大學(xué)物理教程（上冊(cè)）

前言

　　大學(xué)物理課的教材很多，也各具特色，所以編寫(xiě)一本好的大學(xué)物理教材是一件困難的事。盡管如此，學(xué)生在變化，課堂在變化，因此，杭州科技大學(xué)經(jīng)過(guò)研究，決定編寫(xiě)本書(shū)，把多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)編在其中。本教材的內(nèi)容具有以下三個(gè)特點(diǎn)。　　第一，根據(jù)我校實(shí)行八年的分層教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)和需要，將本書(shū)內(nèi)容分解為課程核心內(nèi)容和非核心內(nèi)容兩個(gè)部分。核心內(nèi)容以傳統(tǒng)教材中的常規(guī)內(nèi)容為主，其知識(shí)體系和框架基本不變，是大學(xué)物理這門(mén)課的最重要內(nèi)容。另一方面，由于物理學(xué)的內(nèi)容龐大，核心內(nèi)容的選取也是困難的，本書(shū)核心內(nèi)容的選取是依據(jù)我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中特別是對(duì)學(xué)生的考核過(guò)程中反復(fù)實(shí)踐而確定下來(lái)的，既保留一定的體系，又適合現(xiàn)在的學(xué)生。非核心內(nèi)容是比較難的經(jīng)典內(nèi)容、比較重要的現(xiàn)代物理新知識(shí)，是物理學(xué)直接導(dǎo)致的有趣的或重要的應(yīng)用。但是物理學(xué)中，被我們理解為非核心的內(nèi)容也十分龐大，我們選取的原則是可教性，大部分內(nèi)容是通過(guò)教學(xué)實(shí)踐選取的?！　〉诙窘滩挠幸恍╈`活的東西，主要體現(xiàn)在非核心內(nèi)容上。近代物理學(xué)部分在知識(shí)的演變發(fā)展過(guò)程中有大量的背景，背景知識(shí)是系統(tǒng)的；物理學(xué)導(dǎo)致的重要的或者有趣的應(yīng)用部分是利用大學(xué)物理知識(shí)可以分析的；就作者所在學(xué)校的學(xué)科特點(diǎn)而言，有些知識(shí)如非線(xiàn)性物理和激光技術(shù)，需要專(zhuān)門(mén)介紹?！　〉谌?，強(qiáng)調(diào)可教性。本書(shū)核心內(nèi)容最大的特點(diǎn)是：編寫(xiě)充分考慮課時(shí)，有的知識(shí)點(diǎn)做了合并、例題做了精選；安排了知識(shí)分析和難題分析。非核心內(nèi)容也必須是可教的。此外還編寫(xiě)了配套的習(xí)題集，習(xí)題集經(jīng)過(guò)十余屆學(xué)生使用?！　”窘滩墓踩齼?cè)，上冊(cè)、下冊(cè)和習(xí)題集。上冊(cè)可供64個(gè)學(xué)時(shí)使用，下冊(cè)可供50～64個(gè)學(xué)時(shí)使用，習(xí)題集可供學(xué)生課后訓(xùn)練的作業(yè)使用。上、下冊(cè)中的楷體文字是選讀和補(bǔ)充內(nèi)容，在教學(xué)過(guò)程中可選擇閱讀?！　【w論及第一章至第四章由徐江榮教授編寫(xiě)，第五、六章由袁求理副教授編寫(xiě)，第七章至第九章由彭英姿副教授編寫(xiě)，第十章至第十四章由葛凡教授編寫(xiě)，第十五、十六章由黃清龍副教授、徐江榮教授編寫(xiě)，第十七、十八章由鐘建偉副教授編寫(xiě)，第十九章由徐江榮教授、趙金濤教授編寫(xiě)，第二十章由鐘建偉副教授編寫(xiě)，習(xí)題集由趙金濤教授編寫(xiě)；趙金濤教授負(fù)責(zé)繪制了書(shū)中的圖，提供了本課程的電子教案文稿。　　杭州電子科技大學(xué)“大學(xué)物理”課程2005年被評(píng)為浙江省精品課程，本教材是省精品課程建設(shè)的內(nèi)容之一，2009年本書(shū)被列為浙江省重點(diǎn)教材。在此感謝浙江省精品課程和浙江省重點(diǎn)建設(shè)教材兩個(gè)項(xiàng)目的資助！　　本課程的教材改革和編寫(xiě)任務(wù)重，難度大，同時(shí)由于編者水平有限，書(shū)中不妥之處在所難免，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正！

內(nèi)容概要

　　這本《大學(xué)物理教程（上冊(cè)）》是浙江省精品課程建設(shè)的教材之一，為浙江省重點(diǎn)建設(shè)教材，分上冊(cè)、下冊(cè)、習(xí)題集三冊(cè)出版。上冊(cè)包括力學(xué)和電磁學(xué)知識(shí)，力學(xué)部分有經(jīng)典力學(xué)和相對(duì)論，編寫(xiě)時(shí)相對(duì)地壓縮了經(jīng)典力學(xué)的篇幅，增加廠(chǎng)相對(duì)論的篇幅，電磁學(xué)部分系統(tǒng)地介紹了電學(xué)和磁學(xué)；下冊(cè)包括波動(dòng)與光學(xué)、熱學(xué)、量子力學(xué)、非線(xiàn)性物理與激光技術(shù)4篇，波動(dòng)與光學(xué)篇包括振動(dòng)、機(jī)械波、光的干涉、光的衍射和光的偏振，熱學(xué)篇包括氣體動(dòng)理論和熱力學(xué)基礎(chǔ)，量子力學(xué)篇包括早期量子論和量子力學(xué)基礎(chǔ)，非線(xiàn)性物理與激光技術(shù)篇包括非線(xiàn)性物理與激光技術(shù)等；習(xí)題集與本教程配套，按教學(xué)單元?jiǎng)澐郑糜趯W(xué)生的訓(xùn)練。　　《大學(xué)物理教程（上冊(cè)）》可作為本科院校理工類(lèi)各專(zhuān)業(yè)的大學(xué)物理教材，也可作為普通高等學(xué)校各類(lèi)非物理類(lèi)專(zhuān)業(yè)的物理教材或教學(xué)參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

上冊(cè)緒論第一篇 力學(xué)第一章 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)1.1 力學(xué)的幾個(gè)基本概念1.1.1 物理模型及其運(yùn)動(dòng)形式1.1.2 參考系及其坐標(biāo)1.1.3 矢量1.2 質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程1.2.1 質(zhì)點(diǎn)的位矢（位置矢量）1.2.2 質(zhì)點(diǎn)的位移1.2.3 質(zhì)點(diǎn)的速度1.2.4 加速度1.3 質(zhì)點(diǎn)的圓周運(yùn)動(dòng)1.3.1 圓周運(yùn)動(dòng)中的角量1.3.2 圓周運(yùn)動(dòng)中的加速度1.3.3 曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)中加速度的表示1.4 相對(duì)運(yùn)動(dòng)第二章 質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)2.1 牛頓運(yùn)動(dòng)定律.2.1.1 牛頓的三大定律2.1.2 牛頓第二定律2.1.3 基本的自然力2.2 動(dòng)量定理2.2.1 沖量與動(dòng)量定理2.2.2 質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理2.2.3 動(dòng)量守恒定律2.3 火箭飛行原理2.3.1 變質(zhì)量動(dòng)量定律2.3.2 三級(jí)火箭2.3.3 長(zhǎng)征三號(hào)甲運(yùn)載三級(jí)火箭2.4 功 動(dòng)能定律2.4.1 功2.4.2 動(dòng)能定理2.5 勢(shì)能 功能原理和機(jī)械能守恒2.5.1 保守力的功及其勢(shì)能2.5.2 萬(wàn)有引力勢(shì)能2.5.3 功能原理和機(jī)械能：子恒定律2.6 質(zhì)點(diǎn)力學(xué)難點(diǎn)分析2.6.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題的關(guān)鍵是運(yùn)動(dòng)方程2.6.2 變化的物理量是一個(gè)函數(shù)2.6.3 動(dòng)能定理的應(yīng)用第三章 剛體力學(xué)基礎(chǔ)3.1 剛體的運(yùn)動(dòng)3.1.1 剛體的平動(dòng)3.1.2 剛體繞定軸的轉(zhuǎn)動(dòng)3.1.3 剛體的一般運(yùn)動(dòng)3.2 剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的功和能3.2.1 力矩的功3.2.2 剛體的動(dòng)能3.2.3 剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能定理3.2.4 剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算3.3 剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)定律3.3.1 剛體定軸的轉(zhuǎn)動(dòng)定律3.3.2 剛體力學(xué)習(xí)題分析（1） ——?jiǎng)傮w定軸的轉(zhuǎn)動(dòng)定律的應(yīng)用3.4 剛體對(duì)定軸的角動(dòng)量定理和角動(dòng)量守恒定律3.4.1 角動(dòng)量3.4.2 剛體的角動(dòng)量定理和角動(dòng)量守恒3.4.3 剛體力學(xué)習(xí)題分析（2）——角動(dòng)量守恒的應(yīng)用3.5 滑板運(yùn)動(dòng)及其理論分析3.5.1 滑板運(yùn)動(dòng)3.5.2 活力板運(yùn)動(dòng)的理論分析第四章 相對(duì)論4.1 經(jīng)典時(shí)空觀的認(rèn)識(shí)4.1.1 經(jīng)典力學(xué)相對(duì)性原理4.1.2 以太4.1.3 邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)4.1.4 洛倫茲解釋和洛倫茲變換4.1.5 彭加勒——相對(duì)論的先驅(qū)4.2 愛(ài)因斯坦相對(duì)性原理4.2.1 愛(ài)因斯坦和狹義相對(duì)論的基本思想4.2.2 狹義相對(duì)論的基本原理4.3 狹義相對(duì)論運(yùn)動(dòng)學(xué)4.3.1 同時(shí)性的相對(duì)性4.3.2 時(shí)間延緩效應(yīng)——?jiǎng)隅娮兟?.3.3 長(zhǎng)度收縮4.4 狹義相對(duì)論動(dòng)力學(xué)4.4.1 相對(duì)論質(zhì)量和動(dòng)量4.4.2 相對(duì)論能量4.4.3 動(dòng)量和能量的關(guān)系4.5 廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介4.5.1 黎曼和度規(guī)張量4.5.2 廣義相對(duì)論主要內(nèi)容4.5.3 廣義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證第二篇 電 磁 學(xué)第五章 真空中的靜電場(chǎng)5.1 電荷 庫(kù)侖定律5.1.1 電荷5.1.2 庫(kù)侖定律5.2 電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度5.2.1 電場(chǎng)強(qiáng)度5，2.2 場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算5.2.3 帶電粒子在外電場(chǎng)中所受的作用5.3 電通量 高斯定理5.3.1 電場(chǎng)線(xiàn)5.3.2 電通暈5.3.3 高斯定理5.3.4 高斯定理應(yīng)用舉例5.4 靜電場(chǎng)環(huán)路定理 電勢(shì)5.4.1 靜電場(chǎng)力的功5.4.2 靜電場(chǎng)環(huán)路定理5.4.3 電勢(shì)能 電勢(shì)5.4.4 電勢(shì)疊加原理5.4.5 電勢(shì)的計(jì)算5.5 等勢(shì)面 場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)的微分關(guān)系5.5.1 等勢(shì)面5.5.2 場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)的微分關(guān)系第六章 導(dǎo)體和電介質(zhì)中的靜電場(chǎng)6.1 靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體6.1.1 導(dǎo)體的靜電平衡條件6.1.2 靜電平衡時(shí)導(dǎo)體上的電荷分布6.1.3 導(dǎo)體表面曲率對(duì)電荷分布影響6.1.4 靜電平衡時(shí)導(dǎo)體表面附近的場(chǎng)強(qiáng)6.1.5 靜電屏蔽6.1.6 有導(dǎo)體存在時(shí)靜電場(chǎng)的分析與計(jì)算6.2 靜電場(chǎng)中的電介質(zhì)6.2.1 電介質(zhì)極化6.2.2 極化強(qiáng)度6.2.3 電介質(zhì)中的電場(chǎng)強(qiáng)度6.2.4 D矢量及其有電介質(zhì)時(shí)的高斯定理6.3 電容 電容器6.3.1 孤立導(dǎo)體的電容6.3.2 電容器6.3.3 電容器電容的計(jì)算6.3.4 電容器的串聯(lián)與并聯(lián)6.4 靜電場(chǎng)的能量6.4.1 電容器的能量6.4.2 電場(chǎng)能量6.5 壓電體 鐵電體 駐極體6.5.1 壓電體6.5.2 鐵電體6.5.3 駐極體6.6 靜電場(chǎng)習(xí)題分析第七章 真空中的穩(wěn)恒磁場(chǎng)7.1 磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度 磁場(chǎng)的高斯定理7.1.1 電流 電流密度7.1.2 磁感應(yīng)強(qiáng)度7.1.3 磁感應(yīng)線(xiàn) 磁通量 磁場(chǎng)的高斯定理7.2 畢奧-薩伐爾定律7.2.1 畢奧-薩伐爾定律……第八章 磁介質(zhì)中的穩(wěn)恒磁場(chǎng)第九章 變化的磁場(chǎng)與變化的電場(chǎng)

章節(jié)摘錄

　　第一章 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)　　運(yùn)動(dòng)學(xué)不涉及產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的原因，只是描述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量之間的關(guān)系，即位置、速度、加速度之間的關(guān)系，所以運(yùn)動(dòng)學(xué)是物體運(yùn)動(dòng)的幾何關(guān)系?！　?.1 力學(xué)的幾個(gè)基本概念　　物理學(xué)是建立在簡(jiǎn)化模型基礎(chǔ)上的數(shù)學(xué)表達(dá)，怎樣建立物理模型？怎樣用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具來(lái)描述？這是物理學(xué)的重要方法。本節(jié)主要描述物理模型、參照系及其坐標(biāo)、以及矢量三個(gè)問(wèn)題?！　?.1.1 物理模型及其運(yùn)動(dòng)形式　　在力學(xué)中描述物理運(yùn)動(dòng)的主要模型有質(zhì)點(diǎn)和剛體，它們是有明確的含義的。質(zhì)點(diǎn)是不考慮物體大小和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將其看作是一個(gè)有質(zhì)量的幾何點(diǎn)。剛體是在外力的作用下，大小和形狀都保持不變的物體?！　『暧^物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的形式有平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)。平動(dòng)是物體內(nèi)各點(diǎn)具有相同位移、速度和加速度，可以將物體看作為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)是物體繞某一個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在定軸轉(zhuǎn)動(dòng)中，物體上所有的點(diǎn)在作圓周運(yùn)動(dòng)，具有相同的角位移、角速度、角加速度。振動(dòng)是物體在某一平衡位置附近作來(lái)回往返運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)具有周期性。靜止是相對(duì)的，運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的，判斷物體運(yùn)動(dòng)與否，首先要選擇某個(gè)物體作參考?！　?.1.2 參考系及其坐標(biāo)　　任何物體的位置總是以某個(gè)物體為參考而確定的，這個(gè)物體稱(chēng)為參考物或參考系，常用的參考系有：地面參考系、地心參考系、太陽(yáng)參考系、實(shí)驗(yàn)室參考系。　　如圖1-1所示的是太陽(yáng)參考系、地心參考系和地面參考系。牛頓運(yùn)動(dòng)定律在其中能?chē)?yán)格成立的參考系，簡(jiǎn)稱(chēng)慣性系，相對(duì)于慣性系作勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的參考系都是慣性系?！　　?/pre>








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