李連進，天津商業大學機械與包裝工程繫，繫主任、教授，李連進、男、工學博士、教授、日本留學回國人員，現擔任天津商業大學機械與包裝工程繫主任、天津市食品包裝機械協會副秘書長，主講包裝機械。

    具有東北大學機械與自動化學院、機械電子部軍工研究所、佳能株式會社研究所等單位的設計和制造經驗，主持（或參加）了國家“863”、天津市科技重點支撐項目、*重點課題、企業橫向課題近十餘項研究課題。在國內外期刊和國際會議上發表論文80餘篇（其中Sci和EI收錄20餘篇），出版了兩部教材，獲得天津市科學技術進步2等獎和3等獎以及國家冶金科技2等獎各、其它省部級獎勵4項，取得國家發明專利8項。

    現在主要從事包裝機械的設計制造工作，同時組織包裝企業技術人員的培訓工作。

    機械與包裝工程繫在2010年被中國包裝聯合會評為包裝教育先進單位。

第1章力學的基礎知識 1

1-1力學表明力與運動的關繫 2

1-2力改變物體的形狀和運動狀態 4

1-3慣性和質量是表示物體運動狀態的性質 6

1-4決定物體重量的因素——重量與重力 8

1-5我們生活在重力場和慣性繫中——重力場與慣性繫 10

1-6作用於放置在桌上書的力——相互作用和作用力與反作用力 12

1-7摩擦是在接觸面相對運動時產生的現像 14

1-8簡化物體的運動——質點與坐標繫 16

1-9速率和速度是不同的物理量——標量與矢量 18

1-10長度和時間等的描述方法——物理量和單位 20

1-11拋球時的技巧——拋投運動 22

1-12力（矢量）的表示和使用 24

1-13力和力矩的平衡——作用於剛體的力 26

1-14功就是使物體移動 28

1-15能量是做功的能力——機械能守恆定律 30

1-16動量表示運動的趨勢——動量守恆定律 32

專欄 我們日常生活中的力學實驗 34



第2章物體的運動 35

2-1賽跑選手的運動軌跡——基本的平面運動 36

2-2速度的國際單位是m/s——速度的單位與換算 38

2-3通過例題學習勻速直線運動 40

2-4將問題視覺化——勻速直線運動圖 42

2-5靈活地思考——巧妙地使用繪畫 44

2-6汽車從啟動到停止——加速運動 46

2-7以勻變速奔馳的汽車——勻變速運動的公式 48

2-8勻變速運動的計算例1——用公式求解 50

2-9勻變速運動的計算例2——用圖形求解 52

2-10重力引發的豎直向下的運動——自由落體 54

2-11球的向上拋投與向下拋投——豎直方向上的加速運動 56

2-12向上拋投與向下拋投的例題——數值計算的例子 58

2-13手算開根號——開平方法 60

2-14向斜上方拋投的球會如何運動？——斜拋運動 62

2-15無法避免的三角函數——三角函數的基礎 64

2-16投球達到遠的角度是仰角45°——斜向拋投的例題 66

2-17過山車的速度——斜面上的運動 68

專欄 身體能夠感覺到的速度是多少？ 70



第3章力與運動 71

3-1自然界的4種基本相互作用力——磁力引發的阻力 72

3-2各種各樣的力的作用方式——力的類型 74

3-3矢量的合成與分解——矢量的作圖法 76

3-4作用於一點的力的平衡——合力為零 78

3-5力和重力（重量）的單位——N還是kg？ 80

3-6保持運動的狀態——牛頓定律 82

3-7力、質量和加速度的關繫——牛頓第二定律 84

3-8作用力、反作用力與非慣性繫的運動——牛頓第三定律 86

3-9電梯中力之間的關繫——慣性力和運動方程式 88

3-10電梯與其內物體的力的關繫——區分不同的力 90

3-11接觸面上阻礙運動的力——摩擦力 92

3-12裝載在手推車上的貨物滑動時的運動——非慣性坐標繫的摩擦力 94

3-13放在斜面上的物體的運動——斜面與摩擦 96

3-14撥河的勝負取決於摩擦力——摩擦問題的思考 98

3-15圓周軌跡上的運動——勻速圓周運動 100

3-16使物體進行圓周運動的力——向心力 102

3-17身體感覺得到的旋轉力——離心力 104

3-18使物體旋轉——力矩 106

3-19探索身邊存在的力矩——簡單的計算例 108

3-20作用於物體上的力的平衡——平衡與重心 110

3-21推動箱子而不倒——關鍵是箱體的寬度 112

3-22力矩的作用——力偶和力矩引發的力 114

專欄 力矩與扭矩 116



第4章功與能量 117

4-1體驗功的定義——力學上的功 118

4-2在廚房進行的實驗——力和功 120

4-3做功不易——滑輪做功 122

4-4利用三角形做功的智慧——斜面上做功 124

4-5功與能量的關繫 126

4-6經典力學中物體的能量——機械能 128

4-7彈簧的做功與能量——彈性勢能 130

4-8存儲能量的重力——機械能守恆定律 132

4-9過山車的運動原理——機械能守恆定律的應用 134

4-10秋千的單擺運動——機械能守恆定律和擺動 136

4-11消耗機械能的力——非保守力 138

4-12機械能與熱能——功與熱 140

4-13熱傳遞能量——熱運動與熱量 142

4-14熱能守恆——能量守恆定律 144

4-15能量轉換與自行車的剎車——熱能做的功 146

4-16動力大則做功快——功率 148

4-17差動滑輪的功——功率的計算例子 150

專欄 地鐵線路的節能措施 152



第5章動量與衝量 153

5-1動量表示物體保持運動的趨勢——動量守恆定律 154

5-2運動的趨勢與能量——速度加倍和速度平方的差異 156

5-3能量的功和衝量的踫撞計算例子 158

5-4物體的踫撞和反彈——恢復繫數 160

5-5落體的反彈高度——自由落體的恢復繫數 162

5-6踫撞是重心接近後又分離的運動——踫撞後的速度 164

5-7求解踫撞後的運動速度——踫撞計算 166

5-8分析斜面上的踫撞——平面內的踫撞 168

5-9棒球的擊球與飛機的推力——思考動量 170

5-10研究水或空氣的運動——流體力學 172

5-11水管內的水和噴氣發動機——流體的動量 174

5-12自來水管道的衝擊聲與衝擊式水輪機——流體的衝擊力 176

5-13利用力使流動發生變化——升力 178



參考文獻 180

本書作為力學的入門級讀物，特別注重讓讀者能夠讀懂和領會全篇內容，同時采用了通俗易懂的插圖，也便於讀者理解。

力學涉及各種領域。本書主要闡述了從小學到高中的教科書中所涉及的力、能量以及運動等方面的基礎知識，當然也都將在牛頓力學或經典力學的範圍內進行討論。

力學與我們的生活有著緊密的聯繫。但是實際上，在學校的課程中，學習力學的時間是有限的，我想應該會有一些人因力學難以理解，而隻留下力學很難學習的印像。我之所以采用現在這樣的結構和內容，是因為正好遇到了一位小學四年級的小女孩。

她說：“因為假期的研究課題是浮力，我正在進行這方面的調查，希望能得到您的幫助。”於是我們在約定的圖書館探討了一個小時左右。

這位小女孩的調查非常詳細，也向我提出了幾個問題，我盡可能用通俗簡單的語言回答了她的問題。

若是給高中生講解的話，通常是給出公式，然後得出上浮或者下沉的結論，就解答清楚了。但現在對像是小學生，我必須用小學生可以理解的語言進行說明，讓我非常高興的是，這位小女孩理解了我對這些問題的解答。

這件事情過去不久，我就接到了本書的編寫邀約。

因此，我盡量避開嚴謹的定義闡述和較長的計算公式，采用即使是不擅長力學的人也能理解的講述方法，撰寫了第1章。我想在粗略地讀了第1章之後，您就會對本書所涉及的內容有個大致的了解。

在第2章之後，依據內容的需要，還是會出現一些計算公式，這是為了清楚描述力學規律，而無法避免會用到的基礎的公式和計算例題。盡管，對我來說，用“進行微分”“積分後”“進行求導”等專業術語進行講解更為方便，但針對這一部分公式，我也會盡量不從數學角度去解說、推導，而是用算術的方法去解決所遇到的問題。

但是書中還是直接使用了三角函數公式，因為無論如何都沒有辦法用其他說明替代。因此，我認為三角函數就是讓大多數人感到力學很難學的“個挫敗點”。為此，我在書中隻選擇了能夠運用少量三角函數知識就能解決的力學問題進行講解。

即使是力學中重要的矢量，書中也沒有使用這樣的符號來表示，而是在不需要嚴謹劃線描繪的地方，在沒有大矛盾的前提下，以圖解的方法表示出來。

對於力學相關的術語，也都優先考慮用通俗易懂的語言去表述。

還有像身邊的各種物理現像，如自行車或貨物的搬運等，都將其簡化為力學模型進行講解，所有這些努力都是為了讓讀者能夠更容易地讀懂本書。

如果讀了本書之後，您能有“原來力學並不是那麼難”的感受，這就是我的幸福。

後，誠摯地感謝給了我編寫本書機會並給予許多建議和鼓勵的科學書籍編輯部的中右文德先生，也衷心地感謝為便於讀者理解而創作有趣插圖和認真進行電子排版的出版社的全體制作人員！



小峰龍男

2014年8月