大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)

前言

　　物理學(xué)是整個自然科學(xué)的基礎(chǔ)，是人類認(rèn)識自然、改造自然和推動社會進(jìn)步的動力和源泉，物理學(xué)理論及其所創(chuàng)立的世界觀和方法論在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)等方面起著極為重要的作用。因此，“大學(xué)物理學(xué)”是高等院校一門必修的公共基礎(chǔ)課。　　本書是為高等院校農(nóng)林、生命類各專業(yè)開設(shè)的大學(xué)物理公共基礎(chǔ)課所編寫的教材，編寫計劃學(xué)時為70～100學(xué)時。同時，教材具有一定的伸縮性，若在教學(xué)實(shí)際中根據(jù)具體教學(xué)計劃在內(nèi)容上進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，可以滿足各專業(yè)不同學(xué)時的教學(xué)需要?！　”緯瞧胀ǜ叩葘W(xué)?！笆晃濉眹壹壱?guī)劃教材，也是廣東省高等教育教學(xué)改革工程項(xiàng)目“高等農(nóng)林院校物理課程教學(xué)內(nèi)容整體優(yōu)化的研究與實(shí)踐”的研究成果之一。　　21世紀(jì)科技發(fā)展的基本特征是交叉與融合，在這方面，物理學(xué)與農(nóng)林科技和生命科學(xué)的結(jié)合堪稱典范。過去，農(nóng)林科技和生命科學(xué)曾得益于物理學(xué)概念、方法和技術(shù)的引入而獲得長足的發(fā)展。在21世紀(jì)，物理學(xué)與現(xiàn)代農(nóng)林科技和生命科學(xué)的關(guān)系將更加密切。物理學(xué)不僅將以超聲、遙感、激光、X射線衍射、電子顯微鏡、核磁共振等高新技術(shù)來支撐和促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)林科技和生命科學(xué)的高速發(fā)展，還將以主力軍的身份參與解決生物節(jié)律、細(xì)胞通訊和生命起源等重大生命科學(xué)的難題?？梢哉f，物理學(xué)原理、技術(shù)與方法的滲透與融合是現(xiàn)代農(nóng)林科技和生命科學(xué)發(fā)展的動力和源泉。這種狀況表明，現(xiàn)代農(nóng)林和生命科學(xué)工作者必須具備寬厚的物理學(xué)知識，物理素質(zhì)將成為其科學(xué)素質(zhì)的極為重要的組成部分?！　∪欢?，長期以來，在我國高等院校農(nóng)林科技和生命科學(xué)人才培養(yǎng)中，對物理課程教學(xué)不夠重視，導(dǎo)致了我國大多數(shù)農(nóng)林科技和生命科學(xué)工作者的物理素質(zhì)不高，研究水平較低，許多關(guān)鍵技術(shù)在國外率先取得突破就是明證。造成這種局面的原因是多方面的，其中一個原因就是缺乏既能保持物理學(xué)精華，又能充分結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)林科技和生命科學(xué)，同時能反映現(xiàn)代科技發(fā)展的具有鮮明特色的物理教學(xué)內(nèi)容體系。

內(nèi)容概要

　　《普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材：大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)》是為高等院校農(nóng)林、生命類各專業(yè)開設(shè)的“大學(xué)物理學(xué)”公共基礎(chǔ)課所編寫的教材，是“十一五”國家級規(guī)劃教材，編寫計劃學(xué)時為70～100學(xué)時。包括連續(xù)體力學(xué)、分子動理論、熱力學(xué)、靜電場、恒定電流、穩(wěn)恒磁場、電磁感應(yīng)與電磁場、振動與波動、波動光學(xué)和量子力學(xué)基礎(chǔ)共十章內(nèi)容?！镀胀ǜ叩冉逃笆晃濉眹壹壱?guī)劃教材：大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)》在較系統(tǒng)地闡述物理學(xué)基礎(chǔ)理論的同時，介紹了物理學(xué)的新思想、新方法和新技術(shù)，討論了與之密切相關(guān)的農(nóng)林科技和生命科學(xué)中的一系列熱點(diǎn)問題，并在教材中力求充分體現(xiàn)物理學(xué)的人文特征。
　　《普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材：大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)》可作為高等院校農(nóng)林、生命類各專業(yè)的公共基礎(chǔ)課“大學(xué)物理學(xué)”
課程教材或教學(xué)參考書，對農(nóng)林和生命科學(xué)工作者也有參考價值。

書籍目錄

緒論
第一章 連續(xù)體力學(xué)
§1.1 固體的彈性
1.1.1 固體的結(jié)構(gòu)
1.1.2 應(yīng)變與應(yīng)力
1.1.3 固體的拉伸與壓縮
1.1.4 生物材料的應(yīng)變－應(yīng)力關(guān)系
1.1.5 桿的彎曲
1.1.6 材料的臨界長度
§1.2 靜止液體的力學(xué)性質(zhì)
1.2.1 液體的壓強(qiáng)
1.2.2 液體的表面張力
1.2.3 拉普拉斯公式
1.2.4 毛細(xì)現(xiàn)象
1.2.5 植物的水分運(yùn)輸
§1.3 理想流體的流動
1.3.1 理想流體的定常流動
1.3.2 連續(xù)性原理
1.3.3 伯努利方程
1.3.4 伯努利方程的應(yīng)用
§1.4 黏滯流體的流動
1.4.1 牛頓黏滯定律 超流性
1.4.2 泊肅葉公式及其應(yīng)用
1.4.3 斯托克斯公式及其應(yīng)用
1.4.4 雷諾數(shù)和流體相似率
參考文獻(xiàn)
思考題
練習(xí)題
第二章 氣體動理論
§2.1 氣體的微觀圖像
2.1.1 原子與分子
2.1.2 分子數(shù)密度和分子線度
2.1.3 分子力
2.1.4 分子的熱運(yùn)動
2.1.5 對布朗運(yùn)動的進(jìn)一步討論
§2.2 理想氣體的壓強(qiáng)和溫度
2.2.1 理想氣體的分子模型與統(tǒng)計假設(shè)
2.2.2 理想氣體的壓強(qiáng)
2.2.3 理想氣體的溫度
2.2.4 氣體分子的方均根速率
§2.3 實(shí)際氣體的物態(tài)方程
2.3.1 實(shí)際氣體的等溫線
2.3.2 范德瓦耳斯方程
2.3.3 昂內(nèi)斯方程
§2.4 氣體分子速率分布規(guī)律
2.4.1 麥克斯韋速率分布規(guī)律
2.4.2 氣體分子速率的三種統(tǒng)計值
2.4.3 麥克斯韋速率分布規(guī)律的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
§2.5 玻耳茲曼分布律
2.5.1 玻耳茲曼分布律
2.5.2 重力場中分子數(shù)按高度的分布
2.5.3 對大氣分子的討論
§2.6 能量按自由度均分定理
2.6.1 自由度的概念
2.6.2 分子自由度的確定
2.6.3 能量按自由度均分定理
2.6.4 理想氣體的內(nèi)能
§2.7 氣體分子的擴(kuò)散與熱傳導(dǎo)
2.7.1 菲克擴(kuò)散定律
2.7.2 植物葉片的氣孔擴(kuò)散
2.7.3 傅里葉熱傳導(dǎo)定律
2.7.4 農(nóng)業(yè)和生物學(xué)中的熱傳導(dǎo)
參考文獻(xiàn)
思考題
練習(xí)題
第三章 熱力學(xué)
§3.1 熱力學(xué)的基本概念
3.1.1 系統(tǒng)
3.1.2 平衡態(tài)與狀態(tài)參量
3.1.3 準(zhǔn)靜態(tài)過程與可逆過程
3.1.4 內(nèi)能、功與熱量
3.1.5 熱容
§3.2 熱力學(xué)第一定律
3.2.1 熱力學(xué)第一定律
3.2.2 理想氣體的熱功轉(zhuǎn)換
3.2.3 干熱風(fēng)的形成及其對農(nóng)業(yè)的危害
§3.3 熱力學(xué)第二定律
3.3.1 循環(huán)過程
3.3.2 卡諾循環(huán)
3.3.3 熱力學(xué)第二定律
3.3.4 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義
3.3.5 熱力學(xué)第二定律的生物學(xué)意義
3.3.6 熱力學(xué)第二定律的詰難
§3.4 熵
3.4.1 卡諾定理
3.4.2 熵與熵增加原理
3.4.3 熵的微觀本質(zhì)
3.4.4 熵的計算
3.4.5 熵與生命
參考文獻(xiàn)
思考題
第四章 靜電場
§4.1 電荷與庫侖定律
4.1.1 電荷
4.1.2 庫侖定律
§4.2 電場強(qiáng)度
4.2.1 靜電場
4.2.2 電場強(qiáng)度
4.2.3 電場強(qiáng)度的汁算
§4.3 靜電場的高斯定理
4.3.1 電通量
4.3.2 高斯定理
4.3.3 高斯定理的應(yīng)川
§4.4 電勢
4.4.1 電勢能與靜電場的環(huán)路定理
4.4.2 電勢
4.4.3 電場強(qiáng)度與電勢的微分關(guān)系
§4.5 靜電場對導(dǎo)體和電介質(zhì)的作用
4.5.1 靜電場對電荷的作用電泳
4.5.2 靜電場對導(dǎo)體的作用尖端放電
4.5.3 靜電場對電介質(zhì)的作用
4.5.4 電介質(zhì)中的高斯定理
4.5.5 電介質(zhì)電泳
§4.6 電容器與電場的能量
4.6.1 電容器的電容
4.6.2 電容器的能量
4.6.3 電場的能量
4.6.4 細(xì)胞電容
參考文獻(xiàn)
思考題
練習(xí)題
第五章 恒定電流
第六章 穩(wěn)恒磁場
第七章 電磁感應(yīng)與電磁場
第八章 振動與波動參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   化學(xué)電池是產(chǎn)生最早、應(yīng)用最廣的電源，現(xiàn)在它已發(fā)展成為包括蓄電池、干電池、鈕扣電池、燃料電池等在內(nèi)的龐大家族。作為一個例了，這里介紹結(jié)構(gòu)和原理較為簡單的丹聶耳電池（Daniell cell），從中可以了解到非靜電力的來源及電動勢的建立方法，其他各種化學(xué)電池的原理與其基本相同。 丹聶耳電池的結(jié)構(gòu)如圖5—12所示。一塊銅板和一塊鋅板分別浸在硫酸銅溶液和硫酸鋅溶液中。P為一個多孔隔板，其作用是使兩種溶液不易摻混，但帶電離子Cu2+、Zn2+和SO2—可以自由通過。在溶液中，由于化學(xué)反應(yīng)的作用，使得鋅板上的zn抖溶解到溶液之中，這可等價地認(rèn)為是某種非靜電源的“化學(xué)力”將鋅板上的Zn2+拉入到溶液之中。這樣，鋅板因缺少正電荷而帶上了負(fù)電荷。鋅板上的負(fù)電荷會吸引溶液中的正電荷，從而在鋅板和溶液之間形成電偶層。電偶層的電場力方向從溶液指向板內(nèi)（即從B1指向B），它阻止了鋅板上的Zn2+繼續(xù)進(jìn)入溶液。開始時，隨著溶解的進(jìn)行，電偶層上的正、負(fù)電荷逐漸增加，電偶層的電場逐漸增強(qiáng)。當(dāng)電偶層的電場增強(qiáng)到一定數(shù)值時，溶解將完全停止，電偶層的電勢差VWB達(dá)到一個穩(wěn)定值。 在銅板處，由于銅的化學(xué)性質(zhì)與鋅不同，化學(xué)作用使得溶液中的Cu2+沉積在銅板上，而溶液中的SO2—則聚集在銅板的周圍，也形成了一個電偶層，最終在銅板處會產(chǎn)生一個穩(wěn)定的電勢差VAA。 在丹聶耳電池中，鋅板處的溶解和銅板處的沉積這兩種化學(xué)作用構(gòu)成了非解電力的來源，銅板和鋅板分別構(gòu)成了電源的兩個極板。這時，雖然P板兩側(cè)的溶液之間也存在著電勢差，但數(shù)值較小，可以忽略。因此，兩極板之間的電動勢（即電勢差）可近似表示為當(dāng)用導(dǎo)線將兩個極板連接起來時，如圖5—13所示，鋅板上的負(fù)電荷將在電場力的作用下通過導(dǎo)線流向銅板，與銅板上的正電荷中和，造成鋅板上負(fù)電荷減少，B'B間的電偶層被削弱，原來的平衡被打破。這時，化學(xué)作用將使鋅板上的Zn2+繼續(xù)溶解，達(dá)到新的平衡，使VB'B維持不變。同樣，在銅板處，銅板上的正電荷不斷被流來的負(fù)電荷中和，造成AA'間的電偶層減弱。這時，化學(xué)作用會使CuSO4溶液中的Cu2+不斷沉積到銅板上去，使VAA+維持不變。在溶液中，由于Zn2+和Cu2+的不斷溶解和沉積，使得鋅板附近溶液中正離子較多，而銅板附近溶液中較少，岡而在溶液中存在一個電場。在這個電場的作用下，溶液中的負(fù)電荷會從銅板處經(jīng)P板流向鋅板，從而形成了一個閉合的通路，使電流得以持續(xù)下去。

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