內(nèi) 容 簡 介本書在第1版的基礎(chǔ)上，以物理學(xué)的基本概念、定律和方法為核心，在保證物理學(xué)知識體系完整的同時，重點(diǎn)突出以物理學(xué)的思想和方法來分析問題、解決問題的綜合能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練。知識體系在第1版基礎(chǔ)上，部分章節(jié)的內(nèi)容和順序做了適當(dāng)調(diào)整。結(jié)合高職院校的特點(diǎn)，增補(bǔ)了一些物理學(xué)在相關(guān)交叉學(xué)科的發(fā)展和應(yīng)用實(shí)例，理論聯(lián)系實(shí)踐，既激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，又豐富知識面，不斷提高讀者的綜合素質(zhì)。全書共分17章，分別介紹了物理學(xué)導(dǎo)論、質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動與力、運(yùn)動的守恒量與守恒定律、剛體的定軸轉(zhuǎn)動、機(jī)械振動、機(jī)械波、熱力學(xué)基礎(chǔ)、氣體動理論基礎(chǔ)、真空中的靜電場、靜電場中的導(dǎo)體與電介質(zhì)、恒定電流的磁場、磁場中的磁介質(zhì)、電磁感應(yīng)——電磁波、波動光學(xué)基礎(chǔ)、狹義相對論基礎(chǔ)、量子物理基礎(chǔ)、物理學(xué)原理在工程技術(shù)中的應(yīng)用等內(nèi)容。增補(bǔ)了一些與使用工程技術(shù)相關(guān)的例題和習(xí)題，每章習(xí)題給出了部分參考答案，增加了常用物理常數(shù)表。本書為適應(yīng)不同地區(qū)、不同專業(yè)的高職類大學(xué)物理課程教學(xué)和自學(xué)而編寫的。可作為高職類不同專業(yè)、大專及成人教育相應(yīng)專業(yè)的大學(xué)物理課程教學(xué)的教材和自學(xué)用書。再 版 前 言
進(jìn)入21世紀(jì)，我國的高等教育已從“精英教育”逐步走向大眾教育，為適應(yīng)新形勢下科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對人才培養(yǎng)的新要求，高等教育越來越強(qiáng)化基礎(chǔ)教育課程，注重學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。另外，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，學(xué)科之間的交叉與結(jié)合尤為突出，物理學(xué)正進(jìn)一步向生物學(xué)、化學(xué)、材料科學(xué)、醫(yī)學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域滲透與發(fā)展。因此良好的物理基礎(chǔ)是學(xué)好其他自然科學(xué)與工程技術(shù)科學(xué)的基本保障。物理學(xué)所闡述的基本原理和基本知識、基本思想、基本規(guī)律和基本方法，不僅是學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課的基礎(chǔ)，也是全面提高學(xué)生科學(xué)素質(zhì)、科學(xué)思維方法和科學(xué)研究能力的重要內(nèi)容。大學(xué)物理課程是理工類、高職機(jī)電類各專業(yè)的必修公共基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)學(xué)生辯證唯物主義世界觀，科學(xué)的時空觀等方面起著重要的作用。
本書在保持第1版大學(xué)物理課程體系的完整性、科學(xué)性、系統(tǒng)性和邏輯性等特點(diǎn)的前提下，適當(dāng)調(diào)整了部分內(nèi)容的順序和結(jié)構(gòu)，在注重陳述物理學(xué)的基本知識、概念、規(guī)律的同時，增加了一些物理學(xué)的交叉發(fā)展和應(yīng)用實(shí)例，增補(bǔ)了一些與實(shí)用工程技術(shù)相關(guān)的例題和習(xí)題及課堂思考討論題，以提高學(xué)生綜合解決實(shí)際問題的能力。每章習(xí)題給出了部分參考答案，并增加了常用物理常數(shù)表。本書的修改花費(fèi)了較多的時間和精力作圖，力圖使圖更美觀；對第1版中表述錯誤或符號錯誤等做出了勘誤。
書中帶“*”號部分內(nèi)容可根據(jù)實(shí)際教學(xué)課時量處理，可選擇講授或讓學(xué)生自己閱讀。
編者感謝長江大學(xué)物理學(xué)院的大學(xué)物理精品課程組老師們的支持和幫助。
由于編者學(xué)識和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)有限，書中難免存在不當(dāng)和疏漏之處，懇請各位讀者批評指正。
目 錄
第0章 物理學(xué)導(dǎo)論 1
0.1 改變世界的物理學(xué) 1
0.1.1 物理學(xué)與科學(xué)技術(shù) 1
0.1.2 物理學(xué)改善人們的物質(zhì)生活 3
0.1.3 物理學(xué)改變?nèi)藗儗κ澜绲恼J(rèn)識 3
0.2 物理學(xué)及發(fā)展概況 4
0.2.1 物理學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ) 4
0.2.2 物理學(xué)的研究內(nèi)容 4
0.2.3 物理學(xué)的發(fā)展簡介 4
0.2.4 物理學(xué)的發(fā)展趨勢 5
0.3 物理學(xué)與人才培養(yǎng) 5
0.3.1 物理學(xué)的特征 5
0.3.2 物理學(xué)是科學(xué)的世界觀和方法論的基礎(chǔ) 6
0.3.3 學(xué)習(xí)物理學(xué)的方法 6
0.4 單位制和量綱 6
0.5 矢量和標(biāo)量簡介 8
0.5.1 矢量和標(biāo)量 8
0.5.2 矢量的運(yùn)算 8
第1章 質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動與力 12
1.1 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的描述 12
1.1.1 物理模型——坐標(biāo)系 12
1.1.2 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的描述 13
1.2 平面曲線運(yùn)動 圓周運(yùn)動 19
1.2.1 切向加速度和法向加速度 19
1.2.2 圓周運(yùn)動 角量 21
1.2.3 線量與角量的關(guān)系 22
1.3 相對運(yùn)動 23
1.4 力學(xué)中幾種常見的力 24
1.4.1 萬有引力 25
1.4.2 彈性力 25
1.4.3 摩擦力 26
1.5 牛頓運(yùn)動定律 27
1.5.1 牛頓第一定律 27
1.5.2 牛頓第二定律 27
1.5.3 牛頓第三定律 28
1.6 牛頓定律的應(yīng)用舉例 29
習(xí)題1 32
第2章 運(yùn)動的守恒量與守恒定律 40
2.1 動量與沖量 40
2.1.1 動量 40
2.1.2 沖量 40
2.1.3 質(zhì)點(diǎn)的動量定理 41
2.1.4 質(zhì)點(diǎn)系的動量定理 43
2.1.5 質(zhì)點(diǎn)系的動量守恒定律 44
2.2 功 46
2.2.1 功 46
2.2.2 功率 47
2.2.3 一對作用力和反作用力的功 48
2.2.4 摩擦力的功 48
2.3 動能定理 48
2.3.1 質(zhì)點(diǎn)的動能和動能定理 48
2.3.2 質(zhì)點(diǎn)系的動能定理 49
2.4 保守力 勢能 50
2.4.1 保守力做功 50
2.4.2 勢能 52
2.5 機(jī)械能守恒定律 能量守恒與轉(zhuǎn)換定律 52
2.5.1 功能原理 52
2.5.2 機(jī)械能守恒定律 53
2.5.3 能量守恒定律 53
2.5.4 功能原理及能量守恒定律應(yīng)用舉例 54
習(xí)題2 55
第3章 剛體的定軸轉(zhuǎn)動 61
3.1 剛體運(yùn)動的描述 61
3.1.1 剛體的運(yùn)動 61
3.1.2 描述剛體轉(zhuǎn)動的角量 62
3.2 剛體繞定軸的轉(zhuǎn)動定律 64
3.2.1 力矩 64
3.2.2 剛體定軸轉(zhuǎn)動定律 66
3.2.3 轉(zhuǎn)動慣量 68
3.2.4 剛體定軸轉(zhuǎn)動的應(yīng)用舉例 70
3.3 剛體的動能和勢能 72
3.3.1 剛體定軸轉(zhuǎn)動的動能 72
3.3.2 剛體的重力勢能 72
3.3.3 剛體的機(jī)械能守恒定律 73
3.4 剛體的角動量 角動量守恒定律 73
3.4.1 質(zhì)點(diǎn)對軸的角動量(動量矩) 73
3.4.2 質(zhì)點(diǎn)的角動量(動量矩)定理 73
3.4.3 質(zhì)點(diǎn)的角動量守恒定律 74
3.4.4 剛體定軸轉(zhuǎn)動的角動量 75
3.4.5 剛體定軸轉(zhuǎn)動的角動量定理 75
3.4.6 剛體的角動量守恒定律 76
習(xí)題3 78
第4章 機(jī)械振動 83
4.1 簡諧振動及描述 83
4.1.1 簡諧振動的基本特征 83
4.1.2 描述簡諧振動的特征量 84
4.1.3 旋轉(zhuǎn)矢量法 87
4.2 常見的幾種簡諧振動 88
4.2.1 彈簧振子 88
4.2.2 單擺和復(fù)擺 88
4.3 簡諧運(yùn)動的能量 89
4.3.1 系統(tǒng)的動能 89
4.3.2 系統(tǒng)的勢能 90
4.3.3 系統(tǒng)的機(jī)械能 90
* 4.4 簡諧運(yùn)動的合成 91
4.4.1 兩個同方向、同頻率簡諧運(yùn)動的合成 91
4.4.2 兩個同方向、不同頻率簡諧運(yùn)動的合成 92
4.4.3 拍 93
*4.5 阻尼振動、受迫振動、共振 94
4.5.1 阻尼振動 94
4.5.2 受迫振動 95
4.5.3 共振 96
習(xí)題4 96
第5章 機(jī)械波 100
5.1 機(jī)械波的形成和傳播 100
5.1.1 機(jī)械波的產(chǎn)生和傳播 100
5.1.2 波動的描述 101
5.2 平面簡諧波 102
5.2.1 平面簡諧波的波函數(shù) 102
5.2.2 波函數(shù)的物理意義 103
5.3 惠更斯原理、波的干涉 105
5.3.1 惠更斯原理 105
5.3.2 波的疊加原理、波的干涉 106
5.4 駐波 108
5.4.1 駐波的產(chǎn)生 108
5.4.2 駐波的波函數(shù) 109
5.4.3 相位躍變、半波損失 110
5.4.4 駐波的能量 111
5.5 多普勒效應(yīng) 112
5.5.1 波源S相對于介質(zhì)靜止，觀察者A以速度v0相對于介質(zhì)運(yùn)動 112
5.5.2 觀察者相對于介質(zhì)靜止，波源S以速度vs相對于介質(zhì)運(yùn)動 112
5.5.3 波源S和觀察者同時相對于介質(zhì)運(yùn)動 113
*5.5.4 沖擊波 114
習(xí)題5 115
第6章 熱力學(xué)基礎(chǔ) 118
6.1 熱力學(xué)基本概念 118
6.1.1 熱力學(xué)系統(tǒng) 118
6.1.2 狀態(tài)參量 118
6.1.3 平衡態(tài) 119
6.1.4 準(zhǔn)靜態(tài)過程 119
6.1.5 理想氣體的物態(tài)方程 120
6.2 內(nèi)能 功和熱量 121
6.2.1 準(zhǔn)靜態(tài)過程的功 121
6.2.2 準(zhǔn)靜態(tài)過程中熱量的計(jì)算 121
6.2.3 內(nèi)能 122
6.3 熱力學(xué)第一定律 122
6.4 熱力學(xué)第一定律在理想氣體等值過程中的應(yīng)用 123
6.4.1 等體過程 123
6.4.2 等壓過程 124
6.4.3 等溫過程 125
6.5 絕熱過程 126
6.6 循環(huán)過程 卡諾循環(huán) 128
6.6.1 循環(huán)過程 128
6.6.2 熱機(jī)及正循環(huán) 128
6.6.3 制冷機(jī)及逆循環(huán) 129
6.6.4 卡諾循環(huán) 130
6.7 熱力學(xué)第二定律 131
6.7.1 可逆過程與不可逆過程 131
6.7.2 熱力學(xué)第二定律 132
習(xí)題6 133
第7章 氣體動理論基礎(chǔ) 137
7.1 分子熱運(yùn)動理論 137
7.2 理想氣體的壓強(qiáng)公式 137
7.2.1 理想氣體的分子模型 137
7.2.2 理想氣體的壓強(qiáng)公式 138
7.3 溫度的微觀本質(zhì) 139
7.4 能量均分定理 理想氣體的內(nèi)能 140
7.4.1 分子的自由度 140
7.4.2 能量均分定理 140
7.4.3 理想氣體的內(nèi)能 141
* 7.5 麥克斯韋氣體分子速率分布 141
7.5.1 分子運(yùn)動的圖景 142
7.5.2 麥克斯韋速率分布律 142
第8章 真空中的靜電場 148
8.1 電荷的基本性質(zhì) 148
8.1.1 電荷及相互作用 148
8.1.2 電荷的量子性 148
8.1.3 電荷守恒定律 149
8.1.4 電荷的相對論不變性 149
8.2 庫侖定律 149
8.2.1 庫侖定律的表述 149
8.2.2 電場力的疊加原理 150
8.3 電場、電場強(qiáng)度 151
8.3.1 靜電場 151
8.3.2 電場強(qiáng)度及疊加原理 151
8.3.3 電偶極子的電場強(qiáng)度 153
8.4 電通量、高斯定理 156
8.4.1 電場線 156
8.4.2 電通量 157
8.4.3 高斯定理 159
8.4.4 高斯定理的應(yīng)用 160
8.5 靜電場的環(huán)路定理 164
8.5.1 靜電力做功 164
8.5.2 靜電場的環(huán)路定理 165
8.6 電勢能、電勢 165
8.6.1 電勢能 165
8.6.2 電勢 166
8.6.3 電勢差 166
8.6.4 電勢的計(jì)算 167
習(xí)題8 170
第9章 靜電場中的導(dǎo)體與電介質(zhì) 176
9.1 靜電場中的導(dǎo)體 176
9.1.1 導(dǎo)體的靜電感應(yīng) 靜電平衡 176
9.1.2 靜電平衡時導(dǎo)體上電荷的分布 177
9.1.3 導(dǎo)體表面電場強(qiáng)度 178
9.1.4 孤立導(dǎo)體表面的電荷分布 178
9.1.5 靜電屏蔽 179
9.1.6 有導(dǎo)體存在時的靜電場分布 180
*9.2 靜電場中的電介質(zhì) 182
9.2.1 電介質(zhì)及其極化 182
9.2.2 電極化強(qiáng)度 184
9.2.3 電介質(zhì)中的電場強(qiáng)度、極化電荷與自由電荷的關(guān)系 184
9.3 電容、電容器 185
9.3.1 孤立導(dǎo)體的電容 185
9.3.2 電容器 186
9.3.3 電介質(zhì)對電容的影響——相對電容率 189
9.3.4 電介質(zhì)的擊穿 189
* 9.4 電介質(zhì)中的高斯定理、電位移 190
9.4.1 電介質(zhì)中的高斯定理 190
9.4.2 電位移 190
9.5 靜電場的能量 191
9.5.1 電容器儲存的電能 191
9.5.2 靜電場的能量、能量密度 191
習(xí)題9 193
第10章 恒定電流的磁場 196
10.1 恒定電流 196
10.1.1 電流、電流密度 196
10.1.2 電阻定律、歐姆定律的微分形式 197
10.1.3 穩(wěn)恒電場的建立 199
10.2 恒定電流的磁場 畢奧—薩伐爾定律 200
10.2.1 磁的基本現(xiàn)象 201
10.2.2 磁場 磁感應(yīng)強(qiáng)度 201
10.2.3 畢奧—薩伐爾定律 202
10.2.4 載流線圈的磁矩 204
10.2.5 運(yùn)動電荷的磁場 205
10.3 磁場的高斯定理 206
10.3.1 磁通量 206
10.3.2 磁場的高斯定理 207
10.4 磁場的安培環(huán)路定理 208
10.4.1 安培環(huán)路定理 208
10.4.2 安培環(huán)路定理的應(yīng)用舉例 209
10.5 帶電粒子在磁場中的運(yùn)動 211
10.5.1 帶電粒子在電場和磁場中所受的力 211
10.5.2 帶電粒子在磁場中的運(yùn)動 212
*10.5.3 霍爾效應(yīng) 213
10.6 磁場對電流及載流線圈的作用 214
10.6.1 磁場對電流的作用 214
10.6.2 兩無限長平行載流直導(dǎo)線間的相互作用 電流單位“安培”的定義 216
10.6.3 磁場對載流線圈的作用 217
習(xí)題10 217
第11章 磁場中的磁介質(zhì) 223
11.1 磁介質(zhì)的磁化 磁化強(qiáng)度 223
11.2 磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理 225
11.3 鐵磁質(zhì) 226
習(xí)題11 228
第12章 電磁感應(yīng) 電磁波 230
12.1 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 法拉第電磁感應(yīng)定律 230
12.1.1 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 230
12.1.2 法拉第電磁感應(yīng)定律 230
12.1.3 楞次定律 231
12.2 動生電動勢 233
12.3 感生電動勢、感生電場 235
12.3.1 感生電場 235
12.3.2 感生電動勢 235
12.3.3 渦電流及應(yīng)用 236
12.4 自感和互感 237
12.4.1 自感電動勢、自感 238
12.4.2 互感電動勢、互感 239
*12.5 磁場的能量 240
12.5.1 自感的儲能 241
12.5.2 磁場能量密度 241
12.6 Maxwell電磁場理論簡介 243
12.6.1 位移電流和全電流 243
12.6.2 電磁場、Maxwell電磁場方程組 246
習(xí)題12 246
第13章 波動光學(xué)基礎(chǔ) 252
13.1 光的微粒說與波動說簡介 252
13.1.1 光的微粒學(xué)說 252
13.1.2 光的波動學(xué)說的崛起 253
13.1.3 光的波動說的困難 254
13.2 光源、光的相干性 254
13.2.1 光源 254
13.2.2 相干光 254
13.2.3 光程和光程差 255
13.3 楊氏雙縫干涉 257
13.3.1 楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn) 257
13.3.2 楊氏雙縫干涉條紋特征 257
13.4 薄膜的等傾干涉 259
13.4.1 薄膜等傾干涉的光路 259
13.4.2 薄膜干涉特征 260
13.4.3 相鄰條紋對應(yīng)薄膜厚度差 261
13.4.4 薄膜等傾干涉的應(yīng)用 261
13.5 薄膜的等厚干涉 262
13.5.1 劈尖干涉 262
13.5.2 牛頓環(huán) 265
13.6 光的衍射、惠更斯—菲涅耳原理 267
13.6.1 光的衍射 267
13.6.2 惠更斯—菲涅耳原理 267
13.6.3 衍射分類 267
13.7 單縫的夫瑯禾費(fèi)衍射 268
13.7.1 半波帶法 268
13.7.2 衍射條紋特征 269
13.8 圓孔衍射 光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng) 271
13.8.1 圓孔衍射 271
13.8.2 光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng) 271
習(xí)題13 273
第14章 狹義相對論基礎(chǔ) 277
14.1 經(jīng)典時空觀 伽利略變換 277
14.1.1 牛頓力學(xué)的時空觀 277
14.1.2 伽利略變換 277
14.1.3 經(jīng)典力學(xué)的相對性原理 278
14.1.4 經(jīng)典力學(xué)的困難 278
14.2 狹義相對論的基本原理 279
14.2.1 狹義相對論的基本假設(shè) 279
14.2.2 洛倫茲變換式 279
14.2.3 狹義相對論的時空觀 280
14.3 狹義相對論的動力學(xué)基礎(chǔ) 283
14.3.1 相對論力學(xué)的基本方程 283
14.3.2 質(zhì)量—能量關(guān)系式 284
14.3.3 動量和能量關(guān)系式 285
習(xí)題14 286
第15章 量子物理基礎(chǔ) 288
15.1 黑體輻射、普朗克的量子假說 288
15.1.1 黑體輻射 288
15.1.2 黑體輻射的基本規(guī)律 289
15.1.3 普朗克假設(shè)和普朗克黑體輻射公式 291
15.2 光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng) 292
15.2.1 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的規(guī)律 292
15.2.2 愛因斯坦的光量子論 293
15.2.3 康普頓效應(yīng) 294
15.2.4 光的波粒二象性 295
15.3 德布羅意波、實(shí)物粒子的二象性 295
*15.4 不確定關(guān)系 297
習(xí)題15 298
第16章 物理學(xué)原理在工程技術(shù)中的應(yīng)用 301
16.1 摩擦與自鎖——螺旋千斤頂 301
16.2 跳臺跳水游泳池的深度設(shè)計(jì) 302
16.3 汽車的動力學(xué) 303
16.3.1 汽車的驅(qū)動力 303
16.3.2 汽車的打滑 303
16.3.3 翻車的動力學(xué)分析 304
16.4 超導(dǎo)與磁懸浮列車 304
16.5 雷達(dá)、微波通信和光纖通信 306
16.5.1 雷達(dá) 306
16.5.2 激光雷達(dá) 307
16.5.3 微波通信與光纖通信 307
16.6 物理學(xué)與激光技術(shù) 308
16.7 物理學(xué)與新能源技術(shù) 312
16.7.1 風(fēng)能 312
16.7.2 磁流體發(fā)電技術(shù) 314
16.7.3 水力發(fā)電技術(shù) 314
16.7.4 核能 315
16.7.5 太陽能——永恒的能源 315
附：習(xí)題參考答案 318
參考文獻(xiàn) 329
