力學（上冊）

前言

書是根據(jù)南京大學1959年以來物理系（還有天文系）一年級力學講義編寫而成。我們設(shè)想，在一年級力學課開始時，一面采用圖像分析進行論述，一面運用初步的微積分、矢量代數(shù)作為對照，有利于學生掌握圖像方法與運算方法之間的聯(lián)系，透過數(shù)學表達式弄清內(nèi)在的物理含義。此后，可逐步減少圖像方法而代之以運算方法。這樣循序漸進，既能學會運用數(shù)學工具，又能更好地掌握力學概念的基礎(chǔ)。我們又設(shè)想，這樣的調(diào)整特別有利于突破泛泛的理論陳述，使一年級力學針對學生思想方法的特點，切實幫助他們解除“鏈式推理”的思想束縛，誘導他們學會通過具體分析，應(yīng)用力學的一般原則來解決具體問題。運用生動的例題啟發(fā)他們認識“鏈式推理”對自己的束縛，并引導他們集中力量攻克§19（質(zhì)點動力學問題1這個重要點和關(guān)鍵點，基本上就可以達到這一要求，為整個課程的順利進行鋪平道路。我們還設(shè)想，這樣的調(diào)整有利于幫助學生及早地破除“不問條件總是用常量進行思維”的習慣，建立變量的觀念。由于學生從高中帶來的勻速、勻加速、常力的觀念很深，在第一章 中需要著重解決這個問題。這些思考方法上的訓練，對學習其他物理課程也有很大好處。幾年的實踐初步證實了上述設(shè)想。教材的系統(tǒng)性有所加強，學生運用力學知識的能力和學習成績確實比調(diào)整前有所提高，學習負擔有所減輕。當然還很不夠。本書還嘗試做到生動有趣。根據(jù)我們的體會，生動的例子往往能尖銳地揭露矛盾，使問題解決較透徹，留下的印象也較深。本書對回轉(zhuǎn)儀奇特行徑的物理實質(zhì)所作的闡釋（§46）以及對單杠“晚旋”的力學原理所作的闡釋（§47）在其他書籍中尚未見到，是否恰當請讀者指教。本書正文中凡用到微積分運算的段落都用小號字排印，而用到微積分運算的例題則標以+號，如果跳過這些部分，并不影響連貫性。成書以前，南京大學物理系領(lǐng)導多次組織了此教材與其他教材教學實踐情況的對比調(diào)查研究。作者對組織者、分工審讀的同事以及給編寫工作以協(xié)助的同事謹表謝意。

內(nèi)容概要

本書為“力學”第四版，是普通高等教育“十一”五國家級規(guī)劃教材。全書共分七章，主要介紹了質(zhì)點運動學、質(zhì)點動力學的基本定律、質(zhì)點動力學的運動定理、質(zhì)點系動力學的運動定理、剛體力學等內(nèi)容。章末附有復習題及思考題，書末匯集了各章的習題及答案。

書籍目錄

緒論  §1  物質(zhì)與運動  §2  物理學  §3  量度國際單位制量綱    (1)量度    (2)任何一種量度都不是絕對精密的    (3)國際單位制    (4)量綱  §4實際對象的簡化理想化的模型  §5力學    (1)力學    (2)力學是古老的，在當前時代中又有巨大的生命力    (3)經(jīng)典力學的局限性    (4)運動學與動力學第一章  質(zhì)點運動學  §6  空間與時間參考系  §7  直線運動  §8  曲線運動位移  §9  速度速率  §10  加速度  §11  坐標系的運用  §12  直角坐標系    (1)直角坐標系    (2)矢量及其分量    (3)質(zhì)點的位置    (4)質(zhì)點的速度與速率    (5)質(zhì)點的加速度  §13  極坐標系    (1)極坐標系    (2)矢量及其分量    (3)質(zhì)點的位置    (4)質(zhì)點的速度與速率    (5)質(zhì)點的加速度  §14  自然坐標系  復習思考題第二章  質(zhì)點動力學的基本定律  §15  慣性定律慣性參考系  §16  力與加速度慣性質(zhì)量    (1)力的概念    (2)力的量度    (3)力與加速度的關(guān)系    (4)慣性質(zhì)量    (5)牛頓第二定律    (6)力是矢量  §17  力學中常遇到的力作用力與反作用力    (1)萬有引力    (2)彈性力    (3)摩擦力    (4)力是一種接觸作用    (5)作用力與反作用力  §18  力的合成與分解算法舉例  §19  質(zhì)點動力學問題  §20  摩擦力    (1)干摩擦    (2)濕摩擦    (3)干摩擦而帶有濕摩擦的特點  §2  1約束運動  復習思考題第三章  運動定律與非慣性參考系  §22  問題的提出解決途徑  §23  平動參考系    (1)伽利略相對性原理    (2)平動參考系中的慣性力  §24  轉(zhuǎn)動參考系(一)  §25  轉(zhuǎn)動參考系(二)    (1)科里奧利加速度    (2)科里奧利力    (3)質(zhì)點作一般的“相對”運動    (4)地球自轉(zhuǎn)對地面上物體運動的影響  復習思考題第四章  質(zhì)點動力學的運動定理  §26  動量定理  §27  動量矩定理    (1)力對于軸線的力矩    (2)對于軸線的動量矩(角動量)和動量矩定理    (3)動量矩守恒定律    (4)對于點的力矩、動量矩、動量矩定理、動量矩守恒定律  §28  功  §29  勢能    (1)勢能的概念    (2)如何計算質(zhì)點在已知的保守力場中的勢能    (3)質(zhì)點在保守力場中的勢能為已知，如何計算相應(yīng)的保守力    (4)慣性力“勢能”  §30  動能動能定理    (1)動能    (2)動能定理  §31  機械能守恒定律  §32  功能原理  §33  功率  §34  有心力    (1)有心力    (2)研究有心力問題的基本方程    (3)有效勢能  復習思考題第五章  質(zhì)點系動力學的運動定理  §35  質(zhì)點系動力學的困難所在兩體問題    (1)質(zhì)點系動力學的困難所在    (2)兩體問題    (3)質(zhì)心的運動    (4)相對的運動  §36  質(zhì)心運動定理——動量定理  §37  碰撞    (1)對心碰撞(正碰)    (2)斜碰  §38  動量矩定理    (1)對于軸線的動量矩定理    (2)質(zhì)點系的動量矩與質(zhì)心的動量矩    (3)參考系的選擇    (4)動量矩守恒定律    (5)對于點的動量矩定理  §39  動能定理    (1)動能定理    (2)質(zhì)點系的動能與質(zhì)心的動能    (3)機械能守恒定律與功能原理    (4)參考系的選擇  復習思考題第六章  剛體力學  §40  剛體——一種質(zhì)點系    (1)剛體    (2)剛體是一種質(zhì)點系，有六個自由度    (3)剛體的質(zhì)心    (4)對于剛體，內(nèi)力所做功的和為零  §41  施于剛體的力系的簡化    (1)滑移矢量    (2)特例：共點力系、平行力系    (3)力系簡化的困難及其克服    (4)力系的簡化  §42  剛體的平衡    (1)剛體的平衡問題    (2)平衡的穩(wěn)定性問題    (3)桁架問題  §43  剛體的平動  §44  剛體的定軸轉(zhuǎn)動    (1)定軸轉(zhuǎn)動的運動學    (2)定軸轉(zhuǎn)動的動力學基本方程式    (3)轉(zhuǎn)動慣量的計算    (4)慣量張量  慣量主軸    (5)剛體定軸轉(zhuǎn)動問題舉例    (6)動能定理的應(yīng)用    (7)約束反力問題與動平衡問題  §45  剛體的平面平行運動    (1)平面平行運動的運動學    (2)平面平行運動的動力學    (3)滾動摩擦  §46  剛體的定點運動    (1)沒有外加力矩的定點運動    (2)旋轉(zhuǎn)對稱重剛體的定點運動    (3)兩個自由度回轉(zhuǎn)剛體的定點運動  §47  單杠的“晚旋”    (1)動量矩守恒    (2)動量矩的計算公式    (3)晚旋的縱轉(zhuǎn)是怎樣產(chǎn)生的  復習思考題第七章  振動與波  §48  一個自由度的振動    (1)諧振動    (2)阻尼振動    (3)受迫振動    (4)諧波分析頻譜  §49  諧振動的合成    (1)方向相同，頻率相同    (2)方向相同，頻率不同    (3)方向垂直，頻率相同    (4)方向垂直，頻率不同  §50  兩個自由度的振動  §51  一維波的形成    (1)繩上波的形成    (2)固體彈性介質(zhì)里橫波的形成    (3)彈性介質(zhì)里縱波的形成    (4)諧波的解析表達式    (5)能流密度波強  §52  一維波傳播的一些問題    (1)特征阻抗    (2)反射波    (3)駐波    (4)多普勒效應(yīng)    (5)色散波的群速  §53  空間波    (1)波面波前波射線    (2)惠更斯原理    (3)波的衍射    (4)波的反射    (5)波的折射  §54  波的干涉    (1)波的疊加原理    (2)波的干涉    (3)全息照相  復習思考題附錄  微積分初步  §1函數(shù)  §2極限  §3導數(shù)  §4微分  §5積分習題習題答案

章節(jié)摘錄

插圖：一切物質(zhì)都在不停地變化——或者說，運動。有簡單的運動，也有復雜的運動；有低級形式的運動，也有高級形式的運動。最簡單的運動是位置的改變，即機械運動，其次有分子熱運動、電磁過程等物理現(xiàn)象，再次有化學變化、生物機體所固有的各種過程，還有屬于社會現(xiàn)象的各種運動。各種科學的任務(wù)就是研究各種運動形式，研究該種運動形式的特殊規(guī)律性及其與其他運動形式的相互聯(lián)系。在高級的運動形式中，必定包含著較低級的運動形式。例如在化學變化中必然伴隨著吸熱或放熱、膨脹或收縮、變色、放出氣體、產(chǎn)生沉淀等物理現(xiàn)象。又例如在生物機體的各種過程中必伴隨有許多物理現(xiàn)象與化學變化；比方說，在呼吸過程中，氣體從生物機體外部進入體內(nèi)或從體內(nèi)排出體外。這正說明基礎(chǔ)學科的重要性。但是，物質(zhì)的每一種運動形式又各具有質(zhì)的特殊性，高級運動形式?jīng)Q不能歸結(jié)為低級的運動形式。例如化學反應(yīng)決不能歸結(jié)為僅僅是吸熱或放熱等物理現(xiàn)象。又例如呼吸過程決不能歸結(jié)為僅僅是氣體的機械運動；將抽氣機與打氣機的聯(lián)合動作稱為呼吸顯然是十分荒唐的。因此基礎(chǔ)學科也不能代替其他學科。2物理學“物理”一詞最先出自希臘文φυδk，原意是指自然。古時的歐洲人稱物理學為“自然哲學”。從最廣泛的意義上來說，即是研究大自然現(xiàn)象及規(guī)律的學問。直到19世紀，物理學才從哲學中分離出來成為一門實證科學。物理學的研究對象是比較低級形式的物質(zhì)運動：機械運動、原子和分子的運動、電磁運動、原子核內(nèi)部的運動等等。由于較低級的運動形式普遍存在于較高級的運動形式中，基礎(chǔ)學科之一的物理學在各門自然科學之中占有十分重要的地位。

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《力學(上)(第4版)》：普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材

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