大学物理

内容简介

《大学物理》的内容紧紧围绕大学物理课程的基本要求，难度适中，物理概念清晰，论述深入浅出，例题丰富。书中概念的引入明确而完整，并有一定的技术套用和理论扩展，力求简明而不简单，深入而不深奥。

作品目录

绪论10.1 物理学的意义和研究对象10.2 物理实验和理论结构10.3 物理学和科学技术20.4 物理学与人才培养3

第1章 力和运动41.1 质点运动的描述41.1.1 质点41.1.2 参考系和坐标系41.1.3 位置矢量和位移51.1.4 速度和加速度71.1.5 自然坐标系下的速度和加速度101.2 求解运动学问题举例121.3 圆周运动171.4 绝对时空条件下的相对运动201.4.1 时间与空间201.4.2 相对运动211.5 牛顿运动定律及其套用231.5.1 牛顿运动定律的基本内容231.5.2 力学中常见的几种力251.5.3 单位制和量纲271.5.4 牛顿运动定律的套用28思考题30习题30

第2章 动量 功和能342.1 动量 冲量 动量定理342.1.1 动量342.1.2 冲量342.1.3 动量定理352.2 质点系的动量定理及动量守恆定律372.2.1 质点系的动量定理372.2.2 质心和质心运动定理382.2.3 动量守恆定律382.3 动能定理402.3.1 功402.3.2 功率422.3.3 质点的动能定理432.4 保守力与非保守力 势能462.4.1 万有引力、重力、弹性力的做功特点462.4.2 保守力与非保守力472.4.3 势能482.5 功能原理 机械能守恆定律492.5.1 质点系的动能定理492.5.2 功能原理502.5.3 机械能守恆定律502.6 碰撞532.6.1 完全弹性碰撞532.6.2 完全非弹性碰撞552.6.3 非弹性碰撞55思考题57习题58

第3章 刚体的转动613.1 刚体的定轴转动613.1.1 平动和转动613.1.2 刚体定轴转动的运动学描述613.2 刚体定轴转动的动力学描述633.2.1 力对转轴的力矩633.2.2 转动定律653.2.3 转动惯量663.3 角动量 角动量守恆定律703.3.1 角动量703.3.2 刚体定轴转动的角动量定理713.3.3 角动量守恆定律723.4 刚体定轴转动的动能定理763.4.1 转动动能763.4.2 力矩的功和功率763.4.3 刚体绕定轴转动的动能定理77思考题79习题79

第4章 机械振动和波动844.1 简谐运动844.1.1 简谐运动的基本特徵844.1.2 描述简谐运动的物理量864.2 简谐运动的旋转矢量表示法904.3 简谐运动的能量944.4 一维简谐运动的合成 拍现象954.4.1 两个同方向同频率简谐运动的合成954.4.2 两个同方向不同频率简谐运动的合成984.4.3 相互垂直的同频率简谐运动的合成994.5 机械波的产生和传播 1014.5.1 机械波的产生和传播1014.5.2 波动过程的描述1034.6 平面简谐波1044.6.1 平面简谐波的波函式1054.6.2 平面简谐波的能量1084.7 惠更斯原理 波的衍射1104.7.1 惠更斯原理1104.7.2 波的衍射1104.8 波的叠加1114.8.1 波的叠加原理 1114.8.2 波的干涉 1114.8.3 驻波1154.9 都卜勒效应1184.9.1 波源不动，观测者相对介质以速度瘙经0运动1184.9.2 观测者不动，波源相对介质以速度瘙经S运动1194.9.3 波源和观测者同时相对介质运动1204.9.4 冲击波121思考题121习题122

第5章 气体分子动理论1275.1 分子动理论的基本概念1275.1.1 统计规律1275.1.2 物质的微观模型 分子力1285.2 理想气体及其状态描述1295.2.1 理想气体的微观模型1295.2.2 理想气体状态的描述1295.3 理想气体的压强和温度1315.3.1 理想气体的压强公式1315.3.2 温度与气体分子平均平动动能的关係1325.3.3 方均根速率1335.4 能量按自由度均分定理 理想气体的内能1345.4.1 分子运动的自由度数1345.4.2 能量按自由度均分定理1355.4.3 理想气体的内能1365.5 麦克斯韦速率分布律1375.5.1 麦克斯韦速率分布函式1375.5.2 三种统计速率1395.6 气体分子的平均碰撞频率和平均自由程1415.6.1 分子的平均碰撞频率1415.6.2 分子的平均自由程1425.7 气体的输运现象1435.7.1 粘滞现象1445.7.2 热传导现象1455.7.3 扩散现象146思考题147习题148

第6章 热力学基础1516.1 热力学第一定律1516.1.1 热力学过程1516.1.2 内能 功 热量1526.1.3 热力学第一定律1546.2 热力学第一定律的套用1556.2.1 等体过程 定容摩尔热容1556.2.2 等压过程 定压摩尔热容1566.2.3 等温过程1586.2.4 绝热过程1596.2.5 绝热线与等温线1616.3 循环过程 卡诺循环1636.3.1 循环过程1636.3.2 热机和制冷机1646.3.3 卡诺循环1666.4 热力学第二定律1686.4.1 热力学第二定律的两种表述168*6.4.2 两种表述的等效性1696.5 可逆过程与不可逆过程 卡诺定理1706.5.1 可逆过程与不可逆过程1706.5.2 热力学第二定律的实质170*6.5.3 热力学第二定律的统计意义1716.5.4 卡诺定理1736.6 熵和熵增加原理1746.6.1 玻尔兹曼熵1746.6.2 克劳修斯熵1746.6.3 熵增加原理178思考题179习题180

第7章 真空中的静电场1847.1 电荷 库侖定律1847.1.1 电荷1847.1.2 库侖定律1857.1.3 静电力的叠加原理1867.2 电场 电场强度1867.2.1 电场1867.2.2 电场强度1877.2.3 电场强度的计算1887.3 高斯定理1947.3.1 电场线1947.3.2 电通量1957.3.3 高斯定理1967.3.4 高斯定理的套用1997.4 电势2027.4.1 静电场的环路定理2027.4.2 电势2037.4.3 电势的计算2047.5 等势面 电场强度与电势梯度2087.5.1 等势面2087.5.2 电场强度与电势梯度的关係209思考题211习题212

第8章 静电场中的导体和电介质2168.1 静电场中的导体2168.1.1 导体的静电平衡条件2168.1.2 静电平衡时导体上的电荷分布2178.1.3 静电禁止2208.2 电容和电容器2218.2.1 孤立导体的电容2218.2.2 电容器及其电容2228.2.3 电容器的连线2248.3 静电场中的电介质2268.3.1 电介质的极化2268.3.2 极化强度和极化电荷2288.4 电位移矢量 有电介质时的高斯定理2308.5 静电场的能量235思考题238习题240

第9章 恆定电流的磁场2439.1 恆定电流2439.1.1 恆定电流 电流密度矢量243*9.1.2 欧姆定律 电阻2459.2 电源电动势 全电路欧姆定律2499.2.1 非静电力2499.2.2 电源电动势250*9.2.3 电源的路端电压2509.2.4 全电路欧姆定律2529.3 磁场 磁感应强度2539.3.1 磁的基本现象2539.3.2 磁感应强度2559.4 毕奥-萨伐尔定律及其套用2569.4.1 毕奥-萨伐尔定律2569.4.2 毕奥-萨伐尔定律的套用2579.5 磁场的高斯定理2619.5.1 磁感应线2619.5.2 磁通量2629.5.3 磁场的高斯定理2639.6 安培环路定理及其套用2639.6.1 安培环路定理2639.6.2 安培环路定理套用举例2659.7 带电粒子在磁场中的运动2679.7.1 洛伦兹力2679.7.2 带电粒子在均匀磁场中的运动2699.7.3 霍耳效应2709.8 磁场对载流导线的作用2729.8.1 安培力2729.8.2 磁场对载流线圈的作用2749.9 磁场中的磁介质2759.9.1 磁介质的磁化2769.9.2 有磁介质时的安培环路定理278*9.9.3 铁磁质281思考题285习题286

第10章 电磁感应29110.1 电磁感应定律29110.1.1 电磁感应现象29110.1.2 楞次定律29210.1.3 法拉第电磁感应定律29310.2 动生电动势29410.3 感生电动势 涡电流29710.3.1 感生电动势297*10.3.2 涡电流30010.4 自感和互感30110.4.1 自感现象与自感係数30110.4.2 互感现象与互感係数30310.5 磁场的能量30510.6 位移电流 麦克斯韦方程组307*10.6.1 位移电流30710.6.2 麦克斯韦方程组31010.7 平面电磁波及其性质31110.7.1 平面电磁波的性质31110.7.2 光的电磁理论31210.7.3 电磁波的能流密度313思考题314习题315

第11章 波动光学32111.1 光的相干性32111.1.1 相干光和相干光源32111.1.2 光源的发光机理32111.1.3 相干光的获取32211.2 杨氏双缝干涉实验 劳埃德镜32311.2.1 杨氏双缝干涉实验32311.2.2 劳埃德镜 半波损失32511.3 相位差和光程32611.3.1 两束光在相遇点的相位差32611.3.2 光程和费马原理32711.3.3 透镜物像之间的等光程性32811.4 薄膜干涉32911.4.1 厚度均匀薄膜的干涉32911.4.2 厚度不均匀薄膜的干涉33211.4.3 迈克耳孙干涉仪33611.5 光的衍射33811.5.1 光的衍射现象33811.5.2 惠更斯-菲涅耳原理33911.5.3 菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射33911.6 夫琅禾费单缝衍射34011.7 圆孔衍射 光学仪器的分辨本领34311.7.1 夫琅禾费圆孔衍射34311.7.2 光学仪器的解析度34411.8 光栅和光栅衍射34611.8.1 光栅34611.8.2 光栅衍射34711.8.3 缺级现象34811.8.4 衍射光谱34911.9 光的偏振35011.9.1 自然光与偏振光35011.9.2 起偏与检偏35111.9.3 马吕斯定律35211.9.4 反射光和折射光的偏振353思考题356习题357

第12章 狭义相对论36112.1 基于绝对时空的力学理论36112.1.1 伽利略变换式 经典力学的相对性原理36112.1.2 经典力学的绝对时空观36312.1.3 绝对参考系的困惑36312.2 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换36412.2.1 狭义相对论的基本原理36412.2.2 洛伦兹变换36512.2.3 洛伦兹速度变换式36612.3 狭义相对论的时空观36712.3.1 同时的相对性36812.3.2 长度的收缩36812.3.3 时间的延缓36912.4 光的都卜勒效应37012.5 相对论动力学37212.5.1 相对论动量与质量37212.5.2 狭义相对论动力学的基本方程37312.5.3 质量与能量的关係37312.5.4 质能公式在原子核裂变和聚变中的套用37412.5.5 动量与能量的关係375思考题377习题377

第13章 量子物理基础38013.1 黑体辐射和能量子假设38013.1.1 热辐射的实验定律38013.1.2 黑体辐射的经典公式38113.1.3 普朗克的黑体辐射公式38313.2 光的粒子性38413.2.1 普朗克量子假说38413.2.2 光电效应38513.2.3 爱因斯坦光量子理论38713.2.4 光的波粒二象性38913.2.5 光电效应的套用38913.3 康普顿效应39113.3.1 光的散射39113.3.2 康普顿效应39213.3.3 康普顿效应与光电效应的关係39313.4 玻尔的氢原子理论39413.4.1 氢原子光谱的实验规律39513.4.2 卢瑟福的原子有核模型39613.4.3 玻尔的氢原子理论39613.5 实物粒子的波粒二象性39913.5.1 德布罗意假设39913.5.2 电子衍射实验40113.6 不确定关係40213.7 波函式 薛丁格方程40613.7.1 波函式40613.7.2 波函式的统计诠释40713.7.3 薛丁格方程40913.8 一维定态问题41013.8.1 一维无限深势阱41013.8.2 一维势垒 隧道效应41313.8.3 一维谐振子414思考题415习题415

参考文献419

作品前言

大学物理是工程技术类专业一门十分重要的基础课。为适应教学改革的新形势，根据教育部高等学校物理基础课程教学指导分委员会2011年大学物理和大学物理实验课程教学基本要求的主要精神，结合编审人员多年的教学经验以及当前国内外物理教材改革的动态，绍兴文理学院物理系经集体讨论编写了本书。本教材共有13章。编者的初衷是为一般工程技术类专业大学本科生提供一套难度合适、深入浅出、篇幅不大、易教易学的大学物理教材。在编写过程中，编者充分体会到实现这一目标的困难和艰辛。本书的内容紧紧围绕大学物理课程的基本要求，并以工程技术，特别是新技术中广泛套用的基本物理原理为依据，儘量做到科学性和思想性相统一，理论联繫实际，侧重知识的套用性、启发性和趣味性相结合的原则。为此，在编写过程中，适量引用了相关的物理学史资料，其中包括重要的物理实验和有关科学家的思想和贡献。这样可增强物理学理论的真实感和生动感，有助于学生形成科学的学习方法和研究方法，有利于激发学生的学习兴趣和培养学生的创新能力。本书努力体现如下特点： ①充分利用高等数学这一重要工具求解物理学问题，通过本课程的学习，帮助和引导学生学会使用高等数学，把“物”与“理”密切结合； ②精选内容，儘量做到“少课少时”，切实减轻学生负担，既还学生以时间和空间，又保证为后续课程提供必要的基础； ③注重从实验规律引出概念，适当介绍物理学发展史上的重大事件，使学生了解科学发展的规律、科学研究的方法以及科学家的精神； ④充分利用物理学与许多近代和前沿课题、高新技术、现代生活的联繫，适当介绍相关科学研究的新成果，开阔学生的眼界，启迪他们的思维，提高学生的科学素质。本教材内容相对比较完整，所以老师们在讲解时可以根据大纲要求选择相应的内容，或者选择与本专业关联度大一点的部分作为教学内容，容易做到学时与内容相对应，具有一定的灵活性。绍兴文理学院物理系的老师仔细阅读了书中的相关内容，提出了许多宝贵的意见和建议，在此表示衷心的感谢。由于编者水平有限，加之时间仓促，缺点和疏漏一定不少，恳请广大读者批评指正。

编 者2012年9月