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第一章物理学和力学
物理学本科专业的基本理论知识体系包括七个知识领域，其中力学是第一个知识领域，即机械运动现象与规律。本章开宗明义地介绍物理学科特点和沿革，彰显科学素养的重要性。
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●1.1发展着的物理学
通常意义上，我们将物理学分为经典物理学和现代物理学。学习力学前，先要对物理整体及其发展有概括性的了解。
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●1.2物理学科的特点
物理学科的特点是一门以观察和实验为基础的学科。基于其学科特点，对物理学研究问题的基本方法概括为以下六个方面。
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●1.3力学——学习物理学的开始
力学是物理学的有机组成部分，是学习物理学的开始。力学在物理学的发展乃至整个人类认识发展中具有重要。本课程主要讨论经典力学，同时也涉及部分相对论的基本图像，力求使我们对力学有较全面的认识。
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第二章质点运动学
运动学的任务是描述随时间的推移物理空间位置的变化，不涉及物理体检相互作用与运动的关系。这一章讨论如何描述质点理想模型的运动。基本内容包括位置、位移、速度、加速度矢量及其分量表示，它们之间的求导和积分运算等。
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●2.1质点的运动学方程
利用矢量这个数学工具，就质点的一般运动建立位置矢量、质点的运动学方程、位移等概念。
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●2.2瞬时速度矢量与瞬时加速度矢量
具备了位置矢量、运动学方程、位移等概念后，为了全面描述质点的运动状态，本节课介绍瞬时速度与瞬时加速度矢量的概念。
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●2.3质点直线运动——从坐标到速度和加速度
在质点运动中，直线运动最简单。对这类问题，质点运动学方程仍是关键。有了它，即可用求导法求速度和加速度，从而掌握全部运动情况。
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●2.4质点直线运动——从加速度到速度和坐标
根据速度和加速度的定义，在可以做积分的条件下，给出质点加速度随时间的变化规律和初速度，即可求出速度随时间的变化。如果还了解质点的初始坐标，可以进一步做积分求得质点的运动学方程。
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●2.5平面直角坐标系 抛体运动
质点平面运动是指质点在平面上的曲线运动质点，经常改变运动方向，速度、加速度等物理量的矢量性更加突出。在这种情况下，如何选择坐标系的问题就非常重要。本小节讨论平面直角坐标系及其应用。
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●2.6自然坐标 切向和法向加速度
如果质点在平面上沿曲线运动的轨迹是一致的，那么采用平面自然坐标，描述质点位置就比较方便。本小节介绍自然坐标及速度和加速度的表示。
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●2.7伽利略变换
同一物体对不同参照系对运动作不同描述，需要研究不同描述之间的关系。这就是本小节所要学习的伽利略变换。
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第三章动量 牛顿运动定律 动量守恒定律
运动和物体相互作用的关系是人类几千年来不断探索的课题，即使在今天，已知运动求力的问题仍然不断的提到人们面前。比如怎样安排火箭的推力，才能将他送上巧妙设计的轨道？这便是动力学问题。自牛顿发表他的《自然哲学的数学原理》以来，牛顿三定律成为动力学的基础。本章除了学习牛顿运动定律外，还将讨论用冲量概念表述的动量定理及动量守恒定律的常见形式。
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●3.1牛顿运动定律
牛顿运动定理，在当代科学技术中有着广泛的应用。从质量的操作性定义和动量的概念出发，更容易清楚地建立牛顿运动定律的体系。
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●3.2主动力和被动力
为了便于力学的分析和牛顿运动定理的应用，分主动力和被动力两个方面来对力作以讨论。
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●3.3牛顿运动定律的应用：变力作用下的直线运动
学习物理的一项基本训练是正确的应用数学工具描述物理现象。本节课以变力作用下的直线运动为例，应用牛顿运动定理求解此类问题。
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●3.4用冲量表述的动量定理
任何力总是在一段时间内作用的。为了描述力在一段时间间隔的累积作用，引入冲量的概念，并用冲量表述动量定理。
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●3.5质点系动量定理和质心运动定理
由相互作用的若干个质点所构成的系统称为质点系。本小节课讨论质点系受周围物体作用时动量的变化规律。这些规律有两种表现形式，即质点系的动量定理和质心运动定理。
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●3.6动量守恒定律
力在时间上的积累引起的效果是使质点或质点系的动量发生变化。这节课讨论在力学中甚至在物理学中都非常重要的动量守恒定律。
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第四章动能和势能
能量变化规律是动力学中非常重要的方面。本章基本内容包括质点与质点系的动能定理、质点系动能定理中内力功分析、质点系功能原理与机械能守恒定律、对心碰撞等。本章学习的难点是变力做功、质点系动能定理、质点系的功能原理和碰撞的综合性问题。
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●4.1能量——另一个守恒量
能量是物理学中最为重要的概念之一。正如费曼所说的那样：“能量是一个最为抽象的概念”。人类认识这个概念经历了长期的曲折的过程。本节课简要介绍人们是怎样逐步认识能量和能量守恒定律的。
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●4.2力的元功、用线积分表示功
能量反映物体的运动状态，它可以从一个物体转移到另一个物体，或者从一种形式转化为另一种形式，但总量保持不变。从能量的变化和转移中认识能量是最好的学习方法。力做功是改变能量的手段，从力做功开始本章后续内容的学习。
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●4.3质点和质点系动能定理
力做功可以改变物体的运动状态。那么我们就可以设想，必定相应的存在某种描述运动状态的物理量，它的改变正好由力对物体所做的功来决定。这就是本节课要介绍的质点和质点系的动能定理。
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●4.4保守力与非保守力、势能
探究力学中常见力的做功特点，把力分为保守力和非保守力，并由此引入势能的概念。
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●4.5功能原理和机械能守恒定律
有了质点系的动能定理和势能的概念，就可以得到质点系的功能原理，并讨论机械能守恒问题。
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●4.6对心碰撞
碰撞是物理学研究的重要对象，如打桩、锻压和击球都是最常见的碰撞问题。本节主要研究碰撞的理想模型——对心碰撞，也叫做正碰，包括对心碰撞的基本公式和三种常见情形。
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第五章角动量 关于对称性
动量和能量不能反映运动的全部特点。本章引入力学中另外一个重要物理量——角动量。角动量不但能描述经典力学中的运动状态，在近代物理理论中角动量在表征状态方面也是不可缺少的。本章的核心知识是质点系角动量定理与守恒定律。基本内容包括质点的角动量、质点角动量定理、质点系角动量定理与守恒定律、守恒律与对称性的关系，以及介绍经典动力学的适用范围。
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●5.1质点的角动量定理和守恒定律
角动量的引入，可以很方便的描述转动类问题。本节课介绍质点的角动量定义和力对某一参考点的力矩定义，以及质点对参考点和对轴的角动量定理和守恒定律。
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●5.2质点系的角动量定理及角动量守恒定律
掌握了质点的角动量变化情况后，本节课讨论质点系的角动量变化规律。
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●5.3对称性与守恒律
在现代物理学中，对称性是一个十分重要的概念。本节课就对称性进行概括性的描述，然后就特例谈对称性和守恒定律的关系。
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●5.4经典力学的适用范围
经典力学，即牛顿力学，它包含以牛顿三定律为基础的动力学规律以及牛顿万有引力定律。本节课讨论其适用范围以及它如何作为狭义相对论力学和量子力学的极限情况而存在。
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第六章万有引力定律
日月升落，星光闪烁，自古以来就吸引着人们探究其运行规律。在《自然哲学的数学原理》第三卷中，牛顿根据前两卷所论证的概念和定理，应用于探索宇宙系统的结构，发现了万有引力定律，为我们今日对宇宙的认识开辟了道路。这是极富创造性的工作，也是牛顿一生最重要的科学贡献之一。
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●6.1开普勒定律
被称为天文观测大师的第谷，在20多年的精密观测中积累了大量的珍贵资料。经助手开普勒的整理，发现火星轨道的观测值与哥白尼的行星做匀速圆周运动的计算有8分之差，就是这8分的误差为改造全部天文学铺平了道路。由此，开普勒总结出了行星运动的三大定律。
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●6.2万有引力定律
开普勒总结出了行星绕日的运动规律。请思考：是什么原因使行星在各自的轨道上绕太阳运动呢？牛顿在前人的基础上，深刻理解运动及其相互作用，用逻辑严密的体系，以惊人的开拓精神把天体运动、宇宙结构纳入了自己的力学体系，得到了运动三定律，发现了万有引力定律，并经事件检验确定下来。
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●6.3引力势能
万有引力场是具有对称性的有心力场，万有引力是保守力，可以计算万有引力势能。
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第七章刚体力学
在很多情况中物体形变都很小，可以忽略不计，对研究结果无明显的影响。于是人们就提出了“刚体”这样一个理想模型。刚体是在任何情况下形状大小都不发生变化的力学研究对象。本章的核心知识为刚体的定轴转动问题，这也是普通物理力学课程中最为综合的部分。
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●7.1刚体运动的描述
刚体最基本的运动形式是平动和绕固定轴的转动。本节课主要介绍对定轴转动的物理量描述。
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●7.2刚体的动量和质心运动定理
在研究刚体时，引入质心概念是非常方便的。动量是物理学中重要的力学量，这节课我们将它运用于刚体。
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●7.3刚体定轴转动的角动量、转动惯量
我们知道动量总沿速度方向，那么请问：角动量是否总沿角速度方向呢？要回答这个问题，就要探讨刚体定轴转动的角动量。本节课还会介绍描述转动惯性的物理量——转动惯量，包括其定义、决定因素分析、计算方法和实例等。
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●7.4刚体定轴转动的动能定理
用质点系的动能定理来研究刚体定轴转动时的能量变化规律。
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第八章振动
在我们的日常生活中，振动现象非常常见。如琴弦、锣鼓、机械钟表的摆轮、发动机座、高耸的烟囱和固体晶格点阵中的分子和原子都在振动。掌握振动的规律对于研究波动是必不可少的基础。振动和波动是横跨物理学不同领域的一种非常普遍而重要的运动形式。研究振动和波动的意义，远远超过了力学的范围。本章从简谐振动开始学习。
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●8.1简谐振动的动力学特征
利用质点和刚体运动规律研究振动这种特殊的而又具有普遍意义的运动形式。简谐振动是最简单、最基本的振动，复杂的振动可分解为一些简谐振动的叠加。本小节主要介绍简谐振动的动力学特征。
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●8.2简谐振动的运动学
根据运动学知识，如果已知做简谐振动的质点或刚体的位置随时间的变化规律，即它们的运动学方程，就能充分地描述它们的运动状况。这节课将根据简谐振动的动力学方程求其运动学方程，并讨论简谐振动的运动学特征和几何描述方法。
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●8.3简谐振动的能量转化
弹簧振子或扭摆等振动系统中，线性恢复力为弹性力，他们是保守力，所以简谐振动系统的总机械能守恒。本节课以弹簧振子为例讨论振动系统的动能和势能随时间的变化规律，并计算总机械能。
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●8.4简谐振动的合成
日常生活中，琴弦能发出悠扬悦耳的声波，实际上是琴弦上若干种频率振动的合成。若有两列波同时在空间传播，则在相遇区域内，各体元的振动是这两列波在该处引起的振动的合成。本节课分四种情况来讨论简谐振动的合成规律。
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●8.5阻尼振动
振动系统一般都受阻力的作用，如无外界能量补偿，振幅将不断减小而归于零。振动系统因受阻力做振幅减小的运动，称为阻尼振动。本节课讨论其运动规律，根据阻尼因数的大小分三种情况讨论。
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●8.6受迫振动
振动系统在连续的周期性外力作用下进行的振动叫做受迫振动，本节课探究其运动规律。
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第九章波动和声
我们知道质点或质点系的运动传递能量和动量。而波动则是另一种传递能量和动量的过程。本章尅是波动的学习，核心知识为平面简谐波、波的干涉。基本内容包括机械波的定性描述，机械波的运动学、动力学方程，简谐波的运动学方程，机械波的能量与传输，多普勒效应等。
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●9.1波的基本概念
波是振动状态的传播。本小节首先学习有关波的基本概念，为后续奠定基础。
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●9.2平面简谐波方程
平面波传播时，若介质中体元均按余弦或正弦规律运动，叫做平面简谐波，它是最基本的波动形式。一些复杂的波可以视为平面简谐波的叠加。本节课从运动学角度通过波方程刻画平面简谐波的性质。
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●9.3平均能流密度、声强与声压
一列波在弹性介质中传播时，各体元都在平衡位置附近振动，因而具有动能，同时，各体元发生形变，又具有弹性势能。以横波为例，研究某体元的动能、形变势能以及总能量的变化规律。
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●9.4波的叠加和干涉、驻波
两列波在介质中传播且相遇，相遇处体元位移等于各分波引起位移的矢量和。如两列波满足一定的条件，则两波相遇时各空间点的合振动能各自保持恒定振幅，而不同位置各点以大小不同的合振幅振动，这种现象就称为波的干涉。光波干涉表现为空间各点光的强弱不同而形成明暗相间的花纹。
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●9.5多普勒效应
由于波源或观察者的运动而出现观测频率与波源频率不同的现象，称为多普勒效应，这是奥地利物理学家多普勒在1842年发现的。对于机械波而言，所谓运动或静止都是相对于介质的，分三种情况讨论。
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第十章流体力学
流体力学就是研究流体的流动规律以及它与固体的相互作用。流体包含气体和液体。本章的核心知识是静止流体内的压强和流动的流体的伯努利方程。基本内容包括静流体的规律、理想动流体的连续性方程与伯努利方程等。
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●10.1理想流体
如果在流体运动的问题中，可压缩性和粘性都处于极为次要的地位，那么我们就可以把它当作理想流体。因此理想流体的定义是不可压缩又无粘性的流体。
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●10.2静止流体内的压强
本小节讨论静止流体内的压强分布特征。对于此问题，分两步来探究。首先讨论静止流体内一点的压强分布特征，其次再讨论静止流体内不同空间点压强的分布情况。
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●10.3流体运动学的基本概念
在有流体流动的空间中的每一点均有按一定规律随时间变化的流速矢量与之相对应，任何流过此点的流体微团，都要按照此空间点此时可所对应的流速运动。这种描述流体运动的方法是欧拉提出来的，称为欧拉法。它在流体力学中得到了更广泛的应用。
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●10.4伯努利方程
研究流体力学问题，必须注意流体处于静止还是在流动。流体在流动中的压强分布与静止液体是迥然不同的。本小节研究在惯性系中观察理想流体在重力场中作定常流动时某一流线上的压强、流速和高度的关系。这就是“伯努利方程”，它是质点系功能原理在流体中的应用和体现。
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第十一章相对论简介
物理学发展中遇到巨大困难时，往往也预示着将出现新突破。本章介绍有关狭义相对论的基本知识。核心知识点为洛伦兹变换、基本内容包括狭义相对论的两条基本家事：光速不变原理和相对性原理，吃缩钟慢的相对论效应以及相对论速度变换、相对论的动量、能量和质能公式。
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●11.1狭义相对论的历史背景
爱因斯坦之所以能完成这新的突破就在于他重新看待人民头脑中根深蒂固的伽利略变换所蕴含的绝对时空观，并建立了崭新的相对论的时空观。第一小节首先介绍有关狭义相对论的历史背景。
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●11.2洛伦兹变换
1905年爱因斯坦提出的狭义相对论是建立在两条基本假设的基础上，即相对性原理和光速不变原理。本小节学习洛伦兹变换及其蕴含的崭新的相对论时空观。
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●11.3相对论的速度变换
学习了洛伦兹的空间时间坐标变换及其蕴含的时空观之后，本小节继续来探讨相对论的速度变换情况。
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●11.4相对论的动量和能量
动量和能量守恒定律是自然界各种过程中的普遍规律，在狭义相对论中仍旧成立。本小节探讨相对论的动量和能量情况。
