應(yīng)用物理學(xué)

內(nèi)容概要

　　《應(yīng)用物理學(xué)》是根據(jù)教育部《高等教育教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革計劃》和高等學(xué)校物理學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會物理基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委會編制的《理工科類大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求(2008版)》的基本精神，并結(jié)合國內(nèi)理工、農(nóng)醫(yī)科物理教材改革動態(tài)和編者多年的教學(xué)實踐編寫而成的。全書內(nèi)容可以分為兩部分。第一部分(第1章~第10章)為基礎(chǔ)內(nèi)容，包括運(yùn)動的描述、運(yùn)動定律、振動與波、熱物理學(xué)、靜電場、穩(wěn)恒磁場、電磁感應(yīng)及電磁場、波動光學(xué)、狹義相對論和量子物理學(xué)等內(nèi)容，這一部分內(nèi)容自成體系，可以作為各理工類專科物理教材；第二部分(第11章~第20章)為應(yīng)用內(nèi)容，包括流體運(yùn)動、物體的彈性、直流電路、交流電路、幾何光學(xué)、光譜光度學(xué)、激光、X射線、核放射和核磁共振等，可作為農(nóng)、林、畜牧、醫(yī)類專業(yè)的物理課的教學(xué)內(nèi)容。
　　本書可以作為各理工類專業(yè)(?？?和農(nóng)、林、畜牧、醫(yī)類各專業(yè)的物理教材，也可作為一般讀者了解基礎(chǔ)物理理論與工程技術(shù)中的應(yīng)用物理內(nèi)容的參考書。

書籍目錄

前言
第1章　運(yùn)動的描述
第2章　力學(xué)基本定律
第3章　機(jī)械振動和機(jī)械波
第4章　熱物理學(xué)基礎(chǔ)
第5章　靜電場
第6章　穩(wěn)恒磁場
第7章　電磁感應(yīng)和電磁場
第8章　波動光學(xué)
第9章　狹義相對論
第10章　量子物理學(xué)基礎(chǔ)
第11章　流體的運(yùn)動
第12章　物體的彈性
第13章　直流電路
第14章　交流電路
第15章　幾何光學(xué)
第16章　光譜光度學(xué)基礎(chǔ)
第17章　激光
第18章　X射線
第19章　原子核與放射性
第20章　核磁共振
習(xí)題答案

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：第1章 運(yùn)動的描述自然界的物質(zhì)都處于不停的運(yùn)動之中，物質(zhì)有各種不同的運(yùn)動形式，包括機(jī)械運(yùn)動、分子熱運(yùn)動、電磁運(yùn)動、原子和原子核運(yùn)動等。其中機(jī)械運(yùn)動是物質(zhì)的各種運(yùn)動形式中最簡單、最基本的運(yùn)動形式，它是指物體之間（或物體內(nèi)各部分之間）相對位置的變動。例如，車輛的行駛、彈簧的振動、機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)、河水的流動等，都是我們?nèi)粘Ｖ兴^察到的機(jī)械運(yùn)動。另外，地球繞太陽的運(yùn)轉(zhuǎn)、人造衛(wèi)星繞地球的運(yùn)轉(zhuǎn)、火箭噴出的氣體的運(yùn)動等，也都是機(jī)械運(yùn)動。力學(xué)是研究物體機(jī)械運(yùn)動規(guī)律的學(xué)科。力學(xué)是一切工程技術(shù)的基礎(chǔ)理論知識，如機(jī)械制造、土木建筑、水利設(shè)施、電子技術(shù)、信息技術(shù)等工程技術(shù)領(lǐng)域都需要用到力學(xué)知識。系統(tǒng)掌握力學(xué)知識可以為進(jìn)一步學(xué)習(xí)相關(guān)后續(xù)課程打下基礎(chǔ)。研究力學(xué)，通常是先研究運(yùn)動的描述，即單純地用幾何觀點描述物體的位置如何隨時間變化而在空間的運(yùn)動情況，而不涉及物體的質(zhì)量和所受的力，這叫做運(yùn)動學(xué)。機(jī)械運(yùn)動的基本形式有平動和轉(zhuǎn)動。物體在平動過程中，物體內(nèi)各點都做同樣的運(yùn)動，物體上任一點的運(yùn)動都可以用來代表整個物體的運(yùn)動。所以物體的運(yùn)動可用一個具有該物體質(zhì)量的點的運(yùn)動來代替。這種不計物體的形狀和大小而具有該物體全部質(zhì)量的點稱為質(zhì)點。本章主要介紹質(zhì)點運(yùn)動的描述方法。本章主要內(nèi)容為：運(yùn)動的描述方法，描述運(yùn)動的物理量（位置矢量、位移、速度、加速度），運(yùn)動學(xué)的兩類問題，圓周運(yùn)動，切向加速度，法向加速度，線量與角量的關(guān)系，相對運(yùn)動，剛體運(yùn)動的描述等。1.1 運(yùn)動的描述方法為了描述物體的運(yùn)動，必須選擇參考系，建立坐標(biāo)系，提出物理模型。1.1.1 運(yùn)動的絕對性和相對性星體運(yùn)動、江河奔流、車輛行駛、機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)等，宇宙間萬物都在永恒不停地運(yùn)動著。運(yùn)動是物質(zhì)的存在形式，是物質(zhì)的固有屬性。從這方面來講，運(yùn)動是絕對的?！办o止”只有相對的意義。這不僅僅是指哲學(xué)意義上的運(yùn)動。即使對機(jī)械運(yùn)動形式而言，任何物體在任何時刻都在不停地運(yùn)動著。例如，火車、汽車、動物在地球上運(yùn)動，即使看起來靜止不動的高山峻嶺、高樓大廈，也在晝夜不停地隨著地球一起自轉(zhuǎn)和繞太陽公轉(zhuǎn)，而太陽系繞銀河系中心以大約250km／s的速率運(yùn)動，銀河系也在宇宙中相對于其他星系以大約600km／s的速率高速地運(yùn)動?？傊?，自然界中絕對不運(yùn)動的物體是不存在的，運(yùn)動是永恒的。但是，同一物體的運(yùn)動，從不同的角度看可以得出完全不同的結(jié)論。例如，火車在遼闊的田野疾馳而過，站在地面鐵道邊上的人看起來，火車在高速地運(yùn)動，而該火車車廂里的乘客看來，火車車廂相對于自己沒有運(yùn)動，而鐵道邊的人和樹木等都在向后退。因此，運(yùn)動又具有相對性。物體的運(yùn)動，都是在一定的環(huán)境和特定的條件下進(jìn)行的，離開一定的環(huán)境和特定的條件談?wù)撨\(yùn)動是沒有任何意義的。1.1.2 參考系運(yùn)動是絕對的，但是對運(yùn)動的描述是相對的。在觀察一個物體的位置以及位置的變化時，必須先指明運(yùn)動是相對于哪個參考物體而言的，即必須先選定一個物體作為基準(zhǔn)。這個被選作參考、作為基準(zhǔn)的物體就叫做參考系。所選參考系不同，對同一物體的運(yùn)動的描述就不同。這就是運(yùn)動描述的相對性。例如，做勻速直線運(yùn)動的火車車廂中，一物體自由下落，相對于車廂，它做自由落體運(yùn)動；而在地面上靜止的人看來，它做拋物線運(yùn)動；而從航天飛機(jī)上來看，其運(yùn)動形式更復(fù)雜。從運(yùn)動學(xué)的角度來看，參考系的選擇是可以任意選擇的，但通常以對問題的研究方便、簡單為原則。討論地面上物體的運(yùn)動時（例如研究汽車的運(yùn)動），大多數(shù)情況下選地球表面（地面）為參考系最為方便。以后如果不做特別說明，研究地面上物體的運(yùn)動，都是以地面為參考系。研究人造衛(wèi)星的運(yùn)動，以地球中心為參考系最方便；研究行星的運(yùn)動，則以太陽為參考系最方便。人們常用的參考系有：太陽參考系（太陽恒星參考系）、地心參考系（地球行星參考系）、地面參考系（實驗室參考系）和質(zhì)心參考系等。1.1.3 坐標(biāo)系選定參考系后，為了定量描述一個物體在各時刻相對于參考系的運(yùn)動規(guī)律，還需要建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系，固定在被選作參考的物體上。運(yùn)動物體的位置就由它在坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值確定。這個坐標(biāo)系既然與參考系牢固地連接成一體，則物體相對于坐標(biāo)系的運(yùn)動，就是相對于參考系的運(yùn)動。在力學(xué)中，通常采用直角坐標(biāo)系，也可根據(jù)需要選用平面極坐標(biāo)系、自然坐標(biāo)系、球坐標(biāo)系或柱坐標(biāo)系等。在同一個參考系中，坐標(biāo)系可以任意選擇，但仍以對問題的研究方便、數(shù)學(xué)描述簡單為原則。1.1.4 物理模型 質(zhì)點實際物體都有一定的大小、形狀，而且物體運(yùn)動時，可以既有平動又有轉(zhuǎn)動和變形。例如火車的運(yùn)動，除了整體沿鐵軌平移外，還有車廂的上下左右晃動，車輪的轉(zhuǎn)動等。一般，物體上各點的運(yùn)動情況是不同的。任何一個真實的物體運(yùn)動過程都是極其復(fù)雜的。要想對物體的實際運(yùn)動情況做出全面的描述是困難的，而且也沒有必要這么做。我們只能分清主次，逐個解決。在科學(xué)研究中，為了研究某一過程中最本質(zhì)、最基本的規(guī)律，常根據(jù)所研究問題的性質(zhì)，抓住主要因素，忽略次要因素，對真實過程進(jìn)行簡化，然后經(jīng)過抽象，提出一個可供數(shù)學(xué)描述的理想化的物理模型。這是經(jīng)常采用的一種科學(xué)思維方法。這樣做，可以使問題大為簡化但又不失其客觀真實性。當(dāng)我們研究物體在空間的位置時，如果我們只研究物體整體的平移規(guī)律（例如火車沿鐵軌的整體平移規(guī)律，炮彈的空間軌道）；或者物體做平動時，同一時刻物體上各部分運(yùn)動情況（軌跡、速度、加速度）完全相同；或者物體的線度比它運(yùn)動的空間范圍小得多（地球繞太陽的公轉(zhuǎn)等），我們可以忽略那些與整體運(yùn)動關(guān)系不大的次要運(yùn)動，把物體上各點的運(yùn)動都看成完全一樣，這樣我們就可以不用考慮物體的形狀和大小，或者說只考慮其平動，物體的運(yùn)動就可以用一個具有該物體全部質(zhì)量的、沒有形狀和大小的點的運(yùn)動來代替。這種不計物體的形狀和大小而具有該物體全部質(zhì)量的點稱為質(zhì)點。質(zhì)點是一種理想化的物理模型，是在一定的環(huán)境和條件下對實際物體的一種科學(xué)抽象和簡化。對這樣的科學(xué)抽象，可以使所研究的問題大大簡化而不影響主要結(jié)論。能否把一個物體看做質(zhì)點，不在于物體的絕對大小，而主要取決于所研究問題的性質(zhì)和具體情況。例如，當(dāng)研究地球繞太陽的公轉(zhuǎn)運(yùn)動時，由于地球的半徑（約為6.4×106 m）遠(yuǎn)小于地球公轉(zhuǎn)的軌道半徑（約為1.5×1011 m），故地球上各點繞太陽的運(yùn)動情況可看成基本上是相同的，所以在研究地球繞太陽公轉(zhuǎn)時，可以不考慮地球的大小和形狀，可把地球當(dāng)做一個質(zhì)點。但當(dāng)研究地球的自轉(zhuǎn)運(yùn)動時，或者研究地球表面不同地點的潮汐運(yùn)動規(guī)律時，就必須考慮地球的大小和形狀，不能再把它當(dāng)做一個質(zhì)點了。把物體視為質(zhì)點這種研究方法，在理論上和和實踐上都具有重要的意義。當(dāng)我們所研究的運(yùn)動的物體不能視為一個質(zhì)點時，可以通過數(shù)學(xué)上的無窮分割方法，把整個物體分割成無窮多個無窮小的質(zhì)量元，每一個質(zhì)量元都可以看成一個質(zhì)點，一個實際的物體就可以看做是由許多乃至于無窮多個質(zhì)點組成的系統(tǒng)，這就是質(zhì)點系的概念。當(dāng)把組成這個物體的所有質(zhì)點的運(yùn)動情況都弄清楚了，也就描述了整個物體的運(yùn)動情況。因此，研究質(zhì)點的運(yùn)動規(guī)律也就是研究一般物體更為復(fù)雜運(yùn)動規(guī)律的基礎(chǔ)。用理想模型的方法來研究問題是一種常用的科學(xué)研究方法，這種方法在物理學(xué)中經(jīng)常遇到。除了質(zhì)點模型，在后面我們還會遇到剛體、彈簧振子、理想氣體等許多理想化的物理模型。但應(yīng)注意，任何一個理想模型都有其適用條件，在一定條件下，它能否反映客觀實際，還要通過實踐來檢驗?？傊?，要描述物體的運(yùn)動，我們需要：①選擇合適的參考系，以方便確定物體的運(yùn)動性質(zhì)；②在參考系上建立恰當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系，以定量描述物體的運(yùn)動；③提出適當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ?，以確定研究對象在特定情況下的最基本的運(yùn)動規(guī)律。

編輯推薦

《普通高等教育"十二五"規(guī)劃教材:應(yīng)用物理學(xué)》由科學(xué)出版社出版。

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