大學(xué)物理教程（上冊(cè)）

前言

在科學(xué)發(fā)展的歷史長(zhǎng)河中，物理學(xué)以擎柱作用和奠基地位屹立于自然學(xué)科之林。如果從牛頓時(shí)代算起，已有300多年的歷史了。物理學(xué)并不因?yàn)槠湫纬膳c發(fā)展的歷史悠久而顯得陳舊，相反地，白20世紀(jì)以來，物理學(xué)的進(jìn)展推動(dòng)著其他學(xué)科的發(fā)展，并誘發(fā)出諸多交叉、分支學(xué)科和新的技術(shù)領(lǐng)域，顯現(xiàn)出物理學(xué)仍然具有推動(dòng)人類社會(huì)進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的巨大生命力。教育的實(shí)踐和人才培養(yǎng)的規(guī)律都已證明，正是因?yàn)槲锢韺W(xué)有如此重要的作用，所以在構(gòu)建高等教育理工科類專業(yè)的課程體系中，物理學(xué)所具有的基礎(chǔ)課程地位，只能加強(qiáng)，不可動(dòng)搖，不可替代。在教育發(fā)達(dá)的國(guó)家，高等教育的人文類和管理類等專業(yè)的課程“菜單”中，列入物理課程已不為鮮事。這就更加證明了培養(yǎng)新世紀(jì)所需要的人才，物理課程的教育有著特別重要的作用。物理課程的學(xué)習(xí)，不僅使受教育者獲得必要的物理知識(shí)，而且還能從學(xué)習(xí)物理的過程中養(yǎng)成唯物辯證的思維方式、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男袨榉椒ê陀掠趧?chuàng)新的探索精神。這些正是21世紀(jì)的專業(yè)人才應(yīng)該具有的基本素質(zhì)。今天，當(dāng)人類社會(huì)跨入到以信息科學(xué)技術(shù)為主要標(biāo)志的時(shí)代，一方面，人們已經(jīng)理性地感受到，由于物理學(xué)的發(fā)展促進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)的誕生與飛速發(fā)展，從而加速了信息化社會(huì)到來；另一方面，還必須認(rèn)識(shí)到，由于物理學(xué)的自身發(fā)展和信息化社會(huì)對(duì)專業(yè)人才的新要求，我們必須對(duì)物理學(xué)的課程內(nèi)容、課程體系和教學(xué)方法等方面進(jìn)行改革與創(chuàng)新，以主動(dòng)適應(yīng)新世紀(jì)對(duì)高等教育人才培養(yǎng)的要求。全國(guó)高等教學(xué)研究中心在規(guī)劃國(guó)家“十五”重點(diǎn)項(xiàng)目時(shí)，把“面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的大學(xué)物理課程設(shè)計(jì)與教材建設(shè)的研究與實(shí)踐”列入“21世紀(jì)中國(guó)高等學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系的創(chuàng)新與實(shí)踐”項(xiàng)目中，是極為有意義的一件事。由夏兆陽(yáng)主編并偕同全國(guó)十余所大學(xué)教師合編的《大學(xué)物理教程》是該課題的一項(xiàng)重要研究成果。該書中不僅滲透了這些參編教師多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，而且還在一定程度上反映出他們?cè)谖锢斫虒W(xué)改革方面的一些很好的創(chuàng)新思路。整套教材體現(xiàn)了一定的時(shí)代性、應(yīng)用性和普適性等特點(diǎn)。全書除了保留大學(xué)本科學(xué)生所必需的物理基本理論外，還適當(dāng)?shù)匾肓?0世紀(jì)特別是近二三十年來新發(fā)展起來的一些物理學(xué)理論，如對(duì)稱性、混沌過程、信息熵和耗散結(jié)構(gòu)理論等。向?qū)W生介紹一些現(xiàn)代物理前沿知識(shí)，有利于學(xué)生開闊眼界，啟迪思維。

內(nèi)容概要

本書是普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，也是全國(guó)教育科學(xué)“十五”國(guó)家規(guī)劃課題“21世紀(jì)中國(guó)高等教育人才培養(yǎng)體系的創(chuàng)新與實(shí)踐”的子課題“21世紀(jì)中國(guó)高等學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系的創(chuàng)新與實(shí)踐”的研究成果，是針對(duì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)中基礎(chǔ)課程教學(xué)的特點(diǎn)與要求編寫的。    本書突出對(duì)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)教育，突出時(shí)代性、應(yīng)用性和普適性。在保留我國(guó)物理教材傳統(tǒng)體系的基礎(chǔ)上，加入20世紀(jì)新發(fā)展的物理學(xué)知識(shí)。本書語(yǔ)言表述簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確，重點(diǎn)放在物理概念、基本規(guī)律、科學(xué)圖像、認(rèn)知過程、基本解析能力上。書中對(duì)習(xí)題的選擇突出實(shí)踐應(yīng)用性，強(qiáng)調(diào)鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維。對(duì)于數(shù)學(xué)運(yùn)算復(fù)雜及偏難的題目盡量不用或少用。本書有配套的帶有習(xí)題解答的教師用書。    本書分上、下兩冊(cè)，上冊(cè)包括力學(xué)，熱學(xué)，振動(dòng)、波動(dòng)和波動(dòng)光學(xué)，下冊(cè)包括電磁場(chǎng)和近代物理。本書可作為高等學(xué)校工科各專業(yè)大學(xué)物理基礎(chǔ)課程的教材，也可供理科非物理類專業(yè)的學(xué)生和社會(huì)讀者閱讀使用。

書籍目錄

緒論第一篇  力學(xué)  第1章  質(zhì)點(diǎn)力學(xué)  §1.1  參考系  質(zhì)點(diǎn)  §1.2  描述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的基本物理量  §1.3  圓周運(yùn)動(dòng)  §1.4  相對(duì)運(yùn)動(dòng)  §1.5  牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其應(yīng)用  §1.6  慣性系  力學(xué)相對(duì)性原理  §1.7  動(dòng)量與沖量  質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量定理  §1.8  質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理動(dòng)量守恒定律  §1.9  碰撞  §1.10  功  功率  §1.11  保守力與非保守力  勢(shì)能  §1.12  動(dòng)能定理  功能原理  機(jī)械能守恒定律  思考題一  習(xí)題一    第2章  剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)  §2.1  剛體的運(yùn)動(dòng)  §2.2  轉(zhuǎn)動(dòng)定理  §2.3  力矩的功  轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能定理  §2.4  角動(dòng)量  角動(dòng)量守恒定律  §2.5  進(jìn)動(dòng)  思考題二  習(xí)題二    第3章  力學(xué)新進(jìn)展  §3.1  對(duì)稱性原理  §3.2  對(duì)稱與守恒  §3.3  對(duì)稱性的破缺  §3.4  混沌現(xiàn)象  §3.5  混沌現(xiàn)象舉例  §3.6  由倍周期分岔通往混沌的道路  §3.7  混沌現(xiàn)象的特性、本質(zhì)及應(yīng)用  思考題三  習(xí)題三第二篇  熱學(xué)  第4章  氣體動(dòng)理論  §4.1  氣體動(dòng)理論的基本觀點(diǎn)和基本概念  §4.2  理想氣體壓強(qiáng)與溫度的微觀解釋  §4.3  能量均分定理  理想氣體的內(nèi)能  §4.4  微觀量的概率分布  §4.5  氣體分子平均碰撞次數(shù)和平均自由程  思考題四  習(xí)題四    第5章  熱力學(xué)基礎(chǔ)  §5.1  熱力學(xué)第一定律  §5.2  理想氣體的等值過程  §5.3  絕熱過程  §5.4  循環(huán)過程  卡諾循環(huán)  §5.5  熱力學(xué)第二定律  思考題五  習(xí)題五  第6章  熱學(xué)新進(jìn)展熵  §6.1  熵概念的產(chǎn)生  §6.2  熵增加原理  §6.3  能“質(zhì)”的衰退  §6.4  熵與信息  §6.5  耗散結(jié)構(gòu)理論  思考題六  習(xí)題六第三篇  振動(dòng)  波動(dòng)波動(dòng)光學(xué)  第7章  振動(dòng)  §7.1  簡(jiǎn)諧振動(dòng)  §7.2  簡(jiǎn)諧振動(dòng)中的振幅、周期、頻率和相位  §7.3  旋轉(zhuǎn)矢量  §7.4  簡(jiǎn)諧振動(dòng)的能量  §7.5  簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成  §7.6  阻尼振動(dòng)  受迫振動(dòng)  共振  思考題七  習(xí)題七  第8章  波動(dòng)  §8.1  波的基本概念  §8.2  平面簡(jiǎn)諧波的波動(dòng)方程  §8.3  波的能量  能流密度  §8.4  惠更斯原理  波的衍射  §8.5  波的疊加原理  波的干涉  §8.6  駐波  §8.7  聲波  超聲波  次聲波  §8.8  多普勒效應(yīng)  思考題八  習(xí)題八  第9章  波動(dòng)光學(xué)  §9.1  相干光源  §9.2  分波陣面法獲得相干光  §9.3  光程和光程差  §9.4  分振幅法獲得相干光  §9.5  光的衍射  §9.6  衍射光柵  §9.7  X射線的衍射  布拉格方程  §9.8  光的偏振  思考題九  習(xí)題九習(xí)題答案

章節(jié)摘錄

插圖：物理學(xué)是一門基礎(chǔ)科學(xué)，是研究組成整個(gè)世界的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律的科學(xué)。物理學(xué)的發(fā)展過程，就是人類對(duì)整個(gè)客觀物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)過程，所以物理學(xué)是科學(xué)的世界觀和方法論建立的基礎(chǔ)。物理學(xué)的研究對(duì)象遍及整個(gè)世界，不同的運(yùn)動(dòng)形式具有不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，當(dāng)然就產(chǎn)生了不同的研究方法。物理學(xué)按發(fā)展到今天的歷史過程，可分為經(jīng)典物理學(xué)和現(xiàn)代物理學(xué)。經(jīng)典物理學(xué)，一般包括20世紀(jì)前就已發(fā)展得相當(dāng)成熟了的力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)，現(xiàn)代物理學(xué)，一般是指20世紀(jì)以來新近發(fā)展起來的相對(duì)論和量子論，以及力學(xué)、熱學(xué)的新進(jìn)展，如對(duì)稱與守恒、混沌、熵與信息、耗散結(jié)構(gòu)理論等現(xiàn)代物理學(xué)部分。物理學(xué)研究的是宇宙物質(zhì)存在的各種主要的基本形式，它們的性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)化以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)；從而認(rèn)識(shí)這些結(jié)構(gòu)的組元及其相互作用、運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)化的基本規(guī)律。物理學(xué)的基本概念和基本規(guī)律是自然科學(xué)中很多領(lǐng)域的基礎(chǔ)，并且是工程技術(shù)發(fā)展的根源。一、物理學(xué)在科學(xué)中的地位物理學(xué)是自然科學(xué)和部分社會(huì)科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科。物理學(xué)的進(jìn)展，刺激了數(shù)學(xué)的發(fā)展，帶動(dòng)了天文學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)的發(fā)展。物理學(xué)對(duì)世界認(rèn)識(shí)的每一進(jìn)展還極大地影響了社會(huì)科學(xué)的發(fā)展，改變著整個(gè)人類的哲學(xué)思想和行為方式。物理學(xué)發(fā)現(xiàn)的定性規(guī)律，最美妙的是用數(shù)學(xué)表達(dá)式定量地簡(jiǎn)潔表述出來，數(shù)學(xué)成為物理學(xué)不可缺少的工具。物理學(xué)的發(fā)展和需要，給數(shù)學(xué)研究開辟了廣闊的天地。歷史上許多著名的科學(xué)家，如牛頓、歐拉、高斯等，對(duì)于物理學(xué)和數(shù)學(xué)都作出了重大貢獻(xiàn)。很多大數(shù)學(xué)家，如龐加萊、克萊因、希爾伯特等，也都精通理論物理學(xué)。物理學(xué)與天文學(xué)關(guān)系密不可分，從天文觀測(cè)可得到物體運(yùn)動(dòng)和引力的規(guī)律。物理學(xué)的發(fā)展給天文學(xué)的研究提供了重要的手段，如分辨率不斷提高的天文望遠(yuǎn)鏡等。隨著物理學(xué)的發(fā)展，采集天文信息的波段，已從可見光擴(kuò)展到無(wú)線電波、X射線。此外，現(xiàn)代物理學(xué)已提供了各種宇宙探測(cè)手段。廣義相對(duì)論的證據(jù)都來自于天文觀測(cè)，反過來，在相對(duì)論的指導(dǎo)下解決了大量天文學(xué)問題，并改變和發(fā)展了天文學(xué)的最根本的理論，直至建立了現(xiàn)代宇宙學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型——大爆炸理論。

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《大學(xué)物理教程(上冊(cè))》：普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材。

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