物理學概論

前言

本教材是在作者編寫的校內(nèi)試用講義的基礎(chǔ)上，結(jié)合文科類物理教學的實踐編寫而成的。本書力圖用優(yōu)化的教學體系、精練的語言、較短的篇幅向?qū)W生展示物理學的精髓。本教材的概述篇為讀者展示物理學的全貌及物理學研究問題的共同思路，力圖激發(fā)學生的興趣，提高學生的視點，使其感覺到物理學的脈絡(luò)，縱覽物理學。力學篇以運動和時空關(guān)系為線索展開運動學；動力學則以對稱性與守恒定律的關(guān)系展開。波動篇以機械波為切入點闡明波的普遍性質(zhì)；以應用說明光的波動性。電磁篇以靜電場為例說明研究場的一般方法，通過相對論關(guān)系完整地展示電磁學的美。統(tǒng)計量子篇中以氣體分子動理論為載體介紹統(tǒng)計物理的基本思想，從經(jīng)典物理學遇到的困難引入量子概念，以量子力學的幾個重要假設(shè)為基礎(chǔ)介紹量子力學的基本原理和處理問題的基本思路，并給出量子力學的重要結(jié)果。最后，我們首次嘗試在大學物理教程中探討實現(xiàn)自然科學和人文科學統(tǒng)一的途徑。本書加*部分為選講內(nèi)容。本教材具有以下特點：第一，結(jié)構(gòu)緊湊，用較少的篇幅展示了物理學的核心內(nèi)容。第二，針對文科類學生的基礎(chǔ)和專業(yè)需要，在習題的選取上以基本概念題目為主，輔以少許靈活應用的題目；并推薦一些課外讀物，以擴大學生的視野，同時也可檢驗文科學生閱讀科技書籍的能力。第三，本教材在耗散結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出若以耗散結(jié)構(gòu)為基本物理模型，可以探討實現(xiàn)自然科學和人文科學統(tǒng)一的途徑。這一章是郭繼華教授近10年的研究結(jié)果，首次引入物理教材，以期逐漸發(fā)展和完善。第1～7章是在劉鳳英、陳惟蓉編寫的力學、波動和電磁學講義的基礎(chǔ)上由劉鳳英執(zhí)筆修改，第8、9章由劉鳳英執(zhí)筆，第10章由郭繼華執(zhí)筆。清華大學物理系2006博士生潘江陵給出了部分習題解答。該教材2009年2-6月在清華大學經(jīng)管7、社科8、新聞8、法律8大班（134人）運用，效果良好，并聽取他們的意見做了補充和修改。全書由劉鳳英統(tǒng)稿，由戴松濤進行了總校對。由于編者學識有限，不當之處和錯誤懇請讀者指正。

內(nèi)容概要

　　作者在多年的教學試點和文科類教學的實踐基礎(chǔ)上編寫了本教材。作者認為，不論授課對象是何專業(yè)的學生，教材都必須展示物理學的體系和內(nèi)容，即物理學揭示的物質(zhì)世界的基本規(guī)律、分析問題的基本思路、解決問題的基本方法，必須使學生體會物理學的全貌和體系。物理課必須詮釋物理，只不過授課對象不同，教學要求不同而已?！段锢韺W概論》按運動形式分類安排內(nèi)容，包括概述篇、力學篇、波動篇、電磁篇和統(tǒng)計量子篇5篇共10章?！　∮捎诒窘滩陌舜髮W物理中的基本內(nèi)容，故也可作為非物理類的其他學科的物理教材或參考書，也可供教師參考。

書籍目錄

概述篇第0章 概述物理學0.1 物理學和物質(zhì)世界0.1.1 物質(zhì)世界0.1.2 關(guān)于兩個前沿的基本理論0.1.3 物理學使人們深刻認識物質(zhì)世界0.2 物理學與科學思維0.2.1 物理學的研究方法0.2.2 物理學家的科學態(tài)度0.3 物理學與其他的學科發(fā)展0.3.1 物理學為其他學科創(chuàng)立原理和技術(shù)0.3.2 物理學為一切學科提供了基本的實驗手段和基本研究方法0.3.3 物理知識是促進各學科發(fā)展的重要基礎(chǔ)知識0.4 物理學中的基本研究思路0.4.1 物理學的分支0.4.2 物理學研究問題的共同思路力學篇第1章 牛頓運動定律1.1 理想模型自由度1.1.1 質(zhì)點剛體1.1.2 機械運動的基本形式自由度1.2 質(zhì)點運動的描述1.2.1 描述質(zhì)點運動的物理量1.2.2 運動的坐標表述1.3 質(zhì)點運動學問題舉例1.3.1 直線運動1.3.2 拋體運動1.3.3 圓周運動1.4 牛頓運動定律1.4.1 牛頓運動定律1.4.2 牛頓運動定律與慣性參考系1.5 牛頓運動定律的應用舉例1.6 非慣性系中的慣性力1.6.1 加速平動參考系中的慣性力1.6.2 均勻轉(zhuǎn)動參考系中的慣性力——慣性離心力、科里奧利力1.6.3 地球因公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)引起的力學現(xiàn)象習題教學參考1-1矢量的基本運算和單位矢量的變化率教學參考1-2常見力教學參考1-3科里奧利力第2章 運動與時空2.1 相對性原理和變換2.1.1 力學相對性原理和伽利略變換2.1.2 狹義相對論的基本原理2.1.3 愛因斯坦一洛倫茲變換2.2 狹義相對論的運動學效應2.2.1 時間膨脹(運動時鐘變慢)2.2.2 長度縮短(運動尺度收縮)2.2.3 時空不變量2.3 相對論速度變換2.4 狹義相對論質(zhì)量和動量2.4.1 相對論性質(zhì)量和動量2.4.2 狹義相對論運動方程2.4.3 相對論性動能和能量2.4.4 相對論動量能量關(guān)系2.5 廣義相對論簡介2.5.1 等效原理2.5.2 廣義相對性原理2.5.3 史瓦西場中固有時與真實距離2.5.4 史瓦西半徑和黑洞2.5.5 廣義相對論的可觀測效應習題教學參考2-1洛倫茲變換的導出第3章 對稱性與守恒定律3.1 動量定理和動量守恒定律3.1.1 質(zhì)點的動量定理3.1.2 質(zhì)點系的動量定理3.1.3 動量守恒定律3.2 角動量定理和角動量守恒定律3.2.1 質(zhì)點對定點的角動量3.2.2 質(zhì)點的角動量定理和質(zhì)點的角動量守恒3.2.3 質(zhì)點系的角動量定理和角動量守恒定律3.3 動能定理和機械能守恒定律3.3.1 功和功率3.3.2 質(zhì)點的動能定理3.3.3 質(zhì)點系的動能定理3.3.4 一對內(nèi)力的功3.3.5 保守力3.3.6 勢能3.3.7 機械能守恒定律3.4 對稱性與守恒定律3.4.1 對稱性和對稱操作(變換)3.4.2 對稱性和因果律——對稱性原理3.4.3 對稱性與守恒定律3.5 質(zhì)心和質(zhì)心運動定理3.5.1 質(zhì)心3.5.2 質(zhì)心的速度3.5.3 質(zhì)心運動定理3.6 質(zhì)心參考系3.6.1 質(zhì)心參考系3.6.2 質(zhì)心系中的動力學規(guī)律3.7 剛體的定軸轉(zhuǎn)動3.7.1 剛體的定軸轉(zhuǎn)動3.7.2 定軸轉(zhuǎn)動的基本方程3.7.3 轉(zhuǎn)動慣量及其計算3.7.4 轉(zhuǎn)動動能和力矩的功3.7.5 剛體定軸轉(zhuǎn)動的角動量守恒3.8 牛頓力學的內(nèi)在隨機性習題教學參考3-1定軸轉(zhuǎn)動定律和力矩的功教學參考3-2旋進波動篇第4章 振動4.1 簡諧振動的描述4.1.1 簡諧振動的特征4.1.2 諧振動的旋轉(zhuǎn)矢量圖示4.1.3 諧振動的運動微分方程4.1.4 諧振動的能量4.2 同方向簡諧振動的合成4.3 垂直方向諧振動的合成習題教學參考4-1阻尼振動教學參考4-2受迫振動第5章 波動5.1 F面簡諧波的描述5.1.1 波的產(chǎn)生5.1.2 平面簡諧波的傳播5.1.3 平面簡諧波的余弦表達式(波函數(shù))5.1.4 簡諧波的復數(shù)表示復振幅5.1.5 波的能量5.2 波的衍射5.2.1 惠更斯原理5.2.2 惠更斯原理給出所有波都具有衍射現(xiàn)象5.2.3 惠更斯作圖法的應用舉例5.3 波的干涉5.3.1 波的疊加原理和線性方程5.3.2 波的干涉現(xiàn)象5.3.3 駐波5.4 多普勒效應5.4.1 機械波的多普勒效應5.4.2 光波的多普勒效應5.5 光的橫波性與偏振現(xiàn)象5.5.1 平面電磁波的波動方程和表達式5.5.2 基本偏振態(tài)5.5.3 光在各向同性介質(zhì)表面反射折射時的偏振現(xiàn)象5.5.4 散射光的偏振現(xiàn)象……電磁篇第6章 恒定電廠和恒定磁場第7章 電磁場的統(tǒng)一性和相對性統(tǒng)計量子篇第8章 熱學基礎(chǔ)概念第9章 量子物理基礎(chǔ)第10章 耗散結(jié)構(gòu)和社會科學附錄

章節(jié)摘錄

插圖：1．1．2機械運動的基本形式自由度機械運動有平動、轉(zhuǎn)動和振動三種基本形式。在運動過程中，如果物體上任意直線的運動軌跡是一組平行線，則物體的運動叫做平動。作平動的物體上各點的運動狀況完全相同，可以用一個點來代表，因而可以把物體簡化為質(zhì)點。如果物體繞一直線旋轉(zhuǎn)（該直線叫轉(zhuǎn)軸），則這樣的運動叫轉(zhuǎn)動。在運動過程中，物體系的兩質(zhì)量元（質(zhì)點）之間距離變化的運動形式叫振動。物體系的一般運動通?？梢钥醋魇侨N基本運動形式的疊加。確定物體位置的獨立坐標數(shù)目稱為物體的自由度。如果對物體系的運動加以約束，則運動自由度就會減少，約束愈多，自由度愈少。例如，一個自由運動的質(zhì)點有三個自由度，如果限定質(zhì)點只能在某平面（或某曲面）上運動，則自由度減為2。對于一個自由運動的剛體，要確定它的位置，至少需要定出剛體上不在同一直線的三個點的位置。確定第一個點需要3個獨立坐標，第二個點由于和第一個點的距離是一定的，確定其坐標只需要兩個獨立坐標，而第三個點因為與另外兩個點的距離都一定，確定其位置的獨立坐標數(shù)減至1，因而一個自由運動剛體共有6個自由度。如果令剛體繞固定軸轉(zhuǎn)動，剛體上各點都在垂直于轉(zhuǎn)軸的相互平行的平面（稱轉(zhuǎn)動平面）上作圓周運動，圓心在轉(zhuǎn)軸上而圓半徑一定，因此只需要確定剛體上任一點與其圓心的連線的方位即可，因而繞固定軸轉(zhuǎn)動的剛體只有1個自由度；由N個自由質(zhì)點組成的物體系中每個質(zhì)點的自由度是3，因此總共有3N個自由度。

編輯推薦

《物理學概論》：本教材具有以下特點：第一，結(jié)構(gòu)緊湊，用較少的篇幅展示了物理學的核心內(nèi)容。第二．針對文科類學生的基礎(chǔ)和專業(yè)需要，在習題的選取上以基本概念題目為主，輔以少許靈活應用的題目；并推薦一些課外讀物，以擴大學生的視野，同時也可檢驗文科學生閱讀科技書籍的能力。第三，本教材在耗散結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出若以耗散結(jié)構(gòu)為基本物理模型，可以將西方文明和東方文化結(jié)合起來．這可能是實現(xiàn)自然科學和人文科學的統(tǒng)一的極好途徑。這一章是郭繼華教授近10年的研究結(jié)果，首次引入物理教材，以期逐漸發(fā)展和完善。

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