动方程)

1.3.2位移和路程

1.3.3速度与速率

1.3.4加速度

1.4描述质点运动的坐标系

1.4.1直角坐标系

1.4.2平面极坐标系

1.4.3自然坐标系

1.5运动学的反问题

1.6相对运动和伽利略变换

1.6.1伽利略坐标变换

1.6.2伽利略变换蕴含了牛顿的绝对时空观

1.6.3伽利略速度变换

1.6.4质点的加速度对伽利略变换为不变量

习题

第2章质点动力学

2.1牛顿运动定律

2.1.1牛顿第一定律

2.1.2牛顿第二定律

2.1.3牛顿第三定律(作用与反作用律)

2.1.4牛顿定律的意义和局限性

2.2基本相互作用和日常生活中常见的力

2.2.1四种基本相互作用

2.2.2日常生活中常见的力

2.3动力学问题的求解

2.4非惯性系和惯性力

2.4.1加速平动参考系中的惯性力

2.4.2在匀速转动参考系中静止小球所受的惯性力惯性离心力

2.4.3在匀速转动的参考系中做匀速直线运动的小球所受的惯性力科里奥利力

2.4.4潮汐现象的解释

习题

第3章动量守恒定律

3.1动量定理与动量守恒定律

3.1.1力的时间积累效应和质点的动量定理

3.1.2质点系动量定理

3.1.3动量守恒定律

3.2变质量物体的运动

3.2.1变质量体系

3.2.2运动方程

3.2.3运载火箭的运动

习题

第4章机械能守恒定律

4.1寻找运动的不变量

4.2力的空间积累效应和质点动能定理

4.2.1力的空间积累效应和质点动能定理

4.2.2功和功率

4.2.3质点系动能定理

4.3势能

4.3.1有心力及其做功特点

4.3.2势能

4.3.3势能曲线

4.4功能原理和机械能守恒定律

4.5碰撞

4.5.1碰撞的一般概念两体碰撞

4.5.2一维弹性碰撞

4.5.3一维非弹性碰撞及其能量损失

4.5.4二维弹性碰撞的守恒方程与共面性质

习题

第5章角动量守恒定律

5.1力矩与角动量

5.1.1力矩

5.1.2角动量

5.2质点角动量定理与角动量守恒

5.2.1质点角动量定理

5.2.2质点角动量守恒定律

5.3质点系角动量守恒定律

5.3.1质点系角动量定理

5.3.2质点系角动量守恒定律

5.4质点在有心力场中的运动

5.4.1有心力

5.4.2有心力场中质点运动的一般特征

5.4.3有效势能和轨道特征

5.5开普勒定律

5.5.1行星运动的开普勒定律

5.5.2由开普勒定律导出万有引力定律

5.6对称性与守恒定律

5.6.1什么是对称性

5.6.2物理定律的对称性

5.6.3对称性与守恒定律

习题

第6章质心力学定理

6.1概述

6.2质心运动定理

6.2.1质心概念的引入

6.2.2质心动量变化定理

6.2.矿质心参考系

6.3质心动能定理

6.3.1质心动能定理

6.3.2两体相对质心的动能公式

6.3.3导出碰撞动能亏损公式

6.3.4重力势能和质心势能

6.3.5一般质心系中的功能原理与机械能守恒定律

6.4质心角动量定理

6.4.1质点系总角动量等于质心角动量与相对质心角动量之和

6.4.2质心角动量变化定理

6.4.3质心系的角动量变化定理

6.4.4体系的角动量与质心的角动量

习题

第7章刚体力学

7.1刚体的二般概念

7.1.1刚体

7.1.2对刚体的研究方法

7.1.3刚体的自由度

7.1.4刚体运动的分类

7.2刚体的定轴转动

7.2.1定轴转动的描述

7.2.2角量与线量的关系

7.2.3刚体定轴转动定律

7.3转动惯量的计算

7.3.1转动惯量的计算

7.3.2转动惯量的平行轴定理

7.3.3转动惯量的垂直轴定理

7.4定轴转动刚体的动能定理

7.4.1力矩的功

7.4.2剐体的转动动能

7.4.3动能定理

7.4.4刚体的重力势能

7.4.5定轴转动刚体的角动量守恒

7.5刚体的平面平行运动

7.5.1平面平行运动的若干重要性质

7.5.2平面运动的运动方程

7.5.3纯滚动的运动学判据

7.5.4平面平行运动刚体的功能原理

7.5.5一组刚体力学的例题

7.6陀螺的进动

7.6.1不受外力矩作用的陀螺

7.6.2陀螺的进动

7.6.3章动

7.6.4回转效应的应用

习题

第8章流体力学

8.1流体的宏观物理性质

8.1.1易流动性

8.1.2黏性

8.1.3压缩性

8.2流体静力学

8.2.1静止流体的压强

8.2.2重力场中静止流体内各点的压强

8.2.3压强的单位

8.3浮力、浮心和定倾中心

8.3.1浮力

8.3.2浮心和定倾中心

8.4流体的定常流动

8.4.1描述流体运动的两种方法

8.4.2流线和流管

8.5伯努利方程及其应用

8.5.1理想流体

8.5.2伯努利方程

8.5.3伯努利方程的应用

8.6黏性流体的运动

8.6.1黏滞定律

8.6.2黏性流体的运动规律

8.6.3圆管内定常层流、泊肃叶公式

8.6.4层流与湍流、雷诺数

8.6.5斯托克斯黏性公式

习题

第9章机械振动

9.1简谐振动

9.1.1简谐振动的物理机制

9.1.2简谐振动的动力学方程

9.1.3简谐振动的特征量

9.1.4简谐振子的能量

9.1.5简谐振动的表示法

9.2振动的合成与分解

9.2.1同方向、同频率、有恒定位相差的两个简谐振动的合成

9.2.2同方向不同频率的两个简谐振动的合成

9.2.3方向垂直、频率相同的两个简谐振动的合成(二维振动)

9.2.4方向垂直、频率不同的两个简谐振动的合成

9.2.5振动的分解、谐波分析(傅里叶分析)

9.3阻尼振动

9.3.1阻尼振动的动力学方程及其解

9.3.2阻尼振子的能量

9.3.3品质因素

9.4受追振动与共振

9.4.1动力学方程及其解

9.4.2受迫振动的振幅、相位与强迫力频率的关系

9.4.3共振曲线的锐度

9.4.4系统放大倍数，Q的第三种物理意义

习题

第10章机械波

10.1机械波的一般概念

10.1.1机械波产生的条件

10.1.2机械波的产生与传播

10.1.3球面波和平面波

10.2简谐波的运动学方程

10.3波的动力学方程和波的传播速度

10.3.1弹性棒中纵波的波动方程和波速

10.3.2横波的传播速度

10.4波的能量和强度

10.4.1波的能量

10.4.2波的能量密度

10.4.3波的能流密度

10.4.4声强级

10.5波在空间中的传播

10.5.1惠更斯原理

10.5.2波的反射定律

10.5.3波的折射定律

10.5.4波的衍射

10.6波的叠加

10.6.1波的干涉

10.6.2驻波

10.7介质色散和波包群速度

10.7.1介质色散

10.7.2波包群速度

10.8多普勒效应

10.8.1波源静止，观察者运动

10.8.2波源运动，观察者静止

10.8.3波源和观察者都运动

习题

第11章狭义相对论

11.1狭义相对论诞生的背景和条件

11.1.1伽利略变换和力学相对性原理

11.1.2麦克斯韦电磁场理论和伽利略变换的矛盾

11.2爱因斯坦狭义相对论的基本原理

11.2.1狭义相对论的基本原理

11.2.2相对论的时空变换关系洛伦兹变换

11.3狭义相对论时空观

11.3.1运动的时钟变慢了

11.3.2运动的直尺缩短了

11.3.3同时的相对性

11.3.4时序与因果关系

11.3.5时空间隔的绝对性

11.4相对论的速度合成律

11.5狭义相对论动力学

11.5.1质速关系

11.5.2相对论动量和力

11.5.3质能关系

11.5.4相对论能量动量关系

11.5.5静质量为零的粒子

11.6广义相对论简介

11.6.1等效原理

11.6.2广义相对性原理

11.6.3光线在引力场中的弯曲

11.6.4引力时间延缓、引力红移

11.6.5引力的长度收缩、水星的进动

习题

习题答案

参考书目

　　本书强调经典物理的基本理论和基本规律的系统性和完整性，同时对内容结合紧密又较易延伸的有关近代物理内容增加了有关章节和段落，如刚体力学，狭义相对论等。在保持物理学基本规律和基本理论的系统性的同时，在选择例题和习题时，作为基本原理和基本规律的应用，尽可能联系实际，特别是增加与近代高技术相联系的内容，如宇宙大爆炸、当代宇航技术等。作为普通物理，本书既重视了物理图像、物理概念的阐述，同时也具有一定的数学深度，以提高学生解决实际问题的能力。通过如何提出问题、建立模型、发现规律、创立理论等一整套思维方法和实验分析手段，使学生既要看到物理学发展史中科学家的作用，又要懂得科学的发展是一个继承和积累的过程。　　本书是普通高等教育“十一五”国家级规划教材，是作者在中国科技大学讲授多年的力学讲稿基础上写成的。本书的特点是用近代物理的观点去审视和组织课程内容，着重阐述力学的基本要领和基本规律，同时注重知识的扩展和深化，书中专设狭义相对论一章，并为当代科技前沿开设了一些窗口和接口，如宇宙大爆炸、当代宇航技术等。书中各章都配有内容丰富的例题，以利学生对基本要领和规律的理解，培养其分析问题和解决问题的能力。本书语言平实，由浅入深，重点突出，基本要领准确清晰。本书内容包括质点运动学、质点动力学、动量守恒定律、机械能守恒定律、角动量守恒定律、质心力学定理、刚体力学、流体力学、机械振动、机械波和狭义相对论。　　本书可作为普通高等综合类或师范类大学普通物理力学教材或参考书，也可供大专院校和中学物理教师及物理教学研究工作者参考。