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计算机模拟简介1

第一章 质点运动学4

1.1参考系 坐标系 质点4

1.1.1参考系 坐标系4

1.1.2质点4

1.2质点运动的描述5

1.2.1位置矢量 运动方程5

1.2.2位移7

1.2.3速度7

1.2.4加速度9

1.2.5质点运动学的两类基本问题11

1.3圆周运动13

1.3.1圆周运动的角量描述14

1.3.2圆周运动的自然坐标描述15

1.3.3一般平面曲线运动18

1.4相对运动18

计算机模拟（一）20

习题21

第二章 质点动力学23

2.1牛顿运动定律23

2.1.1牛顿运动定律23

2.1.2牛顿运动定律的应用25

2.1.3非惯性系 惯性力29

2.2动能定理 机械能守恒定律29

2.2.1功与功率30

2.2.2保守力与非保守力 势能33

2.2.3动能定理 功能原理37

2.2.4机械能守恒定律 能量守恒定律41

2.3动量定理 动量守恒定律44

2.3.1质点的动量定理44

2.3.2质点系的动量定理48

2.3.3动量守恒定律49

2.3.4质心和质心运动定理53

计算机模拟（二）55

习题57

第三章 刚体的定轴转动61

3.1刚体运动的描述61

3.1.1刚体的运动61

3.1.2刚体定轴转动的角量描述63

3.2刚体定轴转动的转动定律64

3.2.1力矩64

3.2.2刚体定轴转动的转动定律65

3.2.3刚体对定轴的转动惯量68

3.2.4平行轴定理正交轴定理71

3.3刚体定轴转动的动能定理71

3.3.1力矩的功72

3.3.2刚体定轴转动的转动动能72

3.3.3刚体定轴转动的动能定理73

3.4角动量定理 角动量守恒定律75

3.4.1角动量定理75

3.4.2角动量守恒定律77

计算机模拟（三）80

习题81

第四章 狭义相对论83

4.1伽利略变换和经典力学时空观83

4.2狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换85

4.2.1狭义相对论的基本原理86

4.2.2洛伦兹变换86

4.3狭义相对论的时空观88

4.3.1同时的相对性89

4.3.2长度的收缩89

4.3.3时间的延缓91

4.4狭义相对论动力学93

4.4.1质量与速度的关系93

4.4.2狭义相对论力学的基本方程94

4.4.3质量和能量的关系94

4.4.4动量和能量的关系96

计算机模拟（四）97

习题99

第五章 气体动理论101

5.1气体动理论的基本概念101

5.1.1状态参量101

5.1.2平衡态101

5.1.3物态方程102

5.1.4气体分子热运动的统计规律102

5.2理想气体的压强和温度103

5.2.1理想气体的微观模型103

5.2.2理想气体的压强公式103

5.2.3理想气体的温度公式106

5.3能量均分定理 理想气体的内能107

5.3.1自由度107

5.3.2能量均分定理108

5.3.3理想气体的内能109

5.4麦克斯韦气体分子速率分布律110

5.4.1速率分布函数110

5.4.2麦克斯韦气体分子速率分布律110

5.4.3分子速率的三种统计值112

5.5玻耳兹曼分布律113

5.5.1玻耳兹曼能量分布律113

5.5.2重力场中分子按高度的分布114

5.6气体分子的平均碰撞频率和平均自由程114

5.6.1平均碰撞频率114

5.6.2平均自由程115

5.7实际气体的范德瓦耳斯方程116

计算机模拟（五）118

习题119

第六章 热力学基础121

6.1准静态过程 内能 功 热量121

6.1.1准静态过程121

6.1.2内能122

6.1.3功122

6.1.4热量124

6.2热力学第一定律125

6.3理想气体的等值过程和绝热过程126

6.3.1等体过程126

6.3.2等压过程127

6.3.3等温过程128

6.3.4绝热过程129

6.3.5多方过程132

6.4循环过程 卡诺循环133

6.4.1循环过程133

6.4.2热机效率和制冷系数134

6.4.3卡诺循环137

6.5热力学第二定律 卡诺定理139

6.5.1可逆过程与不可逆过程139

6.5.2热力学第二定律的两种表述140

6.5.3卡诺定理141

6.6熵 熵增加原理142

6.6.1熵142

6.6.2熵增加原理144

6.7热力学第二定律的统计意义145

6.7.1热力学第二定律的统计意义145

6.7.2熵的统计表述146

计算机模拟（六）147

习题148

第七章 静电场151

7.1电荷电荷守恒定律151

7.1.1电荷的量子化151

7.1.2电荷守恒定律152

7.2电场 电场强度152

7.2.1库仑定律152

7.2.2电场强度154

7.2.3场强叠加原理155

7.2.4电偶极子的电场156

7.2.5场强的计算158

7.3电场强度通量 高斯定理160

7.3.1电场线160

7.3.2电场强度通量161

7.3.3高斯定理163

7.3.4高斯定理的应用165

7.4密立根电子电荷量测量实验167

7.5静电场的环路定理 电势能168

7.5.1电场力的功168

7.5.2静电场的环路定理169

7.5.3电势能170

7.6电势171

7.6.1电势 电势差171

7.6.2电势的叠加原理172

7.6.3电势的计算173

7.7电场强度与电势梯度的关系176

7.7.1等势面176

7.7.2场强与电势梯度的关系177

7.8静电场中的电偶极子179

7.8.1电场对电偶极子的作用179

7.8.2电偶极子在电场中的电势能179

计算机模拟（七）180

习题181

第八章 静电场中的导体与电介质186

8.1静电场中的导体186

8.1.1导体的静电平衡186

8.1.2静电屏蔽189

8.1.3有导体存在时静电场场强与电势的计算190

8.2静电场中的电介质 电位移192

8.2.1电介质的极化193

8.2.2电极化强度和极化电荷194

8.2.3电位移 有电介质时的高斯定理196

8.3电容 电容器199

8.3.1孤立导体的电容199

8.3.2电容器及其电容199

8.3.3电容器的连接202

8.4静电场的能量 能量密度204

8.4.1电容器的储能204

8.4.2静电场能量密度和能量计算205

计算机模拟（八）207

习题208

附录一 常用基本物理常量213

附录二 MATLAB简介214

习题参考答案217