本书是大学物理学学习的课外应备教材，共分上、下两册。全书在简要地概括总结大学物理学的基本概念、基本规律和主要方法的基础上，分析解释了学习中常见的物理疑难问题和容易混淆之处，并精选了超过150道典型例题及近200个有代表性的专题性问题予以分析解答，以帮助读者掌握大学物理学的基础知识，培养分析和解决问题的能力。 本册共10章，内容为力学和热学。力学部分包括质点和刚体的运动学及动力学、振动与波动以及狭义相对论，热学部分包括分子动理论和热力学。

第3章动量与角动量 3．1动量与角动量的基本概念和基本规律 3．1．1动量与角动量的基本概念和有关的物理量
冲量设有一力F作用于质点，力的作用时间从t1到t2，则在这段时间内，力F的冲量I定义为 I=∫t2t1Fdt(3．1．1) 其中,Fdt叫作力F在时间间隔t到t+dt内的元冲量。若F是恒力，则 I=F（t2－t1） 冲量是矢量，它反映力的时间积累作用，是一个与过程有关的量，通常称为“过程量”。 动量质点质量m和它的运动速度?瘙經的乘积叫作该质点的动量，以p表示，即 p=m?瘙經(3．1．2) 动量是矢量，它描述质点的机械运动，是由质点的运动状态决定的“状态量”。 力矩设有力F，其作用点对参考系中某定点O的位矢是r，则r与力F的矢量积叫作力F对O点的力矩，以M表示，即


图3.1.1

M=r×F(3．1．3) 力矩M是矢量，它的���小为 M=rFsinθ 其中,θ是r和F方向间的夹角(取不大于180°的那个夹角)。M垂直于由r和F决定的平面，其方向由右手螺旋法则确定，如图3．1．1所示。
力矩反映力对受力作用质点绕定点转动的作用，提到力矩必须指明它是对哪个定点而言的。 冲量矩力对某定点的力矩M与力矩作用的微小时间间隔dt的乘积Mdt叫作力矩M在dt时间间隔内的冲量矩，而由t1到t2的一段有限时间间隔内的冲量矩定义为 ∫t2t1Mdt=∫t2t1(r×F)dt(3．1．4) 冲量矩是矢量，它反映力对绕定点转动的时间积累作用，冲量矩是一个和过程有关的量，是个过程量。 角动量(动量矩)质点对某定点的位矢r与质点在相应位置的动量m?瘙經的矢量积，叫作质点对该定点的角动量或称动量矩，以L表示， L=r×m?瘙經(3．1．5) 角动量是矢量，其大小为 L=rmvsinθ

图3.1.2
式中,θ是r和m?瘙經方向间的夹角(取不大于180°的夹角)，L垂直于由r和m?瘙經决定的平面，即垂直于该时刻质点运动所在平面，其方向由右手螺旋定则确定，如图3．1．2所示。 角动量描述质点绕定点的运动，是状态量。谈到角动量，应指明是对哪个定点而言的。 质心质心是质点系中一个特殊的几何点。对给定的质点系(给定各质点的质量、各质点间的相对位置)，其质心C相对于某原点O的位矢由下述定义式决定： rC=∑imiri∑imi(3．1．6) 式中，mi为第i个质点的质量，ri为第i个质点对原点的位矢，求和应包括质点系内所有的质点。 在直角坐标系中，质心C的相应坐标值由下述各式决定： xC=∑imixi∑imi,yC=∑imiyi∑imi,zC=∑imizi∑imi(3．1．7) 由上述定义可知，质心C的位置是质点系所有质点位置的平均值，但是这个“平均”还考虑到每个质点质量所占的分量，称为以质量为“权重”的“加权平均”。 一个具有一定形状、大小的物体，可以看成质量连续分布的质点系，其质心C相对某原点的位矢由下式决定 rC=∫rdmm(3．1．8) 其中，r是质元dm对原点的位矢，积分对整个物体进行，m为物体的质量。 对给定的质点系，质心对各质点的相对位置是确定的，与参考系无关。形状对称、密度均匀的物体，其质心位置就是其几何对称**。例如一个均质圆环的质心就在圆环**。而由此还得知，质心不一定在物体上。

第1篇力学

前言
第1章运动学
1．1位移、速度和加速度
1．1．1参考系、坐标系
1．1．2位移、速度、加速度的定义
1．1．3速度?瘙經和加速度a的基本性质
1．2质点运动学的常用公式
1．2．1匀加速直线运动
1．2．2圆周运动和平面曲线运动
1．2．3角量与线量的关系
1．3相对运动，速度相加原理及其适用范围
1．3．1相对运动与速度相加原理
1．3．2古典力学的时空观与速度相加原理的适用范围
1．4解题的基本要求(不限于运动学)
1．5典型例题
1．6几个容易混淆的概念
1．6．1|Δr|与|Δr|，|Δ?瘙經|与|Δv|
1．6．2速度的合成、分解与伽利略速度变换关系
1．6．3运动的合成、分解与运动的独立性
第2章牛顿定律
2．1牛顿三定律的内容
2．2对牛顿三定律的认识
2．2．1惯性与惯性运动
2．2．2牛顿第二定律的表达式
2．2．3牛顿定律科学概括了力的概念
2．2．4牛顿定律应用的对象是质点
2．3牛顿定律和参考系
2．3．1牛顿定律并非在所有的参考系中都可以应用
2．3．2牛顿**定律定义了惯性参考系
2．3．3力学中常用的三个惯性系
2．4受力分析的难点——摩擦力的分析
2．4．1常见力中接触力的特点
2．4．2静摩擦力方向的分析
2．4．3随转台匀角速转动物体的相对运动趋势的分析
2．5应用牛顿定律解题的一般方法
2．6典型例题
2．7非惯性系中力和加速度之间的关系
2．7．1在非惯性系中引入惯性力
2．7．2惯性力不是相互作用力
2．7．3非惯性系与力场的等效性
2．7．4重力和地球的引力
2．7．5科里奥利力
2．7．6非惯性系中牛顿定律的应用举例
第3章动量与角动量
3．1动量与角动量的基本概念和基本规律
3．1．1动量与角动量的基本概念和有关的物理量
3．1．2动量与角动量的基本定律
3．1．3动量概念和角动量概念的对比
3．1．4动量守恒条件和角动量守恒条件的对比
3．2用动量定理对变质量问题的分析
3．2．1经典力学中变质量问题的含义
3．2．2变质量问题的一般公式
3．3角动量守恒与行星运动
3．3．1行星运动是平面运动
3．3．2对开普勒第二定律的证明
3．3．3远、近日点速率的关系
3．4典型例题
3．5质心参考系
3．5．1质心参考系是零动量参考系
3．5．2质心系不一定是惯性系
3．5．3质心系与惯性系中角动量的关系
3．5．4质心系中角动量定理的形式
3．6对某些问题的进一步说明与讨论
3．6．1对动量守恒条件的再讨论
3．6．2动量守恒定律和牛顿第三定律实质上是彼此等价的
3．6．3为何在地球—卫星系统中研究动量关系不能选地球为参考系
3．6．4一种处理变质量问题的错误做法
3．6．5角动量概念和规律适用于作直线运动的物体吗
第4章功与能
4．1功与能的基本概念
4．1．1功
4．1．2保守力
4．1．3动能
4．1．4势能
4．1．5机械能
4．2功与能的主要规律及基本联系
4．2．1功与能的主要规律
4．2．2功与能的基本联系
4．3利用功能关系解题的基本步骤
4．4典型例题
4．5质心系中的功能关系
4．5．1柯尼希定理
4．5．2质心系中的功能原理
4．5．3质点系相对于惯性系的运动的分解
4．5．4质心系中碰撞问题的研究
4．6对某些问题的进一步说明与讨论
4．6．1关于功的定义的几种不同说法
4．6．2动量与动能的对比
4．6．3“一对力”的功
4．6．4关于保守力及势能概念的深入说明
4．6．5重力势能与万有引力势能的关系
4．6．6从一对对内力做功分析弹簧势能变化的方法
4．6．7质点系的动量、角动量和机械能是否能在任何惯性系中同时守恒
4．6．8为何在地球—卫星系统中研究能量关系时可以选择地球为参考系
4．6．9为什么不能说物体在弹性碰撞的过程中动能守恒
4．6．10汽车启动过程中有关功、能、动量等若干力学问题的讨论
第5章刚体
5．1刚体的基本概念
5．1．1刚体的几种运动形式
5．1．2刚体的重要物理量和表达式
5．2刚体运动的基本规律
5．2．1刚体的运动学规律
5．2．2关于刚体转动惯量的规律
5．2．3刚体的动力学规律
5．3典型例题
5．4对某些问题的进一步说明与讨论
5．4．1圆盘纯滚动时的转动定律
5．4．2转动圆盘啮合时的角动量守恒问题
5．4．3滑冰运动员作旋转动作时的动力学分析
5．4．4圆盘纯滚动中静摩擦力所做的功
5．4．5为什么角速度与转心(基点)的位置无关
5．4．6角位移是否为矢量
5．4．7刚体角动量L和角速度ω的关系是否可写成L=Jω的形式
第6章振动
6．1简谐振动的基本概念
6．1．1简谐振动的定义
6．1．2简谐振动的特征量
6．1．3相位差
6．1．4简谐振动的运动学特点
6．2简谐振动所服从的基本定律
6．2．1服从牛顿定律
6．2．2服从机械能守恒定律
6．3描述和求解简谐振动的基本方法
6．3．1描述简谐振动的方法
6．3．2判断一个振动是不是简谐振动的方法
6．3．3从运动学求解简谐振动的方法
6．3．4从动力学求解简谐振动的方法
6．4简谐振动的合成(叠加)
6．4．1简谐振动合成的实质与方法
6．4．2两个同频率的简谐振动的合成
6．4．3两个不同频率的简谐振动的合成
6．4．4振动合成的逆问题——振动的分解
6．5阻尼振动
6．5．1阻尼振动的方程和表达式
6．5．2阻尼振动的特点(**讨论弱阻尼情形)
6．5．3弱阻尼、过阻尼、临界阻尼
6．6受迫振动与共振
6．6．1受迫振动的振动方程和表达式
6．6．2受迫振动的特点
6．6．3共振
6．6．4无阻尼自由谐振动和稳态受迫振动的对比
6．7典型例题
6．8对某些问题的进一步说明与讨论
6．8．1反相和反向
6．8．2相位角和方位角
6．8．3振动曲线的画法
6.8．4用旋转矢量表示简谐振动的速度和加速度
6．8．5简谐振动系统的机械能和振动能
6．8．6组合弹簧振动系统的等效劲度系数
6．8．7弹簧质量不能忽略时弹簧振子的固有频率
6．8．8求振动周期举例
6．8．9组合弹簧振动系统的横向微小振动
6．8．10物体在稳定平衡位置附近的微小振动不一定都是简谐振动
6．8．11单摆是个理想化模型
6．8．12单摆大幅度摆动的周期
6．8．13用振幅矢量法研究受迫振动
6．8．14阻尼振动系统的能量
第7章波动
7．1波动的基本概念
7．1．1波的传播的概念
7．1．2波的特征量
7．1．3波形曲线
7．1．4波的表达式
7．1．5波动方程
7．1．6波的能量及其特点
7．2与波的传播特性有关的原理、现象和规律
7．2．1惠更斯原理
7．2．2入射波、反射波、透射波间的振幅关系和相位关系
7．2．3多普勒效应及其规律
7．3与波的叠加特性有关的原理、现象和规律
7．3．1叠加原理
7．3．2波的干涉现象及其规律
7．3．3驻波的形成及特点
7．3．4两端固定绳的自由振动、简正模式
7．4电磁波
7．5典型例题
7．6对某些问题的进一步说明与讨论
7．6．1振动曲线和波形曲线的联系——波动概念的应用
7．6．2机械波的多普勒效应公式的推导
7．6．3光的多普勒效应
7．6．4波的能量到哪去了
7．6．5关于波的相干条件中“振动方向相同”一项的讨论
7．6．6驻波是不是波
7．6．7入射波和反射波振幅不等时的叠加
7．6．8在完全反射的情况下媒质边界处是否可能既不是波节又不是波腹
7．6．9关于驻波能量的讨论
7．6．10由驻波叠加为行波
7．6．11有趣的“拍”现象
7．6．12相速度与群速度
7．6．13复振幅法
第8章狭义相对论基础
8．1狭义相对论的基本原理
8．1．1狭义相对论的基本假设
8．1．2相对论是对古典时空观和牛顿力学的彻底革命
8．2相对论的时空观
8．2．1洛伦兹变换
8．2．2同时性的相对性
8．2．3时序
8．2．4时间延缓
8．2．5长度缩短
8．2．6洛伦兹速度变换
8．2．7洛伦兹加速度变换
8．3相对论力学
8．3．1相对论质量
8．3．2相对论动量
8．3．3相对论动量变化率
8．3．4相对论动能
8．3．5相对论能量
8．3．6相对论动量和能量的关系
8．3．7相对论动量和能量变换
8．3．8相对论动量变化率的变换
8．4典型例题
8．5对某些问题的进一步说明与讨论
8．5．1狭义相对论的起源
8．5．2双生子效应(双生子佯谬)
8．5．3高速运动物体的视状
8．5．4能否选光子为参考系
8．5．5光速c是否是宇宙间的极限速度
8．5．6动量守恒定律和能量守恒定律同时满足相对性原理

第2篇热学
前言
1. 热学的研究对象和方法
2. 统计规律
3. 热学系统的微观描述和宏观描述
4. 平衡态
5. 热力学第零定律、温度、温标
6. 几个问题
第9章气体分子动理论
9．1概述
9．1．1基本概念
9．1．2主要研究内容
9．2主要模型和假设
9．2．1理想气体状态方程
9．2．2理想气体的微观模型
9．2．3苏则朗模型
9．2．4平衡态理想气体分子运动的统计假设
9．3气体分子动理论的几个重要结果
9．3．1压强的统计解释与理想气体压强公式
9．3．2温度的统计解释
9．3．3麦克斯韦速率分布律
9．3．4内能
9．3．5范德瓦尔斯气体和范德瓦尔斯方程
9．3．6碰撞频率和自由程
9．3．7输运过程
9．4典型例题
9．5对某些问题的进一步说明与讨论
9．5．1对内能的进一步讨论
9．5．2麦克斯韦速度分布律
9．5．3由麦克斯韦速度分布律推导麦克斯韦速率分布律
9．5．4玻耳兹曼分布律
9．5．5单位时间内碰到器壁上的分子数
9．5．6用麦克斯韦速度分布律求压强
9．5．7分子按动能的分布律
9．5．8麦克斯韦速度分布律是研究理想气体各种规律的出发点
第10章热力学基础
10.1关于热力学过程的概念
10.1.1准静态过程
10.1.2准静态过程中系统对外界做的功
10.1.3可逆过程
10.1.4不可逆过程
10.1.5循环过程
10.1.6绝热过程
10.1.7等值过程
10.2热力学过程中的能量转化关系——热力学**定律
10.2.1热力学**定律
10.2.2内能
10.2.3功
10.2.4热量
10.2.5热力学**定律的应用
10.2.6热机的效率和制冷机的制冷系数
10.2.7卡诺循环
10.3热力学过程中方向性的规律——热力学第二定律
10.3.1热力学第二定律
10.3.2卡诺定理
10.3.3熵和熵增加原理
10.3.4克劳修斯等式和熵的计算
10.4典型例题
10.5对某些问题的进一步说明与讨论
10.5.1热力学第二定律的统计解释
10.5.2从宏观上看功和热的差异
10.5.3热力学温标及其与理想气体温标的一致性
10.5.4热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述等价性的证明
10.5.5多个热源的热机能否只吸热不放热
10.5.6等体过程中对克劳修斯等式和不等式的分析
10.5.7热力学第二定律对物性的约束、克拉珀龙方程
10.5.8内能和热量在热力学中的定义
10.5.9在纯热力学理论中熵概念的导出
10.5.10热力学第三定律 参考文献