大學物理（上冊）

目 錄 
前 言 
第1部分 力學 
第1章 質點運動學 3 
1.1 質點和參考系 3 
1.1.1 質點 3 
1.1.2 參考系 4 
1.1.3 坐標系 4 
1.2 描述質點運動的物理量 5 
1.2.1 時間和空間 5 
1.2.2 過程量和狀態(tài)量6 
1.2.3 位置矢量 6 
1.2.4 位移矢量和路程7 
1.2.5 瞬時速度矢量 8 
1.2.6 瞬時加速度矢量 10 
1.2.7 位矢、速度、加速度的關系 12 
1.3 拋體運動 14 
1.3.1 運動疊加原理14 
1.3.2 運動方程和運動軌跡 15 
1.4 質點的圓周運動 17 
1.4.1 勻速率圓周運動 17 
1.4.2 變速率圓周運動 17 
1.4.3 圓周運動的角量描述 19 
1.4.4 角量和線量的轉換關系 21 
1.5 一般平面曲線運動和自然坐標系 23 
1.5.1 一般平面曲線運動 23 
1.5.2 自然坐標系 25 
習題 28 
氣象物語A 大氣的運動 29 
A.1 空氣質點模型 29 
A.2 空氣質點的運動描述 30 
第2章 質點動力學 32 
2.1 牛頓運動定律 32
2.1.1 牛頓第一定律 (慣性定律) 32 
2.1.2 牛頓第二定律 33 
2.1.3 牛頓第三定律 35 
2.2 國際單位制和量綱 36 
2.2.1 單位制 36 
2.2.2 量綱 36 
2.3 常見的力 37 
2.3.1 基本的自然力 37 
2.3.2 常見技術上的力 39 
2.4 牛頓運動定律的應用 41 
2.4.1 質點動力學的兩類問題 41 
2.4.2 質點動力學問題解題步驟 41 
2.4.3 例題 41 
2.5 相對運動和非慣性系力學 46 
2.5.1 運動描述的相對性 46 
2.5.2 力學相對性原理 (伽利略相對性原理) 50 
2.5.3 平動加速運動參考系中的慣性力 51 
2.5.4 勻角速轉動參考系中的慣性力 53 
習題 58 
氣象物語B 大氣動力學 61 
B.1 作用于空氣的力 61 
B.2 大氣運動動力學方程 65 
第3章 運動的守恒量和守恒定律 67 
3.1 質點和質點系的動量定理 67 
3.1.1 動量 沖量 質點動量定理 67 
3.1.2 質點系動量定理 71 
3.2 動量守恒定律 73 
3.3 功 功率 動能定理 75 
3.3.1 功 75 
3.3.2 功率 78 
3.3.3 動能定理 79 
3.4 保守力與非保守力 勢能 81 
3.4.1 保守力做功特點 81 
3.4.2 保守力與非保守力 保守力做功的數(shù)學表達式 83 
3.4.3 勢能 84 
3.4.4 勢能與保守力的微分關系 85 
3.4.5 勢能曲線 86 
3.5 質點系功能原理 機械能守恒定律 87
3.5.1 質點系動能定理 87 
3.5.2 質點系功能原理 89 
3.5.3 機械能守恒定律 89 
3.6 碰撞 90 
3.6.1 彈性碰撞 91 
3.6.2 完全非彈性碰撞 91 
3.6.3 非彈性碰撞 92 
3.7 能量守恒定律 94 
3.8 角動量 角動量守恒定律 95 
3.8.1 角動量 95 
3.8.2 力矩 96 
3.8.3 角動量定理 96 
3.8.4 質點系角動量定理 97 
3.8.5 角動量守恒定律 98 
習題 99 
第4章 剛體力學 105 
4.1 剛體運動學 105 
4.1.1 剛體 105 
4.1.2 平動和轉動 105 
4.1.3 定軸轉動 107 
4.1.4 定軸轉動的角量描述 107 
4.1.5 定軸轉動角量和線量的關系 110 
4.2 定軸轉動的轉動定理 112 
4.2.1 力對軸的力矩 112 
4.2.2 定軸轉動的轉動定理推導 113 
4.2.3 轉動慣量 115 
4.3 定軸轉動的動能定理 121 
4.3.1 力矩的功 122 
4.3.2 力矩的功率 123 
4.3.3 轉動動能 123 
4.3.4 定軸轉動的動能定理 123 
4.4 質心與質心運動定理 124 
4.4.1 質心 124 
4.4.2 質心運動定理及質心運動守恒定律 127 
4.5 剛體系統(tǒng)的功能原理及機械能守恒定律 129 
4.5.1 剛體的重力勢能 129 
4.5.2 剛體系統(tǒng)的機械能 129 
4.5.3 剛體系統(tǒng)的功能原理 129
4.5.4 剛體系統(tǒng)的機械能守恒定律 129 
4.6 定軸轉動的角動量定理及角動量守恒定律 131 
4.6.1 角動量定理 131 
4.6.2 角動量守恒定律 133 
4.7 剛體的平面運動 137 
4.7.1 平動 137 
4.7.2 轉動 138 
4.7.3 純滾動條件(無滑滾動) 138 
4.7.4 剛體平面運動的動能 141 
習題 141 
氣象物語C 流體力學簡介 144 
C.1 理想流體模型 144 
C.2 理想流體的連續(xù)性方程 145 
C.3 伯努利方程 146 
第2部分 振動與波動 
第5章 機械振動 151 
5.1 簡諧振動 151 
5.1.1 振動的基本概念 152 
5.1.2 簡諧振動 152 
5.1.3 簡諧振動的特征量及計算 157 
5.1.4 旋轉矢量法和復數(shù)法 166 
5.1.5 簡諧振動的能量 170 
5.2 簡諧振動的疊加 174 
5.2.1 同一直線上兩個同頻率簡諧振動的合成 174 
5.2.2 同一直線上n個同頻率簡諧振動的合成 177 
5.2.3 同一直線上兩個頻率相近的簡諧振動合成 178 
5.2.4 同一振子同時參與兩個相互垂直的簡諧振動的合成 179 
5.2.5 振動的分解頻譜 183 
5.3 阻尼振動、受迫振動和共振 186 
5.3.1 阻尼振動186 
5.3.2 受迫振動和共振 188 
習題 190 
第6章 波動 193 
6.1 關于波動的基本概念 193 
6.1.1 波的產生和傳播 193 
6.1.2 橫波與縱波 194 
6.1.3 波面和波線 195
6.1.4 波速、波長以及波的周期和頻率 196 
6.1.5 波動的特征 198 
6.2 簡諧波 198 
6.2.1 平面簡諧波和波函數(shù) 198 
6.2.2 波函數(shù)的物理意義 199 
6.3 波動方程和波的能量 204 
6.3.1 一維波函數(shù)的二階微分形式 204 
6.3.2 一維波動方程的動力學推導 204 
6.3.3 波的能量 205 
6.3.4 能流和能流密度 208 
6.3.5 波的吸收 210 
6.3.6 聲波 超聲波 次聲波 211 
6.4 惠更斯原理與波的傳播 212 
6.4.1 惠更斯原理 212 
6.4.2 波的衍射 213 
6.4.3 波的反射和折射 213 
6.5 波的干涉 214 
6.5.1 波的疊加原理 214 
6.5.2 波的干涉現(xiàn)象 相干波 相干波源 215 
6.5.3 駐波 218 
6.6 多普勒效應 223 
6.6.1 多普勒現(xiàn)象 223 
6.6.2 機械波的多普勒效應 224 
6.6.3 其他波中的多普勒效應 227 
習題 227 
第3部分 近代物理學 I 
第7章 狹義相對論 233 
7.1 伽利略變換與經典力學的時空觀 233 
7.1.1 伽利略變換 233 
7.1.2 絕對時空觀 234 
7.2 狹義相對論基本原理 洛倫茲變換 235 
7.2.1 狹義相對論產生的歷史背景 235 
7.2.2 狹義相對論基本原理 236 
7.2.3 洛倫茲變換 237 
7.3 狹義相對論的時空觀 239 
7.3.1 同時的相對性 239 
7.3.2 時間延緩效應 240
7.3.3 長度收縮效應 240 
7.3.4 相對論速度變換 242 
7.4 狹義相對論動力學 244 
7.4.1 質速關系 244 
7.4.2 相對論力學基本方程 246 
7.4.3 質量和能量的關系 246 
7.4.4 能量和動量的關系 248 
習題 249 
第4部分 熱學 
第8章 氣體動理論 253 
8.1 平衡態(tài)理想氣體物態(tài)方程 253 
8.1.1 物質的微觀特征 253 
8.1.2 氣體的狀態(tài)參量 255 
8.1.3 氣體系統(tǒng)的平衡態(tài) 256 
8.1.4 理想氣體狀態(tài)方程 256 
8.2 理想氣體的壓強和溫度 259 
8.2.1 理想氣體的壓強公式 259 
8.2.2 溫度的微觀解釋 261 
8.2.3 氣溫和氣壓 262 
8.3 能量均分原理 理想氣體的內能 263 
8.3.1 自由度 263 
8.3.2 能量均分原理 265 
8.3.3 理想氣體的內能 265 
8.4 麥克斯韋速率分布律 267 
8.4.1 速率分布函數(shù) 267 
8.4.2 麥克斯韋速率分布律 269 
8.4.3 麥克斯韋分布律下三種特征速率 270 
8.5 氣體分子的平均自由程 271 
8.6 范德瓦耳斯方程 274 
8.6.1 分子自身體積引起的修正 274 
8.6.2 分子間引力引起的修正 274 
8.7 氣體內的遷移現(xiàn)象 276 
8.7.1 黏滯現(xiàn)象 276 
8.7.2 熱傳導現(xiàn)象 277 
8.7.3 擴散現(xiàn)象 278 
習題 279
第9章 熱力學基礎 281 
9.1 功 熱量和內能 282 
9.1.1 準靜態(tài)過程 282 
9.1.2 功熱量與內能 282 
9.2 熱力學第一定律 284 
9.3 摩爾熱容 理想氣體的等容過程和等壓過程 284 
9.3.1 熱容量 284 
9.3.2 等容過程 285 
9.3.3 等壓過程 286 
9.4 理想氣體的等溫過程和絕熱過程 287 
9.4.1 等溫過程 287 
9.4.2 絕熱過程 287 
9.5 循環(huán)過程 卡諾循環(huán) 290 
9.5.1 循環(huán)過程 290 
9.5.2 卡諾循環(huán) 291 
9.6 熱力學第二定律 294 
9.6.1 熱力學第二定律的兩種表述 294 
9.6.2 可逆過程和不可逆過程 295 
9.6.3 卡諾定理 296 
9.7 熵 熵增原理 297 
9.7.1 熵 2