大學(xué)物理教程（上冊(cè)）

前言

　　物理學(xué)是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)基本運(yùn)動(dòng)形式和物質(zhì)之間相互作用的自然科學(xué)。以物理學(xué)基礎(chǔ)為內(nèi)容的大學(xué)物理課程，是高等學(xué)校理工科各專(zhuān)業(yè)學(xué)生的一門(mén)重要的通識(shí)性必修課程。該課程所傳授的描述物質(zhì)世界的基本概念、基本理論、基本方法和基本思維能力是構(gòu)成學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分，是一個(gè)科學(xué)工作者和工程技術(shù)人員所必備的基礎(chǔ)知識(shí)?！　∥覈?guó)現(xiàn)有的大學(xué)物理課程內(nèi)容是按照物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)形式即力、熱、電磁、光、近代物理來(lái)組織內(nèi)容的，這樣的框架構(gòu)建于20世紀(jì)五六十年代。雖然在當(dāng)時(shí)的背景下，它無(wú)疑是成功的、先進(jìn)的，能適應(yīng)當(dāng)時(shí)的情況，但當(dāng)今社會(huì)對(duì)工程技術(shù)人員提出了更高的科學(xué)素質(zhì)要求。為適應(yīng)形勢(shì)變化，一些高校嘗試重新構(gòu)建大學(xué)物理的教材內(nèi)容體系。近幾年編者在大學(xué)物理內(nèi)容體系構(gòu)建方面做了有益的探索，在此基礎(chǔ)上形成了本教材體系。我們強(qiáng)調(diào)以知識(shí)體系為載體，強(qiáng)化物理模型、物理思想、物理方法和科學(xué)精神的養(yǎng)成教育。例如，引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)際問(wèn)題中建立合理的物理模型以及物理模型近似估算能力的培養(yǎng)；引導(dǎo)學(xué)生不僅關(guān)注所學(xué)知識(shí)點(diǎn)，更要了解知識(shí)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)體系；培養(yǎng)學(xué)生具備由點(diǎn)到面建立起相應(yīng)內(nèi)容的框架體系的能力，構(gòu)建工科學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的扎實(shí)根基及科學(xué)方法論基礎(chǔ)?！　∧壳案叩冉逃延删⒔逃虼蟊娊逃D(zhuǎn)化，學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力呈現(xiàn)出多層次分布特征。本教材是為了滿(mǎn)足蘭州交通大學(xué)本科生公共課分層次教學(xué)改革的需求，實(shí)施因材施教，搭建分層次教學(xué)平臺(tái)而編寫(xiě)的。為滿(mǎn)足這一需求，并且解決學(xué)時(shí)少內(nèi)容多的矛盾，再結(jié)合實(shí)際教學(xué)計(jì)劃安排的可操作性，搭建了本教材的內(nèi)容體系。總體思想是體現(xiàn)大學(xué)物理課程的基礎(chǔ)性、前沿性與時(shí)代性。

內(nèi)容概要

　　本書(shū)依據(jù)教育部高等學(xué)校物理學(xué)與天文學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)物理基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)在2008年4月審訂的“理工科類(lèi)大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求”，結(jié)合編者多年的教學(xué)實(shí)踐和教改經(jīng)驗(yàn)編寫(xiě)而成，在編寫(xiě)上本書(shū)沒(méi)有沿襲傳統(tǒng)的思路，而是采用一種新的知識(shí)體系：以物質(zhì)世界的層次和存在形式為主線(xiàn)，按照由經(jīng)典物理到近代物理、由少體問(wèn)題到多體問(wèn)題、由線(xiàn)性系統(tǒng)到復(fù)雜系統(tǒng)的思路來(lái)介紹大學(xué)物理的教學(xué)內(nèi)容?！　”緯?shū)分上、下兩冊(cè)。上冊(cè)內(nèi)容包括宏觀(guān)低速實(shí)物物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，宏觀(guān)高速實(shí)物物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及振動(dòng)和經(jīng)典波三篇內(nèi)容。下冊(cè)包括電磁場(chǎng)和相互作用、量子物理基礎(chǔ)和多粒子體系的熱物理三篇內(nèi)容。　　本書(shū)適合普通高等學(xué)校工科各專(zhuān)業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)使用，也可作為教師或相關(guān)人員的參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

前言第一篇 宏觀(guān)低速實(shí)物物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律　第1章 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)　　1.1 質(zhì)點(diǎn)及其運(yùn)動(dòng)的描述　　　1.1.1 參考系與坐標(biāo)系　　　1.1.2 質(zhì)點(diǎn)　　　1.1.3 質(zhì)點(diǎn)的位置矢量和運(yùn)動(dòng)方程　　　1.1.4 質(zhì)點(diǎn)的位移和路程　　　1.1.5 質(zhì)點(diǎn)的速度和速率　　　1.1.6 質(zhì)點(diǎn)的加速度　　　1.1.7 直角坐標(biāo)系中運(yùn)動(dòng)學(xué)的三類(lèi)問(wèn)題　　1.2 質(zhì)點(diǎn)平面曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的描述　　　1.2.1 自然坐標(biāo)系中的速度和加速度　　　1.2.2 圓周運(yùn)動(dòng)　　1.3 相對(duì)運(yùn)動(dòng)　　本章提要　　思考題　　習(xí)題　第2章 動(dòng)量與角動(dòng)量守恒定律　　2.1 牛頓運(yùn)動(dòng)定律　　　2.1.1 常見(jiàn)力　　　2.1.2 基本力　　　2.1.3 牛頓運(yùn)動(dòng)定律　　　2.1.4 慣性參考系慣性力　　2.2 動(dòng)量定理　　　2.2.1 質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量定理　　　2.2.2 質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理　　2.3 動(dòng)量守恒定律　　2.4 碰撞　　　2.4.1 完全彈性碰撞　　　2.4.2 完全非彈性碰撞　　　2.4.3 運(yùn)載火箭的運(yùn)動(dòng)　　2.5 質(zhì)心質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理　　　2.5.1 質(zhì)心　　　2.5.2 質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理　　2.6 質(zhì)點(diǎn)的角動(dòng)量與角動(dòng)量定理　　　2.6.1 質(zhì)點(diǎn)的角動(dòng)量　　　2.6.2 力矩　　　2.6.3 質(zhì)點(diǎn)的角動(dòng)量定理　　2.7 質(zhì)點(diǎn)的角動(dòng)量守恒定律　　本章提要　　思考題　　習(xí)題　第3章 能量能量守恒定律　　3.1 功和功率　　　3.1.1 功　　　3.1.2 一對(duì)相互作用力的功　　　3.1.3 功率　　3.2 動(dòng)能動(dòng)能定理　　　3.2.1 質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能定理　　　3.2.2 質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)能定理　　3.3 保守力勢(shì)能功能原理　　　3.3.1 保守力的功　　　3.3.2 勢(shì)能　　　3.3.3 勢(shì)能曲線(xiàn)　　　3.3.4 功能原理　  3.4 機(jī)械能守恒定律　　本章提要　　思考題　　習(xí)題　第4章 剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)　　4.1 剛體運(yùn)動(dòng)的描述　　　4.1.1 剛體的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)　　　4.1.2 剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)　　　4.1.3 描述剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的物理量　　4.2 剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)定律　　　4.2.1 力對(duì)轉(zhuǎn)軸的力矩　　　4.2.2 剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)定律　　　4.2.3 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量　　　4.2.4 轉(zhuǎn)動(dòng)定律的應(yīng)用舉例　　4.3 力矩的功剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能定理　　　4.3.1 剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能　　　4.3.2 剛體的重力勢(shì)能　　　4.3.3 力矩做的功　　　4.3.4 剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能定理　　　4.3.5 剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能守恒定律　　4.4 剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角動(dòng)量守恒定律　　　4.4.1 剛體對(duì)定軸的角動(dòng)量　　　4.4.2 剛體的角動(dòng)量守恒定律　　本章提要　　思考題　　習(xí)題第二篇 宏觀(guān)高速實(shí)物物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律　第5章 狹義相對(duì)論基礎(chǔ)第三篇 振動(dòng)和經(jīng)典波　第6章 振動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)　第7章 波動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)　第8章 波動(dòng)光學(xué)習(xí)題答案附錄

章節(jié)摘錄

　　物體的運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的，但是描述物體的運(yùn)動(dòng)卻是相對(duì)的，即在具有不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的參考對(duì)象看來(lái)，同一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是不同的。從站在路邊的人的角度去看和從騎自行車(chē)的人的角度去看，一輛在公路上行駛的汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是不同的。但我們認(rèn)為，在具有相同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（相對(duì)靜止）的參考對(duì)象看來(lái)，一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是相同的。為了描述物體的運(yùn)動(dòng)，我們選擇與一個(gè)確定的參考對(duì)象相對(duì)靜止的所有物體作為一個(gè)系統(tǒng)，稱(chēng)為參考系。在一個(gè)確定的參考系中，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是可以確定的。　　3.坐標(biāo)系　　在選定參考系后，為定量地描述物體的運(yùn)動(dòng)，我們?nèi)⒖枷抵械娜我庖稽c(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)建立坐標(biāo)系。常用的坐標(biāo)系有直角坐標(biāo)系、極坐標(biāo)系、柱坐標(biāo)系、球坐標(biāo)系等，另外還有描述曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的自然坐標(biāo)系?！　?.1.2質(zhì)點(diǎn)　　在研究力學(xué)問(wèn)題時(shí)，我們常常需要對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行模型化，最基本的力學(xué)模型是質(zhì)點(diǎn)。所謂質(zhì)點(diǎn)指忽略對(duì)象的大小和形狀，并將全部的質(zhì)量集中在一個(gè)幾何點(diǎn)上的模型?！　⊙芯繉?duì)象可看作質(zhì)點(diǎn)的條件：　　（1）研究對(duì)象的尺度在所研究問(wèn)題中相對(duì)很小，可忽略其大小和形狀，看作質(zhì)點(diǎn)。如研究地球圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于地球的尺度與公轉(zhuǎn)軌道尺度相比很小，可忽略其大小和形狀，看作質(zhì)點(diǎn)。而在研究地球的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，不能將地球看作質(zhì)點(diǎn)?！　。?）研究對(duì)象發(fā)生平動(dòng)時(shí)，即對(duì)象上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同，可看作質(zhì)點(diǎn)。

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