物理學(xué)（上冊(cè)）

前言

　　本書是普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材。本書作為第五版，是在嚴(yán)導(dǎo)淦主編《物理學(xué)》（第四版）教材（以下簡(jiǎn)稱“第四版”）的基礎(chǔ)上，參照現(xiàn)行的《理工科類大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求》（以下簡(jiǎn)稱《基本要求》），根據(jù)當(dāng)前各校物理課程教學(xué)需要，修訂而成的?！　‘?dāng)前隨著我國(guó)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的跨越式發(fā)展，為了向知識(shí)社會(huì)轉(zhuǎn)型，大學(xué)的辦學(xué)目標(biāo)在兼顧通識(shí)教育和專業(yè)教育的同時(shí)，重在傳承知識(shí)和鼓勵(lì)創(chuàng)新?！　≌鐒?mèng)溪先生在《中國(guó)現(xiàn)代學(xué)術(shù)要略》一文中精辟地指出：“彌久不變和與時(shí)俱新是經(jīng)典的兩個(gè)方面的品格?！睘榇吮緯诒３值谒陌骟w系和內(nèi)容的同時(shí)，著重闡述經(jīng)典物理學(xué)部分的基本知識(shí)、基本概念、基本原理和基本定律，并以相互作用和能量轉(zhuǎn)化為主線引述物理學(xué)的一些思想方法；適當(dāng)聯(lián)系一些生活和生產(chǎn)實(shí)際；進(jìn)而擷取近代物理學(xué)的一些新成就及其在科學(xué)技術(shù)上的應(yīng)用，冀求對(duì)提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)有所裨益。　　本書對(duì)《基本要求》中的A類內(nèi)容，特別是重點(diǎn)章節(jié)和疑難之處，作重墨縷述；對(duì)B類內(nèi)容，則按需選述。例如，在力學(xué)板塊中補(bǔ)寫了彈性體、廣義相對(duì)論等；在電磁學(xué)（含波動(dòng)光學(xué)）板塊中增添了幾何光學(xué)一章，把它作為波動(dòng)光學(xué)的前奏，即把幾何光學(xué)看做是波動(dòng)光學(xué)中衍射現(xiàn)象不顯著的一種射線光學(xué)?！　”緯跀⑹錾狭η箝_門見山，長(zhǎng)驅(qū)直入，直擊主題，深入淺出，盡可能避免繁文縟節(jié)，與此同時(shí)，行文力求簡(jiǎn)明易懂，通順流暢。定理的演證在不違背嚴(yán)謹(jǐn)性的前提下作了一些簡(jiǎn)化，例如，剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)定律、有電介質(zhì)時(shí)高斯定理和有磁介質(zhì)時(shí)安培環(huán)路定理等的推證就是這樣做的?！　〖橙?guó)外有些同類教材的做法，本書在每章正文開始之前首先出臺(tái)一個(gè)與本章內(nèi)容有關(guān)的“自測(cè)題”或“科技小品”，題材豐富多樣，旨在引發(fā)讀者的多維思考和開拓科學(xué)視野?！　∨c第四版一樣，在正文有關(guān)章節(jié)中穿插一些思考性的問題，有助于讀者邊學(xué)邊消化有關(guān)內(nèi)容。至于各章習(xí)題，皆集中匯列于每章之末，題型有填充題、選擇題、計(jì)算題（附有答案）和求證題，題量較多，難易適中，布設(shè)有序，有助于師生在教學(xué)中選用?！　×硗?，與本書配套的教學(xué)用書《物理學(xué)（第五版）閱讀與解題指導(dǎo)》和《物理學(xué)（第五版）電子教案》將與本書同步出版，供使用本書的師生在教學(xué)中參考之用。

內(nèi)容概要

本書作為普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，適用于全日制普通高等院校大學(xué)物理課程（100～110學(xué)時(shí)）的教學(xué)，亦可作為函授院校、夜大學(xué)、網(wǎng)絡(luò)學(xué)院、高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院以及高等教育自學(xué)考試的教學(xué)和教學(xué)參考書。 本書是在嚴(yán)導(dǎo)淦主編《物理學(xué)》（第四版）的基礎(chǔ)上，參照現(xiàn)行的《理工科類大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求》，結(jié)合當(dāng)前大學(xué)物理課程的教學(xué)實(shí)況修訂而成的第五版?！　⌒抻喓蟮牡谖灏妫趦?nèi)容和論述上更簡(jiǎn)明易懂，便于教學(xué)，以適應(yīng)廣大師生的教學(xué)需求。 　　全書共18章，分為上、下兩冊(cè)。上冊(cè)主要內(nèi)容為力學(xué)的物理基礎(chǔ)、機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波、相對(duì)論、熱力學(xué)和氣體動(dòng)理論；下冊(cè)主要內(nèi)容為電磁學(xué)、光學(xué)、量子物理簡(jiǎn)介。本書為上冊(cè)。 　　與本書配套的《物理學(xué)（第五版）閱讀與解題指導(dǎo)》和《物理學(xué)（第五版 ）電子教案》亦將與本書同步出版。

書籍目錄

第0章  引言  0.1  物理學(xué)  0.2  物理量    0.2.1  標(biāo)量和矢量    0.2.2  物理量的基準(zhǔn)單位  0.3  法定計(jì)量單位  量綱    0.3.1  法定計(jì)量單位    0.3.2  在本書申使用法定計(jì)量單位的方法和具體要求    0.3.3  量綱第1章  質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)  1.1  參考系和坐標(biāo)系  位矢  位移和路程    1.1.1  參考系    1.1.2  坐標(biāo)系  尺和時(shí)鐘    1.1.3  位矢    1.1.4  運(yùn)動(dòng)函數(shù)  軌道    1.1.5  位移和路程  1.2  速度  相對(duì)運(yùn)動(dòng)    1.2.1  速度  速率    1.2.2  相對(duì)運(yùn)動(dòng)  1.3  變速運(yùn)動(dòng)  加速度  1.4  直線運(yùn)動(dòng)  1.5  拋體運(yùn)動(dòng)  1.6  圓周運(yùn)動(dòng)    1.6.1  圓周運(yùn)動(dòng)的角量描述    1.6.2  自然坐標(biāo)系  變速圓周運(yùn)動(dòng)    1.6.3  圓周運(yùn)動(dòng)中角量與線量的關(guān)系    習(xí)題第2章  質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)的基本定律  2.1  牛頓定律    2.1.1  牛頓第一定律    2.1.2  牛頓第二定律    2.1.3  牛頓第三定律  2.2  力學(xué)中常見的力  示力圖    2.2.1    有引力  引力場(chǎng)    2.2.2  重力場(chǎng)  重力    2.2.3  彈性力    2.2.4  摩擦力    2.2.5    種基本的自然力  2.3  牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用示例  2.4  非慣性系  慣性力    習(xí)題第3章  力學(xué)中的守恒定律  3.1  功  功率  3.2  動(dòng)能  質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能定理  3.3  系統(tǒng)  系統(tǒng)的動(dòng)能定理    3.3.1  系統(tǒng)    3.3.2  系統(tǒng)內(nèi)力的功    3.3.3  系統(tǒng)的動(dòng)能定理  3.4  保守力的功  系統(tǒng)的勢(shì)能    3.4.1  重力的功    3.4.2  彈性力的功    3.4.3  77有引力的功    3.4.4  保守力和非保守力    3.4.5  勢(shì)能  3.5  系統(tǒng)的功能原理  機(jī)械能守恒定律  能量守恒定律    3.5.1  系統(tǒng)的功能原理    3.5.2  機(jī)械能守恒定律    3.5.3  應(yīng)用功、能關(guān)系求解動(dòng)力學(xué)問題的方法和步驟    3.5.4  能量守恒定律  3.6  沖量與動(dòng)量  質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量定理  3.7  系統(tǒng)的動(dòng)量定理  動(dòng)量守恒定律  碰撞    3.7.1  系統(tǒng)的動(dòng)量定理    3.7.2  系統(tǒng)的動(dòng)量守恒定律    3.7.3  碰撞　3.8  質(zhì)心  質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理    3.8.1  系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程  ……第4章  剛體力學(xué)基礎(chǔ)  彈性體簡(jiǎn)介第5章  機(jī)械振動(dòng)第6章  機(jī)械波第7章  相對(duì)論簡(jiǎn)介第8章  熱力學(xué)基礎(chǔ)第9章  氣體動(dòng)理論附錄

章節(jié)摘錄

　　浩瀚的宇宙充溢著或隱或現(xiàn)的各種形態(tài)的物質(zhì)，它們都是不依賴人們的主觀意識(shí)而客觀存在著的?！　∥镔|(zhì)世界中色彩繽紛的自然景象和萬物變遷，都是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的種種表現(xiàn)，它們都是在相互聯(lián)系和相互作用下通過能量的交換和傳遞而形成的。因而，物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)、相互作用和能量乃是人們認(rèn)知自然界的基本觀點(diǎn)?！　∥锢韺W(xué)研究不同層次的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的最基本、最普遍的運(yùn)動(dòng)形式及其規(guī)律。自然界中的許多現(xiàn)象，如江河奔騰、風(fēng)吹草動(dòng)、天寒地凍、生物消長(zhǎng)等等，似乎與物理學(xué)無關(guān)；但是，現(xiàn)在人們知道，從天體到原子以及細(xì)胞①的廣闊領(lǐng)域內(nèi)，無不與物理學(xué)所研究的各種運(yùn)動(dòng)——機(jī)械運(yùn)動(dòng)、分子熱運(yùn)動(dòng)、電磁運(yùn)動(dòng)和原子及其內(nèi)部粒子的運(yùn)動(dòng)等有著千絲萬縷的聯(lián)系?！　∫虼?，物理學(xué)作為一門自然科學(xué)，它是化學(xué)、生物學(xué)等其他自然科學(xué)和一切工程技術(shù)學(xué)科的重要基礎(chǔ)。　　在19世紀(jì)末，物理學(xué)已發(fā)展成由力學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)這六大板塊所組成的基礎(chǔ)科學(xué)。當(dāng)時(shí)，人們認(rèn)為物理學(xué)的“大廈”業(yè)已建成。　　進(jìn)入20世紀(jì)以后，由于原有的理論無法解釋熱輻射實(shí)驗(yàn)和邁克耳孫一莫雷實(shí)驗(yàn)，從而引起了物理學(xué)界的關(guān)注和困惑，觸發(fā)了20世紀(jì)物理領(lǐng)域內(nèi)一場(chǎng)激動(dòng)人心的革命，終于創(chuàng)建了近代物理學(xué)的兩大理論支柱——相對(duì)論和量子力學(xué)，分別解決了過去所無法解釋的高速運(yùn)動(dòng)物體和微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，使人們對(duì)接近光速運(yùn)動(dòng)的物體和微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律獲得進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)；并與時(shí)俱進(jìn)，推動(dòng)著物理理論的迅速發(fā)展和實(shí)驗(yàn)規(guī)模的空前提高，形成了龐大的近代物理學(xué)體系。于是，人們把此前的物理學(xué)稱為經(jīng)典物理學(xué)。在本課程中，我們主要介紹經(jīng)典物理學(xué)。這是由于經(jīng)典物理學(xué)的理論對(duì)解決宏觀物體運(yùn)動(dòng)和速率遠(yuǎn)小于光速的低速運(yùn)動(dòng)情況下的問題，仍是非常精確和卓有成效的，因而在工程技術(shù)領(lǐng)域中仍有著廣泛的應(yīng)用。　　鑒于物理學(xué)規(guī)律的基本性和普適性，它對(duì)整個(gè)自然科學(xué)領(lǐng)域和一切工程技術(shù)部門以及人類的文明生活，產(chǎn)生了持續(xù)的、不可低估的巨大作用?？梢赃@么說，人類在歷史上所經(jīng)歷的三次產(chǎn)業(yè)革命皆發(fā)軔于物理學(xué)的發(fā)展及其在人類生活和工程技術(shù)中的應(yīng)用。

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