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第1篇 力学3

第1章 质点运动学3

1.1 质点 参考系 坐标系3

1.1.1 质点3

1.1.2 参考系5

1.1.3 坐标系5

1.2 描述质点运动的物理量6

1.2.1 描述质点在某时刻位置的矢量——位置矢量6

1.2.2 运动方程7

1.2.3 描述质点位置变化的大小和方向——位移矢量8

1.2.4 位移对时间的变化率——速度9

1.2.5 速度对时间的变化率——加速度11

1.2.6 运动学的两类问题12

1.3 圆周运动14

1.3.1 圆周运动的平面极坐标（角量）描述15

1.3.2 圆周运动的直角坐标系描述16

1.3.3 圆周运动的自然坐标系描述17

1.3.4 角量和线量的关系19

1.4 相对运动21

1.4.1 运动描述的相对性21

1.4.2 伽利略变换21

第2章 牛顿定律23

2.1 牛顿运动定律23

2.1.1 牛顿第一定律（惯性定律）23

2.1.2 牛顿第二定律24

2.1.3 牛顿第三定律25

2.2 常见的几种力25

2.2.1 万有引力和重力26

2.2.2 弹性力26

2.2.3 摩擦力28

2.2.4 流体阻力28

2.3 牛顿定律的应用29

2.4 惯性参照系 力学相对性原理33

2.4.1 惯性参照系33

2.4.2 力学相对性原理33

2.4.3 牛顿运动定律的适用范围34

第3章 动量守恒定律和能量守恒定律35

3.1 质点和质点系的动量定理35

3.1.1 动量 冲量 质点的动量定理36

3.1.2 质点系的动量定理38

3.2 动量守恒定律39

3.3 动能定理42

3.3.1 功42

3.3.2 质点的动能定理44

3.3.3 质点系的动能定理45

3.4 保守力与势能48

3.4.1 一对万有引力的功48

3.4.2 保守力49

3.4.3 势能49

3.4.4 常见保守力的势能50

3.5 功能原理 机械能守恒定律52

3.5.1 功能原理52

3.5.2 机械能守恒定律52

3.5.3 普遍的能量守恒定律54

3.6 碰撞55

3.6.1 弹性碰撞55

3.6.2 完全非弹性碰撞56

第4章 刚体和理想流体59

4.1 刚体的运动简介59

4.1.1 刚体的平动60

4.1.2 刚体的转动60

4.1.3 刚体定轴转动60

4.2 力矩 转动定律 转动惯量64

4.2.1 力矩65

4.2.2 转动定律66

4.2.3 转动惯量67

4.2.4 刚体定轴转动定律的应用70

4.3 角动量 角动量守恒定律74

4.3.1 质点对固定点的角动量74

4.3.2 质点的角动量定理75

4.3.3 质点的角动量守恒定律76

4.3.4 刚体对轴的角动量77

4.3.5 刚体对轴的角动量定理77

4.3.6 刚体对轴的角动量守恒定律78

4.4 力矩做功 定轴转动的动能定理81

4.4.1 力矩做功81

4.4.2 转动动能81

4.4.3 定轴转动的动能定理82

4.5 陀螺仪 进动83

4.5.1 陀螺的进动84

4.5.2 回转效应与来复线85

4.5.3 陀螺仪的定向性85

4.6 流体力学简介86

4.6.1 静止流体内的压强87

4.6.2 理想流体的连续性方程90

4.6.3 理想流体定常流动的伯努利方程93

4.6.4 理想流体定常流动的伯努利方程的应用94

第2篇 热 学99

第5章 气体动理论99

5.1 平衡态 理想气体状态方程99

5.1.1 状态参量 平衡态99

5.1.2 理想气体状态方程100

5.2 理想气体的压强公式101

5.2.1 理想气体的微观模型102

5.2.2 大量气体分子组成的系统的统计假设103

5.2.3 理想气体压强公式的推导103

5.3 理想气体的温度公式105

5.4 能量均分定理 理想气体的内能107

5.4.1 自由度107

5.4.2 能量均分定理108

5.4.3 理想气体的内能108

5.5 麦克斯韦分子速率分布律110

5.5.1 速率分布函数110

5.5.2 麦克斯韦气体分子速率分布律112

5.5.3 三种统计速率113

5.6 玻耳兹曼能量分布律116

5.6.1 玻耳兹曼能量分布律116

5.6.2 重力场中粒子按高度的分布117

5.7 分子平均碰撞次数和平均自由程118

5.7.1 分子的平均碰撞频率118

5.7.2 分子的平均自由程119

第6章 热力学基础120

6.1 准静态过程 功 内能 热量120

6.1.1 准静态过程120

6.1.2 热力学第零定律121

6.1.3 准静态过程的功 内能 热量121

6.2 热力学第一定律124

6.3 理想气体的定体摩尔热容和定压摩尔热容125

6.3.1 气体的摩尔热容126

6.3.2 定体摩尔热容Cv,m126

6.3.3 定压摩尔热容Cp,m126

6.4 理想气体的等体、等压、等温和绝热过程127

6.4.1 等体过程128

6.4.2 等压过程128

6.4.3 等温过程129

6.4.4 绝热过程129

6.5 循环过程 卡诺循环133

6.5.1 循环过程133

6.5.2 卡诺循环137

6.6 热力学第二定律140

6.6.1 热力学过程的方向性140

6.6.2 热力学第二定律的表述141

6.7 热力学第二定律的统计意义 熵增加原理143

6.7.1 热力学第二定律的统计意义143

6.7.2 熵 熵增加原理145

6.8 热学的应用147

6.8.1 温室效应147

6.8.2 热泵技术147

6.8.3 低温技术148

6.8.4 热处理技术149

第3篇 电磁学153

第7章 静电场153

7.1 电荷的量子化 电荷守恒定律153

7.1.1 摩擦起电153

7.1.2 电荷的量子化154

7.1.3 电荷的守恒性154

7.1.4 电荷的相对论不变性155

7.2 库仑定律 电场力叠加原理155

7.2.1 点电荷155

7.2.2 库仑定律155

7.2.3 电场力叠加原理156

7.3 电场 电场强度157

7.3.1 电场157

7.3.2 电场强度158

7.3.3 场强叠加原理158

7.3.4 场强的计算159

7.4 电场强度通量 高斯定理165

7.4.1 电场线165

7.4.2 电场强度通量166

7.4.3 高斯定理167

7.4.4 高斯定理的应用169

7.5 静电场的环路定理 电势能174

7.5.1 静电场力的功174

7.5.2 静电场的环路定理175

7.5.3 电势能176

7.6 电势 电势差 电势叠加原理177

7.6.1 电势 电势差177

7.6.2 电势的计算178

7.7 电场强度与电势梯度183

7.7.1 等势面183

7.7.2 场强与电势的关系183

第8章 静电场中的导体和电介质186

8.1 静电场中的导体186

8.1.1 静电感应 静电平衡186

8.1.2 静电平衡时导体上电荷的分布187

8.2 静电场中的电介质193

8.2.1 电介质的分类193

8.2.2 电介质的极化193

8.2.3 极化强度矢量194

8.2.4 介电常数195

8.2.5 极化强度与束缚电荷面密度的关系195

8.3 电位移 有电介质时的高斯定理196

8.3.1 有电介质时的高斯定理196

8.3.2 E、D、P三矢量之间的关系197

8.4 电容198

8.4.1 孤立导体的电容198

8.4.2 电容器及其电容199

8.4.3 典型电容器的电容公式199

8.4.4 电容器的串、并联201

8.5 静电场的能量 能量密度203

8.5.1 带电系统的能量203

8.5.2 电场能量203

8.6 静电的应用205

8.6.1 电容式传感器205

8.6.2 静电屏蔽206

第9章 稳恒磁场207

9.1 磁场 磁感应强度207

9.1.1 基本磁现象208

9.1.2 磁场208

9.1.3 磁感应强度209

9.2 磁场对运动电荷的作用211

9.2.1 洛伦兹力211

9.2.2 带电粒子在匀强磁场中的运动211

9.3 毕奥－萨伐尔定律215

9.3.1 毕奥－萨伐尔定律215

9.3.2 毕奥－萨伐尔定律的应用216

9.3.3 匀速运动的点电荷的磁场221

9.4 磁通量 磁场的高斯定理223

9.4.1 磁感线223

9.4.2 磁通量224

9.4.3 磁场中的高斯定理224

9.5 安培环路定理及其应用225

9.5.1 安培环路定理226

9.5.2 安培环路定理的应用228

9.6 磁场对载流导线的作用232

9.6.1 安培定律232

9.6.2 安培单位的定义235

9.6.3 磁场对载流线圈的作用235

9.7 磁场中的磁介质239

9.7.1 物质的磁性239

9.7.2 磁化强度 磁化电流240

9.7.3 磁介质中的磁场 磁场强度242

9.7.4 铁磁介质242

第10章 电磁感应 电磁场245

10.1 电动势 电磁感应定律245

10.1.1 电源 电动势245

10.1.2 电磁感应现象246

10.1.3 法拉第电磁感应定律247

10.1.4 楞次定律248

10.2 动生电动势和感生电动势250

10.2.1 动生电动势250

10.2.2 感生电动势252

10.3 自感和互感255

10.3.1 自感255

10.3.2 互感257

10.4 自感磁能 磁场的能量259

10.4.1 自感磁能259

10.4.2 磁场的能量260

10.5 位移电流 麦克斯韦方程组261

10.5.1 位移电流 全电流安培环路定理262

10.5.2 麦克斯韦方程组 电磁场263

10.6 电磁感应的应用264

10.6.1 交流发电机和交流（感应）电动机264

10.6.2 涡电流及其应用265

10.6.3 电子感应加速器266

10.6.4 磁流体发电机266

部分练习答案268

参考文献281