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(jì)劃》和高等學(xué)校物理學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)物理基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委會(huì)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(guó)內(nèi)理工、農(nóng)醫(yī)科物理教材改革動(dòng)態(tài)和編者多年的教學(xué)實(shí)踐編寫(xiě)而成的。全書(shū)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(dòng)的描述、運(yùn)動(dòng)定律、振動(dòng)與波、熱物理學(xué)、靜電場(chǎng)、穩(wěn)恒磁場(chǎng)、電磁感應(yīng)及電磁場(chǎng)、波動(dòng)光學(xué)、狹義相對(duì)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?？莆锢斫滩?；第二部分(第11章~第20章)為應(yīng)用內(nèi)容，包括流體運(yùn)動(dòng)、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(shū)可以作為各理工類專業(yè)(專科)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(shū)。

書(shū)籍目錄

前言
第1章　運(yùn)動(dòng)的描述
第2章　力學(xué)基本定律
第3章　機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波
第4章　熱物理學(xué)基礎(chǔ)
第5章　靜電場(chǎng)
第6章　穩(wěn)恒磁場(chǎng)
第7章　電磁感應(yīng)和電磁場(chǎng)
第8章　波動(dòng)光學(xué)
第9章　狹義相對(duì)論
第10章　量子物理學(xué)基礎(chǔ)
第11章　流體的運(yùn)動(dòng)
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(yè)：插圖：第1章 運(yùn)動(dòng)的描述自然界的物質(zhì)都處于不停的運(yùn)動(dòng)之中，物質(zhì)有各種不同的運(yùn)動(dòng)形式，包括機(jī)械運(yùn)動(dòng)、分子熱運(yùn)動(dòng)、電磁運(yùn)動(dòng)、原子和原子核運(yùn)動(dòng)等。其中機(jī)械運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)的各種運(yùn)動(dòng)形式中最簡(jiǎn)單、最基本的運(yùn)動(dòng)形式，它是指物體之間（或物體內(nèi)各部分之間）相對(duì)位置的變動(dòng)。例如，車輛的行駛、彈簧的振動(dòng)、機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)、河水的流動(dòng)等，都是我們?nèi)粘Ｖ兴^察到的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。另外，地球繞太陽(yáng)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(dòng)等，也都是機(jī)械運(yùn)動(dòng)。力學(xué)是研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)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(shí)，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(shí)。系統(tǒng)掌握力學(xué)知識(shí)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(dòng)的描述，即單純地用幾何觀點(diǎn)描述物體的位置如何隨時(shí)間變化而在空間的運(yùn)動(dòng)情況，而不涉及物體的質(zhì)量和所受的力，這叫做運(yùn)動(dòng)學(xué)。機(jī)械運(yùn)動(dòng)的基本形式有平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。物體在平動(dòng)過(guò)程中，物體內(nèi)各點(diǎn)都做同樣的運(yùn)動(dòng)，物體上任一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)都可以用來(lái)代表整個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)。所以物體的運(yùn)動(dòng)可用一個(gè)具有該物體質(zhì)量的點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)來(lái)代替。這種不計(jì)物體的形狀和大小而具有該物體全部質(zhì)量的點(diǎn)稱為質(zhì)點(diǎn)。本章主要介紹質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的描述方法。本章主要內(nèi)容為：運(yùn)動(dòng)的描述方法，描述運(yùn)動(dòng)的物理量（位置矢量、位移、速度、加速度），運(yùn)動(dòng)學(xué)的兩類問(wèn)題，圓周運(yùn)動(dòng)，切向加速度，法向加速度，線量與角量的關(guān)系，相對(duì)運(yùn)動(dòng)，剛體運(yùn)動(dòng)的描述等。1.1 運(yùn)動(dòng)的描述方法為了描述物體的運(yùn)動(dòng)，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(dòng)的絕對(duì)性和相對(duì)性星體運(yùn)動(dòng)、江河奔流、車輛行駛、機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)等，宇宙間萬(wàn)物都在永恒不停地運(yùn)動(dòng)著。運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)的存在形式，是物質(zhì)的固有屬性。從這方面來(lái)講，運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的?！办o止”只有相對(duì)的意義。這不僅僅是指哲學(xué)意義上的運(yùn)動(dòng)。即使對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)形式而言，任何物體在任何時(shí)刻都在不停地運(yùn)動(dòng)著。例如，火車、汽車、動(dòng)物在地球上運(yùn)動(dòng)，即使看起來(lái)靜止不動(dòng)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(yáng)公轉(zhuǎn)，而太陽(yáng)系繞銀河系中心以大約250km／s的速率運(yùn)動(dòng)，銀河系也在宇宙中相對(duì)于其他星系以大約600km／s的速率高速地運(yùn)動(dòng)?？傊?，自然界中絕對(duì)不運(yùn)動(dòng)的物體是不存在的，運(yùn)動(dòng)是永恒的。但是，同一物體的運(yùn)動(dòng)，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(guò)，站在地面鐵道邊上的人看起來(lái)，火車在高速地運(yùn)動(dòng)，而該火車車廂里的乘客看來(lái)，火車車廂相對(duì)于自己沒(méi)有運(yùn)動(dòng)，而鐵道邊的人和樹(shù)木等都在向后退。因此，運(yùn)動(dòng)又具有相對(duì)性。物體的運(yùn)動(dòng)，都是在一定的環(huán)境和特定的條件下進(jìn)行的，離開(kāi)一定的環(huán)境和特定的條件談?wù)撨\(yùn)動(dòng)是沒(méi)有任何意義的。1.1.2 參考系運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的，但是對(duì)運(yùn)動(dòng)的描述是相對(duì)的。在觀察一個(gè)物體的位置以及位置的變化時(shí)，必須先指明運(yùn)動(dòng)是相對(duì)于哪個(gè)參考物體而言的，即必須先選定一個(gè)物體作為基準(zhǔn)。這個(gè)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(duì)同一物體的運(yùn)動(dòng)的描述就不同。這就是運(yùn)動(dòng)描述的相對(duì)性。例如，做勻速直線運(yùn)動(dòng)的火車車廂中，一物體自由下落，相對(duì)于車廂，它做自由落體運(yùn)動(dòng)；而在地面上靜止的人看來(lái)，它做拋物線運(yùn)動(dòng)；而從航天飛機(jī)上來(lái)看，其運(yùn)動(dòng)形式更復(fù)雜。從運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度來(lái)看，參考系的選擇是可以任意選擇的，但通常以對(duì)問(wèn)題的研究方便、簡(jiǎn)單為原則。討論地面上物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)（例如研究汽車的運(yùn)動(dòng)），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(shuō)明，研究地面上物體的運(yùn)動(dòng)，都是以地面為參考系。研究人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)，以地球中心為參考系最方便；研究行星的運(yùn)動(dòng)，則以太陽(yáng)為參考系最方便。人們常用的參考系有：太陽(yáng)參考系（太陽(yáng)恒星參考系）、地心參考系（地球行星參考系）、地面參考系（實(shí)驗(yàn)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(gè)物體在各時(shí)刻相對(duì)于參考系的運(yùn)動(dòng)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(dòng)物體的位置就由它在坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值確定。這個(gè)坐標(biāo)系既然與參考系牢固地連接成一體，則物體相對(duì)于坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)，就是相對(duì)于參考系的運(yùn)動(dòng)。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(gè)參考系中，坐標(biāo)系可以任意選擇，但仍以對(duì)問(wèn)題的研究方便、數(shù)學(xué)描述簡(jiǎn)單為原則。1.1.4 物理模型 質(zhì)點(diǎn)實(shí)際物體都有一定的大小、形狀，而且物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以既有平動(dòng)又有轉(zhuǎn)動(dòng)和變形。例如火車的運(yùn)動(dòng)，除了整體沿鐵軌平移外，還有車廂的上下左右晃動(dòng)，車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)等。一般，物體上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況是不同的。任何一個(gè)真實(shí)的物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程都是極其復(fù)雜的。要想對(duì)物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況做出全面的描述是困難的，而且也沒(méi)有必要這么做。我們只能分清主次，逐個(gè)解決。在科學(xué)研究中，為了研究某一過(guò)程中最本質(zhì)、最基本的規(guī)律，常根據(jù)所研究問(wèn)題的性質(zhì)，抓住主要因素，忽略次要因素，對(duì)真實(shí)過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化，然后經(jīng)過(guò)抽象，提出一個(gè)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(wèn)題大為簡(jiǎn)化但又不失其客觀真實(shí)性。當(dāng)我們研究物體在空間的位置時(shí)，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(dòng)時(shí)，同一時(shí)刻物體上各部分運(yùn)動(dòng)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(dòng)的空間范圍小得多（地球繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)等），我們可以忽略那些與整體運(yùn)動(dòng)關(guān)系不大的次要運(yùn)動(dòng)，把物體上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)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(shuō)只考慮其平動(dòng)，物體的運(yùn)動(dòng)就可以用一個(gè)具有該物體全部質(zhì)量的、沒(méi)有形狀和大小的點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)來(lái)代替。這種不計(jì)物體的形狀和大小而具有該物體全部質(zhì)量的點(diǎn)稱為質(zhì)點(diǎn)。質(zhì)點(diǎn)是一種理想化的物理模型，是在一定的環(huán)境和條件下對(duì)實(shí)際物體的一種科學(xué)抽象和簡(jiǎn)化。對(duì)這樣的科學(xué)抽象，可以使所研究的問(wèn)題大大簡(jiǎn)化而不影響主要結(jié)論。能否把一個(gè)物體看做質(zhì)點(diǎn)，不在于物體的絕對(duì)大小，而主要取決于所研究問(wèn)題的性質(zhì)和具體情況。例如，當(dāng)研究地球繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(diǎn)繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)情況可看成基本上是相同的，所以在研究地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)時(shí)，可以不考慮地球的大小和形狀，可把地球當(dāng)做一個(gè)質(zhì)點(diǎn)。但當(dāng)研究地球的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，或者研究地球表面不同地點(diǎn)的潮汐運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，就必須考慮地球的大小和形狀，不能再把它當(dāng)做一個(gè)質(zhì)點(diǎn)了。把物體視為質(zhì)點(diǎn)這種研究方法，在理論上和和實(shí)踐上都具有重要的意義。當(dāng)我們所研究的運(yùn)動(dòng)的物體不能視為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)時(shí)，可以通過(guò)數(shù)學(xué)上的無(wú)窮分割方法，把整個(gè)物體分割成無(wú)窮多個(gè)無(wú)窮小的質(zhì)量元，每一個(gè)質(zhì)量元都可以看成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，一個(gè)實(shí)際的物體就可以看做是由許多乃至于無(wú)窮多個(gè)質(zhì)點(diǎn)組成的系統(tǒng)，這就是質(zhì)點(diǎn)系的概念。當(dāng)把組成這個(gè)物體的所有質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況都弄清楚了，也就描述了整個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)情況。因此，研究質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律也就是研究一般物體更為復(fù)雜運(yùn)動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)。用理想模型的方法來(lái)研究問(wèn)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(diǎn)模型，在后面我們還會(huì)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(gè)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(shí)際，還要通過(guò)實(shí)踐來(lái)檢驗(yàn)?？傊?，要描述物體的運(yùn)動(dòng)，我們需要：①選擇合適的參考系，以方便確定物體的運(yùn)動(dòng)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(dòng)；③提出適當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ停源_定研究對(duì)象在特定情況下的最基本的運(yùn)動(dòng)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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