《力學(xué)教程（上）》是作者多年來在清華大學(xué)給物理系、基礎(chǔ)科學(xué)班、電子工程系等本科生授課的基礎(chǔ)上，吸取國內(nèi)外同行的經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合自己教學(xué)研究的成果總結(jié)而成，包括牛頓力學(xué)和相對論力學(xué)兩部分。
《力學(xué)教程（上）》突出理論體系架構(gòu)，對牛頓理論體系做了較深入的分析和討論�！读W(xué)教程（上）》強(qiáng)調(diào)非慣性系的意義和規(guī)律，加強(qiáng)了連續(xù)介質(zhì)力學(xué)和波動(dòng)力學(xué)兩大部分。《力學(xué)教程（上）》以愛因斯坦假設(shè)和狹義相對論為根據(jù)，系統(tǒng)討論廣義相對論的史瓦西場。教學(xué)中遇到的疑難問題《力學(xué)教程（上）》都做了詳盡的討論。
《力學(xué)教程（上）》可作為高等學(xué)校物理專業(yè)以及其他理、工專業(yè)本科生的教材或參考書，也可以供相關(guān)教師參考。
本書是基礎(chǔ)物理學(xué)（普通物理學(xué)）中力學(xué)部分的教材，包括經(jīng)典力學(xué)的牛頓力學(xué)系統(tǒng)和相對論力學(xué)基礎(chǔ).
物理學(xué)是研究物質(zhì)世界組成、運(yùn)動(dòng)、變化的最普遍、最基本的規(guī)律的科學(xué).物理學(xué)由物質(zhì)的組成和物質(zhì)之間的相互作用出發(fā)，解釋自然現(xiàn)象，揭示自然的奧秘，研究自然的變化規(guī)律.物理學(xué)是整個(gè)自然科學(xué)的基礎(chǔ)，基本的物理學(xué)定律、物理學(xué)原理是一切自然過程都遵循的. 物理學(xué)的研究方法、實(shí)驗(yàn)手段也是整個(gè)自然科學(xué)領(lǐng)域的基本研究方法和實(shí)驗(yàn)手段.物理學(xué)家費(fèi)曼指出： “物理學(xué)是最基本的、包羅萬象的一門學(xué)科，它對整個(gè)科學(xué)的發(fā)展有深遠(yuǎn)的影響.事實(shí)上，物理學(xué)是與過去所謂的‘自然哲學(xué)’相當(dāng)?shù)默F(xiàn)代名稱，現(xiàn)代科學(xué)大多數(shù)就是從自然哲學(xué)中產(chǎn)生的.許多領(lǐng)域內(nèi)的學(xué)生都發(fā)現(xiàn)自己正在學(xué)習(xí)物理學(xué)，這是因?yàn)樗谒械默F(xiàn)象中起著基本的作用." R.P.費(fèi)曼. 費(fèi)曼物理學(xué)講義. (第一卷)上海： 上�？茖W(xué)技術(shù)出版社，21
物理學(xué)是理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的科學(xué)，物理思想、物理規(guī)律都來自物理實(shí)驗(yàn). 物理學(xué)不是抽象的思維游戲，也不是單純的數(shù)學(xué)運(yùn)算、公式推導(dǎo)，而是對客觀世界運(yùn)動(dòng)規(guī)律的分析和研究.物理學(xué)來自客觀世界，又要接受客觀世界的檢驗(yàn).因此物理學(xué)的理論必須而且應(yīng)該與日常生活、生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究相聯(lián)系，所有重要問題都要符合實(shí)際，要重視物理量的量級和公式的應(yīng)用條件.這是物理學(xué)最重要的特點(diǎn).
力學(xué)曾是物理學(xué)中創(chuàng)立最早、成熟最早的部分，現(xiàn)已發(fā)展成為一門完整的與物理學(xué)并立的獨(dú)立學(xué)科，而力學(xué)的基本原理仍然是物理學(xué)的重要基礎(chǔ). 本書作為普通物理的第一部分，突出力學(xué)基礎(chǔ)理論、深挖事物發(fā)展和變化的本質(zhì)、強(qiáng)調(diào)對物理過程的分析、加強(qiáng)物理性質(zhì)的圖像化理解.
雖然經(jīng)典力學(xué)是成熟的理論，取得了輝煌的成就，但絕不是完美無缺的，仍有局限性，在基本概念和理論體系上還存在一些疑難和不確定性，還有發(fā)展和改進(jìn)的余地.
對基本原理的闡述和學(xué)習(xí)是很難的事情，需要花大工夫下大力氣.正如19世紀(jì)末赫茲在《力學(xué)原理》的序言中寫到：“我有這樣的經(jīng)驗(yàn)，要向肯動(dòng)腦筋的聽眾闡明力學(xué)的真正基本的內(nèi)容，而不會(huì)不時(shí)感到為難，不會(huì)一再激起歉意，不想盡快跨過原理部分而向他們講述一些應(yīng)用的例子，那是極端困難的一件事."
本書著重在以下幾個(gè)方面做了一些努力.
1. 對牛頓定律等基本原理、基本概念和基本方法做比較深入的討論和分析. 對其中一些疑難和爭議提出自己的看法和意見.
2. 對慣性定律、慣性系、慣性力有一些新的體會(huì)和見解，導(dǎo)致這些內(nèi)容都有較大改變，明確提出非慣性系相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)定理.
3. 對經(jīng)典力學(xué)教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)都著重分析、討論.有些以前難以在基礎(chǔ)力學(xué)中解釋的重要問題如陀螺的章動(dòng)等，也在基本原理的基礎(chǔ)上做了簡化討論.
4. 質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的功能原理、動(dòng)量定理、角動(dòng)量定理的應(yīng)用比牛頓力學(xué)要普遍和有效得多，而且貫穿于整個(gè)力學(xué)、物理學(xué)中，因此在教學(xué)中突出功能原理、動(dòng)量定理、角動(dòng)量定理.
5. 淡化剛體力學(xué)的地位，理順剛體力學(xué)教學(xué)系統(tǒng)，精煉和加強(qiáng)剛體力學(xué)的內(nèi)容.
剛體只是一個(gè)特殊的質(zhì)點(diǎn)系，在剛體力學(xué)中并沒有新的基本原理，只是質(zhì)點(diǎn)系角動(dòng)量定理、功能原理、動(dòng)量定理的應(yīng)用，因此沒有單獨(dú)作為一章. 由于重新安排了教學(xué)系統(tǒng)和討論方法，所以雖然在本書中剛體力學(xué)只占一節(jié)，但是不僅討論了一般教材里的剛體力學(xué)內(nèi)容，而且還增加了章動(dòng)、剛體定點(diǎn)角動(dòng)量L與角速度ω的關(guān)系、歐拉方程等介紹性內(nèi)容.
6. 加強(qiáng)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)，增加了應(yīng)力、應(yīng)變、廣義胡克定律、固體形變等.
在后續(xù)的理論力學(xué)課程中一般沒有連續(xù)介質(zhì)力學(xué)內(nèi)容，因此本書對此適當(dāng)加強(qiáng). 一般普通物理力學(xué)教材中很少涉及應(yīng)力、應(yīng)變、固體形變等，本書對此作認(rèn)真討論.
7. 加強(qiáng)振動(dòng)和波動(dòng)
在后續(xù)的理論力學(xué)課程中一般也沒有振動(dòng)和波動(dòng)內(nèi)容，因此本書對此適當(dāng)加強(qiáng). 普通物理力學(xué)教材中一般只推導(dǎo)彈性棒內(nèi)縱波波動(dòng)方程. 本書從應(yīng)力、應(yīng)變、廣義胡克定律出發(fā)，對固體彈性波、流體聲波的波動(dòng)方程作認(rèn)真的推導(dǎo). 水面波是少數(shù)可以直接觀察的波動(dòng)，本書對水面波進(jìn)行了較全面的分析.
8. 廣義相對論的物理基礎(chǔ)
以等效原理和廣義相對性原理為基礎(chǔ)，以愛因斯坦關(guān)于鐘、尺假設(shè)為根據(jù)，依靠狹義相對論知識，本書嘗試用普通物理的語言和方式，系統(tǒng)、完整、定性和半定量地討論了廣義相對論的基本原理、史瓦西場時(shí)空、自由粒子的運(yùn)動(dòng)、常加速度內(nèi)稟剛性加速系，介紹了大爆炸宇宙學(xué).
9. 考慮與理論力學(xué)的聯(lián)系、銜接或貫通，與理論力學(xué)作為一個(gè)整體通盤考慮，內(nèi)容優(yōu)化組合.整合的重點(diǎn)是將原來理論力學(xué)中的牛頓力學(xué)部分去掉，其主要內(nèi)容分別融合到普物力學(xué)和分析力學(xué)中.
作為大學(xué)物理教材，應(yīng)該而且必須為學(xué)生留有充分的自主學(xué)習(xí)空間，因此相對而言本書內(nèi)容更廣泛和深入.參考本書的同學(xué)，可以根據(jù)自己的目標(biāo)、能力、興趣、愛好以及能夠利用的時(shí)間，閱讀相應(yīng)的部分.
書中融合了清華大學(xué)高炳坤教授關(guān)于慣性系的思想; “振動(dòng)與波”一章重點(diǎn)參考了清華大學(xué)牟緒程教授的《波動(dòng)與光學(xué)》(上冊); 特此表示感謝.
感謝陳澤民老師為組長的清華大學(xué)基礎(chǔ)課工科多學(xué)時(shí)教學(xué)小組老師們的支持和幫助.
本書是我在清華大學(xué)多年教學(xué)的總結(jié).教學(xué)相長是亙古不變的道理，書中也包含了學(xué)習(xí)我的課程的幾千清華學(xué)子的聰明才智.
第1章 運(yùn)動(dòng)學(xué)
1.1 引言
1.1.1 質(zhì)點(diǎn)模型
1.1.2 空間
1.1.3 時(shí)間
1.1.4 參考系和坐標(biāo)系
1.2 矢量簡介
1.2.1 矢量概念
1.2.2 矢量的合成與分解
1.2.3 矢量的乘法
1.2.4 矢量導(dǎo)數(shù)
1.2.5 矢量積分
1.2.6 矢量的大小變化率和方向變化率--矢量變化率的本征分矢量
1.2.7 空間變換下的矢量變換性質(zhì)
*1.2.8 判別是否是矢量--矢量的進(jìn)一步討論
1.3 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)
1.3.1 速率
1.3.2 速度和加速度
1.3.3 一維運(yùn)動(dòng)問題
1.3.4 運(yùn)動(dòng)學(xué)三類基本問題
1.3.5 平面極坐標(biāo)系、自然坐標(biāo)系和球坐標(biāo)系
1.3.6 路程的計(jì)算
1.4 相對運(yùn)動(dòng)和參考系的變換
1.4.1 運(yùn)動(dòng)的相對性、參考系變換
1.4.2 平動(dòng)參考系的速度、加速度變換
1.4.3 勻角速度定軸轉(zhuǎn)動(dòng)參考系的速度、加速度變換
1.4.4 任意運(yùn)動(dòng)參考系的速度、加速度變換
1.4.5 兩個(gè)物體的相對運(yùn)動(dòng)
1.5 實(shí)際物體的運(yùn)動(dòng)
1.5.1 連續(xù)介質(zhì)
1.5.2 連續(xù)介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)
1.5.3 剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)
1.5.4 剛體的平面平行運(yùn)動(dòng)
習(xí)題
附錄1.1 證明矢積滿足分配律
附錄1.2 證明無限小角位移dφ是矢量
第2章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律--質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)
2.1 牛頓運(yùn)動(dòng)定律
2.1.1 牛頓第一定律--慣性定律
2.1.2 牛頓第二定律
2.1.3 牛頓第三定律--作用與反作用定律
2.2 牛頓力學(xué)中的力
2.2.1 牛頓力學(xué)中力的概念
2.2.2 牛頓力學(xué)中力的來源
2.2.3 引力和重力
2.2.4 彈性力
2.2.5 摩擦力
2.2.6 電磁力
2.3 質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)問題 --牛頓定律的應(yīng)用
2.3.1 代數(shù)方程組型
2.3.2 微分方程（組）型
2.4 非慣性系中質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律、慣性力
2.4.1 實(shí)際應(yīng)用的參考系本質(zhì)上都是非慣性系
2.4.2 非慣性系質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)定律
2.4.3 平動(dòng)非慣性系中慣性力
2.4.4 定軸勻角速度轉(zhuǎn)動(dòng)非慣性系中慣性離心力與科里奧利力
2.4.5 地球參考系中的慣性離心力和科里奧利力
2.4.6 從慣性力角度看非慣性系對慣性系的偏離
2.5 引潮力
2.5.1 潮汐
2.5.2 定性分析
2.5.3 引潮力的定量計(jì)算
2.5.4 引潮力的影響和啟發(fā)
2.6 單位制與量綱、量綱分析
2.6.1 單位制與量綱
2.6.2 量綱空間、基本量變換
2.6.3 無量綱量、無量綱量的構(gòu)成
2.6.4 π定理
2.7 牛頓力學(xué)內(nèi)在隨機(jī)性介紹--非線性系統(tǒng)混沌行為的體現(xiàn)
2.7.1 牛頓力學(xué)是確定性理論
2.7.2 牛頓力學(xué)的內(nèi)在隨機(jī)性
習(xí)題
附錄2.1 《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》第1版序言
附錄2.2 《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》中八個(gè)定義和研究哲學(xué)的四條規(guī)則
附錄2.2.1 八個(gè)定義
附錄2.2.2 研究哲學(xué)的四條規(guī)則
附錄2.3 力與加速度成正比是牛頓第二定律的規(guī)定
附錄2.4 牛頓第二定律與慣性系
附錄2.5 質(zhì)量的可加性
附錄2.6 最小作用量原理
第3章 萬有引力定律
3.1 開普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律
3.1.1 第谷？布拉赫的精確觀測
3.1.2 開普勒發(fā)現(xiàn)行星運(yùn)動(dòng)定律
3.1.3 開普勒行星運(yùn)動(dòng)三定律
3.2 萬有引力定律
3.2.1 牛頓定律是討論行星運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)
3.2.2 太陽對行星的作用力
3.2.3 萬有引力定律
3.2.4 慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量、厄缶實(shí)驗(yàn)
3.3 引力場
3.3.1 引力場場強(qiáng)
3.3.2 物質(zhì)的引力場
3.3.3 引力場圖示 --引力（場）線
3.3.4 引力場的通量定理
3.3.5 引力場的環(huán)路定理
3.3.6 引力場的勢--引力勢
3.3.7 引力場強(qiáng)與引力勢的定量關(guān)系
習(xí)題
附錄3.1 質(zhì)點(diǎn)對稱性與質(zhì)點(diǎn)引力場的性質(zhì)及推廣
第4章 動(dòng)量
4.1 質(zhì)點(diǎn)動(dòng)量定理
4.1.1 質(zhì)點(diǎn)動(dòng)量定理
4.1.2 沖量
4.1.3 狀態(tài)量和過程量
4.1.4 質(zhì)點(diǎn)動(dòng)量守恒定律
4.1.5 非慣性系中質(zhì)點(diǎn)動(dòng)量定理和動(dòng)量守恒定律
4.2 質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)量定理
4.2.1 質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)量定理
4.2.2 質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)量守恒定律
4.2.3 變質(zhì)量體運(yùn)動(dòng)、火箭飛行原理
4.2.4 非慣性系中質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)量定理和守恒定律
4.3 質(zhì)心和質(zhì)心運(yùn)動(dòng)方程
4.3.1 質(zhì)心
4.3.2 質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定律
4.3.3 非慣性系中質(zhì)心運(yùn)動(dòng)規(guī)律
4.3.4 質(zhì)心參考系和質(zhì)心坐標(biāo)系
4.3.5 宇宙參考系即理想慣性系
習(xí)題
第5章 功和能
5.1 動(dòng)能、功、動(dòng)能定理
5.1.1 動(dòng)能
5.1.2 功、功率
5.1.3 動(dòng)能定理
5.1.4 非慣性系中動(dòng)能定理
5.1.5 質(zhì)心系中動(dòng)能定理及柯尼希定理
5.2 保守力與勢能
5.2.1 一對相互作用力的合功與參考系無關(guān)
5.2.2 保守力
5.2.3 勢能
5.2.4 幾種常見的勢能
5.2.5 點(diǎn)元系統(tǒng)的勢能
5.2.6 由勢能求保守力
5.2.7 勢能分布圖
5.2.8 等勢面
5.2.9 保守系統(tǒng)與時(shí)間反演不變性
5.3 功能原理、機(jī)械能守恒
5.3.1 功能原理
5.3.2 機(jī)械能守恒
5.3.3 非慣性系中的功能原理
5.3.4 質(zhì)心系中的功能原理
5.3.5 利用勢能曲線和相圖定性討論質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)
5.4 自由碰撞
5.4.1 碰撞
5.4.2 一維碰撞普遍解
5.4.3 正碰中動(dòng)能損失和資用能--對心碰撞中的能量關(guān)系
5.4.4 二維碰撞
5.4.5 質(zhì)心系中討論碰撞
5.4.6 α衰變和β衰變、中微子預(yù)言
習(xí)題
附錄5.1 能量守恒定律與牛頓第三定律
第6章 角動(dòng)量 剛體
6.1 質(zhì)點(diǎn)角動(dòng)量和質(zhì)點(diǎn)角動(dòng)量定理
6.1.1 對點(diǎn)之矩--力矩和質(zhì)點(diǎn)動(dòng)量矩
6.1.2 對軸之矩--對軸力矩和對軸質(zhì)點(diǎn)角動(dòng)量
6.1.3 質(zhì)點(diǎn)角動(dòng)量定理
6.1.4 質(zhì)點(diǎn)角動(dòng)量守恒定律
6.1.5 非慣性系中質(zhì)點(diǎn)角動(dòng)量定理
6.2 質(zhì)點(diǎn)系角動(dòng)量定理
6.2.1 質(zhì)點(diǎn)系角動(dòng)量定理
6.2.2 質(zhì)點(diǎn)系角動(dòng)量守恒定律
6.2.3 非慣性系中質(zhì)點(diǎn)系角動(dòng)量定理
6.2.4 質(zhì)心系中角動(dòng)量定理
6.3 萬有引力場中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)
6.3.1 保守有心力場中質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的一般特點(diǎn)
6.3.2 用廣義勢能討論質(zhì)點(diǎn)徑向運(yùn)動(dòng)
6.3.3 萬有引力場中橢圓運(yùn)動(dòng)參量
6.3.4 萬有引力場自由質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌道
6.3.5 兩體問題和兩體方法
6.4 剛體
6.4.1 定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體的動(dòng)量、角動(dòng)量、動(dòng)能--對軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
6.4.2 定軸轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律
6.4.3 剛體平面運(yùn)動(dòng)規(guī)律
6.4.4 剛體定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)簡介--陀螺運(yùn)動(dòng)規(guī)律
6.4.5 剛體對定點(diǎn)角動(dòng)量l（o）與角速度ω的關(guān)系
6.4.6 剛體定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程--歐拉方程
6.4.7 剛體上力系的簡化
6.4.8 剛體平衡條件
習(xí)題
附錄6.1 相對慣性系平動(dòng)的坐標(biāo)框架
附錄6.2 對稱陀螺旋進(jìn)和章動(dòng)的簡化討論
附錄6.3 對稱性與守恒律
附錄6.3.1 對稱性原理
附錄6.3.2 牛頓力學(xué)的討論
習(xí)題答案
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