普通物理專題研究

內容概要

李武鋼編著的《普通物理專題研究》圍繞物理學專業(yè)學生的培養(yǎng)目標,
在普通物理的力、熱、光、電等學科范疇內，講授具有一定代表性的理論性拓展、實驗探討和一些應用性的研究內容。
《普通物理專題研究》能幫助學生擴展物理視野，獲得多維啟迪，提高利用普通物理學基本理論知識作進一步的理論拓展和解決實際問題的能力，提升物理素養(yǎng)。
本教材可作為物理學專業(yè)本科生普通物理后續(xù)課程的學習資料，也可供相關專業(yè)的研究生教學選用。

書籍目錄

力學部分
1  贗功及贗功能原理
  1.1  贗功及贗功能原理簡介
    1.1.1  贗功的概念
    1.1.2  贗功能原理
  1.2  關于贗功的討論
    1.2.1  贗功是否是真實功的問題
    1.2.2  贗功的本質問題
  1.3  贗功能原理的應用
2  小球與均質自由桿的碰撞
  2.1  完全彈性碰撞
  2.2  完全非彈性碰撞
  2.3  系統(tǒng)動能最小可能值
  2.4  討論
3  相對運動網(wǎng)絡及類基爾霍夫電壓定律解法
  3.1  幾個概念
  3.2  相對運動網(wǎng)絡及解法
  3.3  算例
    3.3.1  算例
    3.3.2  算例
  3.4  結語
4  均質并有對稱面的剛體轉動慣量的一個定理
  4.1  定理的提出
  4.2  定理的證明
  4.3  算例
    4.3.1  算例
    4.3.2  算例
5  由三平行軸慣量求重心的一種方法
  5.1  理論推導和結果
  5.2  二值問題及說明
  5.3  結語
6  引入“折合力”的兩體力學關系及應用
  6.1  引入“折合力”的兩體力學關系
    6.1.1  引入“折合力”的動力學關系式
    6.1.2  引入“折合力”的動量定理表達形式
    6.1.3  引入“折合力”的動能定理表達形式
  6.2  算例
    6.2.1  引入“折合力”的動力學關系式算例
    6.2.2  引入“折合力”的動能定理關系式算例
  6.3  結語
7  空氣阻力因素與最大飛行路徑拋射角的關系
  7.1  基本方程和程序編制
  7.2  最大飛行路徑與拋射角的關系
    7.2.1  不同阻力系數(shù)下的最大飛行路徑拋射角
    7.2.2  不同質量的物體的最大飛行路徑拋射角
  7.3  結語
8  天體的旋進與角動量守恒
  8.1  作用力矩與反作用力矩
  8.2  非慣性平動參考系中的角動量定理
  8.3  地-月系統(tǒng)質心參考系中的角動量
  8.4  天體旋進與角動量守恒
  8.5  結語
9  駐波實驗中經(jīng)常出現(xiàn)的一個錯誤
  9.1  立體駐波形成的原因
  9.2  實驗驗證
  9.3  立體駐波的特性分析
  9.4  立體駐波對實驗的影響
    9.4.1  立體駐波對波長和張力關系的影響
    9.4.2  立體駐波對波長和弦線密度關系的影響
  9.5  對實驗改進的幾點建議
  9.6  結語
10  幾則力學疑難問題的討論
  10.1  問題
  10.2  問題
  10.3  問題
  10.4  問題
    熱力學部分
11  常用數(shù)學工具在熱力學關系式證明中的應用
  11.1  常用數(shù)學工具簡介
    11.1.1  多元函數(shù)的導數(shù)及其全微分
    11.1.2  多元函數(shù)的變量變換
    11.1.3  復合函數(shù)的導數(shù)
  11.2  熱力學關系式常用的證明方法
    11.2.1  系數(shù)比較法與全微分求偏導數(shù)法
    11.2.2  循環(huán)關系法
    11.2.3  鏈式關系法
    11.2.4  復合函數(shù)求導
    11.2.5  勒讓德變換
    11.2.6  雅可比行列式
  11.3  結語
12  導出分子平均平動能公式的幾種方法
  12.1  由壓強公式和理想氣體狀態(tài)方程導出
  12.2  由麥克斯韋速率分布律導出
  12.3  由能量按自由度均分定理導出
  12.4  根據(jù)分子碰撞服從的力學(經(jīng)典)規(guī)律運用統(tǒng)計概念導出
  12.5  根據(jù)熱平衡和力學平衡的概念，并運用壓強公式導出
13  對氣體等溫氣壓公式的修正
  13.1  氣體多方平衡過程的氣壓公式的推導
  13.2  數(shù)值計算結果和討論
  13.3  結語
14  升華能隨溫度和壓強的變化
15  氣體中有速率為無窮大的分子嗎
16  關于熱力學第一定律的微觀解釋
  16.1  由分子組成的質點組的動能定理
  16.2  熱力學第一定律的微觀解釋
  16.3  結語
17  關于克勞修斯方法對可逆和不可逆過程(循環(huán))的處理
  17.1  關于克勞修斯方法所使用的系統(tǒng)和過程
  17.2  克勞修斯方法對可逆過程的處理
  17.3  克勞修斯方法對不可逆過程的處理
  17.4  進一步的論述
    17.4.1  從有限過程到微變過程
    17.4.2  關于“凈熱比較法”與克勞修斯方程的一致性
    17.4.3  關于熵的另一個導出方法及比較
    17.4.4  兩種方法對絕熱過程的處理(克勞修斯方法的一個假設條件)
    17.4.5  關于克勞修斯方法的實質和意義
18  均勻物質熱力學關系的兩種記憶方法
  18.1  “魔句”與方圖記憶法
    18.1.1  “魔句”與方圖
    18.1.2  對全微分公式的記憶
    18.1.3  對偏微商公式的記憶
    18.1.4  對麥氏關系的記憶
  18.2  U-H-F-G圖記憶法
19  用恒流量熱器測定水的比熱容
  19.1  儀器裝置
  19.2  實驗原理
  19.3  實驗步驟
  19.4  數(shù)據(jù)記錄與處理
    19.4.1  第1組數(shù)據(jù)記錄
    19.4.2  數(shù)據(jù)處理
    19.4.3  標準不確定度的計算
    19.4.4  第2組數(shù)據(jù)記錄與處理
  19.5  結語
20  幾則熱學疑難問題的討論
  20.1  問題
  20.2  問題
  20.3  問題
  20.4  問題
    光學部分
21  薄透鏡在不同介質中的會聚與發(fā)散性質
  21.1  透鏡兩側媒質折射率相同
    21.1.1  兩側媒質折射率小于透鏡折射率
    21.1.2  兩側媒質折射率大于透鏡折射率
  21.2  透鏡兩側媒質折射率不同
    21.2.1  Δn〉0，且n〉n
    21.2.2  Δn〉0，且n〈n
    21.2.3  Δn〈0，且n〉n
    21.2.4  Δn〈0，且n〈n
  21.3  結語
22  諾莫圖法在薄透鏡和球面鏡成像分析中的應用
  22.1  諾莫圖結構及符號法則
  22.2  凸透鏡及凹面鏡成像規(guī)律分析
    22.2.1  凸透鏡成像
    22.2.2  凹面鏡成像
  22.3  凹透鏡及凸面鏡成像規(guī)律分析
    22.3.1  凹透鏡成像
    22.3.2  凸面鏡成像
  22.4  符號規(guī)則的討論
  22.5  結語
23  二次成像法測定光具組的基點
  23.1  測量原理及測量方法
    23.1.1  確定焦點的位置
    23.1.2  二次成像法測定光具組的焦距
    23.1.3  確定光具組兩主點之間的距離
    23.1.4  確定光具組主點、節(jié)點的位置
  23.2  測量舉例
  23.3  討論
24  菲涅耳雙棱鏡干涉實驗中距離參數(shù)的研究
  24.1  狹縫與雙棱鏡的距離
  24.2  雙棱鏡與測微目鏡的距離
  24.3  干涉條紋間距和條紋數(shù)目
  24.4  實驗結果
25  正確理解半波損失
  25.1  問題的提出
  25.2  正確理解半波損失的產(chǎn)生
    25.2.1  光波在介質界面上反射時半波損失的產(chǎn)生
    25.2.2  薄膜干涉中半波損失的產(chǎn)生
  25.3  結語
26  夫瑯禾費衍射光強的兩種計算方法
  26.1  單縫衍射
    26.1.1  用菲涅耳積分法計算光強
    26.1.2  用振幅矢圖解法計算光強
    26.1.3  兩種方法的比較
  26.2  光柵衍射
    26.2.1  用積分法計算光柵衍射光強
    26.2.2  用振幅矢圖解法計算光柵衍射光強
    26.2.3  兩種計算光柵衍射光強方法的比較
27  夫瑯禾費矩孔衍射的特征及其MATLAB模擬
  27.1  夫瑯禾費矩孔衍射
    27.1.1  夫瑯禾費矩孔衍射實驗裝置
    27.1.2  夫瑯禾費矩孔衍射的衍射場及光強分布
    27.1.3  夫瑯禾費矩孔衍射的特征
  27.2  夫瑯禾費矩孔衍射的MATLAB模擬
    27.2.1  參數(shù)的設定
    27.2.2  程序的編寫和調試
    27.2.3  夫瑯禾費矩孔衍射的MATLAB模擬結果
  27.3  結語
28  光的干涉和衍射的模擬
  28.1  雙縫干涉模擬
  28.2  單縫衍射的模擬
  28.3  光柵衍射的模擬
29  用干涉法測原子發(fā)光持續(xù)時間
  29.1  干涉實驗的方法及結果
    29.1.1  牛頓環(huán)實驗的方法和結果
    29.1.2  劈尖干涉實驗方法和結果
  29.2  用測不準關系得到的理論結果
  29.3  關于結果的比較和說明
30  幾則光學疑難問題的討論
  30.1  問題
  30.2  問題
  30.3  問題
  30.4  問題
    電磁學部分
31  電磁學的三個基本結論
  31.1  “同種電荷(磁極)相斥，異種電荷(磁極)相吸”
  31.2  “電流同向相吸，異向相斥”
  31.3  “導體越長，對電流的阻礙越大”
32  通電導體中的凈電荷
  32.1  關于通電導體介面凈電荷的一個方程
    32.1.1  方程的導出
    32.1.2  方程(32.5)和方程(32.7)的討論及介面凈電荷
  32.2  電阻率連續(xù)變化的通電導體內的凈電荷
  32.3  介面電流和介面電容的設想
    32.3.1  介面電流
    32.3.2  介面電容
33  幾種不同形狀導體表面的電荷面密度
  33.1  無限大導體表面
  33.2  楔形導體表面
  33.3  半圓柱形凸起表面
34  電阻體電容
  34.1  電阻端面電容
  34.2  電阻體分布電容
  34.3  結語
35  梯形電阻網(wǎng)絡的研究
  35.1  梯形電阻網(wǎng)絡的特點和入端電阻的計算
    35.1.1  梯形電阻網(wǎng)絡的特點
    35.1.2  梯形電阻網(wǎng)絡的計算
  35.2  計算機輔助分析梯形網(wǎng)絡
  35.3  結語
36  格林函數(shù)互易性在電磁學中的應用
  36.1  格林函數(shù)
    36.1.1  格林函數(shù)的公式
    36.1.2  無界空間的格林函數(shù)例
  36.2  格林函數(shù)的互易性
  36.3  格林函數(shù)的互易性在電磁學中應用的例子
37  鏡像對稱性在電磁學中的應用
  37.1  真矢量和贗矢量
  37.2  利用安培環(huán)路定理求磁場
    37.2.1  對稱性分析
    37.2.2  作安培環(huán)路，用場強表達積分
    37.2.3  利用安培環(huán)路定理求場強
  37.3  一個綜合問題
    37.3.1  對稱性分析
    37.3.2  做高斯面，利用高斯定理式(37.6)求場強
    37.3.3  作環(huán)路，利用環(huán)路定理式(37.7)求場強
  37.4  關于《費曼物理學講義》中的一道例題
38  最小作用量原理在電學中的應用實例
  38.1  電阻并聯(lián)電路中電流的實際分布使電路的耗散功率取極小值
  38.2  電容器串聯(lián)電路中電壓的實際分布使電路儲存能量取極小值
  38.3  惠斯通電橋電路中電流的實際分布使電路的耗散功率取極小值
  38.4  導體球電荷量的實際分布使系統(tǒng)的靜電能取極小值
39  一種準確測量熱敏電阻溫度特性的方法
  39.1  測量原理
    39.1.1  熱敏電阻的溫度特性
    39.1.2  內熱效應
    39.1.3  內熱模型
  39.2  測量方法
    39.2.1  內熱效應的測量
    39.2.2  溫度特性的測量和數(shù)據(jù)處理
  39.3  結語
40  幾則電磁學疑難問題的討論
  40.1  問題
  40.2  問題
  40.3  問題
  40.4  問題
    綜合、延伸、應用
41  什么是“物理學”——物理學概念之沿革
  41.1  物理學概念的西方源起
  41.2  中文“物理學”一詞的來源
  41.3  關于“物理學”的一般傳統(tǒng)認識
  41.4  《物理百科全書》關于“物理學”的解釋
  41.5  朝永振一郎關于“物理學”的見解
  41.6  哥本哈根學派的觀點
  41.7  《未來我們選擇怎樣的物理學》一文的相關思想
  41.8  趙凱華先生的觀點
  41.9  啟示
42  物理模型的構建
  42.1  量綱分析法
  42.2  抽象化
  42.3  類比法
  42.4  理想化方法
  42.5  構造法
  42.6  等效代換法
  42.7  唯象法
  42.8  微元法與迭代法
43  量綱分析的基本理論及其應用
  43.1  量綱分析基礎
    43.1.1  基本定理
    43.1.2  量綱的基本運算規(guī)則
  43.2  量綱分析中的Π定理
  43.3  量綱分析中矢量空間待定系數(shù)法的應用
  43.4  說明
44  基于量綱分析的建模研究
  44.1  量綱分析基礎
    44.1.1  量綱
    44.1.2  白金漢Π定理
  44.2  相似定律
  44.3  量綱分析建模
45  盧瑟福散射公式的幾何證明方法
  45.1  α粒子運動的性質
  45.2  推導過程
    45.2.1  證法一
    45.2.2  證法二
  45.3  結語
46  從諾貝爾物理學獎看光學的發(fā)展
  46.1  百年諾貝爾獎光學部分
  46.2  諾貝爾獎與光學的發(fā)展
  46.3  結語
47  機械能守恒定律服從力學相對性原理
  47.1  問題的提出
  47.2  機械能守恒定律服從力學相對性原理
  47.3  對文獻［85］的若干商榷意見
  47.4  結語
48  基于同時的相對性對鐘慢尺縮效應的再認識
  48.1  同時的相對性
  48.2  鐘慢效應
    48.2.1  鐘慢效應的物理意義
    48.2.2  對鐘慢效應的再認識
  48.3  尺縮效應
    48.3.1  對尺縮效應的再認識
    48.3.2  列車-隧道問題
49  關于連續(xù)介質中橫波的能量探討
  49.1  定性分析
    49.1.1  質元的受力分析
    49.1.2  回復力與質元的動能ΔEk
    49.1.3  切向力與彈性勢能ΔEp
    49.1.4  質元的機械能
  49.2  定量分析
    49.2.1  質元的動能ΔEk
    49.2.2  質元的勢能ΔEp
    49.2.3  質元的機械能
  49.3  結語
50  威耳遜對云室的實驗研究
  50.1  威耳遜生平
  50.2  威耳遜對云室技術的研究
    50.2.1  對凝結核的初步研究
    50.2.2  對云室的研究
    50.2.3  實驗裝置
    50.2.4  分析照片徑跡，驗證康普頓效應
  50.3  有益的啟示
51  虛擬投影示波器及其在物理演示實驗中的應用
  51.1  虛擬示波器的功能與使用方法
  51.2  投影示波器演示物理實驗舉例
    51.2.1  演示L、C交流電壓電流的相位差
    51.2.2  演示李薩如圖形
    51.2.3  演示LRC電路的暫態(tài)過程
52  一種用數(shù)字示波器測量液體表面張力系數(shù)的實驗方法
  52.1  原理
  52.2  實驗裝置
  52.3  實驗內容和方法
  52.4  實驗結果
53  從魚洗到海嘯
  53.1  魚洗噴水物理機制綜述
  53.2  海嘯成因的新發(fā)現(xiàn)竟與魚洗噴水機制如出一轍
54  引潮力對月球及人造衛(wèi)星軌道平面的影響
  54.1  月球軌道平面的旋進及其原因分析
  54.2  引潮力矩
  54.3  計算平均旋進角速度和旋進周期
  54.4  討論與說明
55  轎車沖撞行人過程的力學分析
  55.1  人體模型的力學分析
    55.1.1  前保險杠與下肢的沖撞
    55.1.2  腿部被沖擊后人體轉動角速度的大小
    55.1.3  頭部受沖擊后人體轉動角速度大小
    55.1.4  人體發(fā)生倒立翻轉時車速的臨界值
  55.2  討論
    55.2.1  人體的影響
    55.2.2  車體的影響
56  力學模型和規(guī)律在“哥倫比亞”號失事原因中的運用
57  物理學在現(xiàn)代汽車ABS上的應用
  57.1  “防抱制動系統(tǒng)”的力學原理
    57.1.1  防抱制動系統(tǒng)概述
    57.1.2  汽車制動的力學原理
  57.2  “防抱制動系統(tǒng)”的電磁控制原理
    57.2.1  輪速傳感器
    57.2.2  電磁閥控制器
58  高密度信息存儲的物理原理
  58.1  光盤存儲的原理
    58.1.1  只讀式光盤(CD-ROM)的工作原理
    58.1.2  磁光(MO)型光盤的工作原理
    58.1.3  相變型光盤的工作原理
  58.2  實現(xiàn)高密度信息存儲的途徑
    58.2.1  減小激光聚焦直徑的方法
    58.2.2  近場光學技術的應用
    58.2.3  超分辨技術
    58.2.4  超分辨近場結構光盤技術
59  空氣微粒的阻力系數(shù)計算及動力學行為分析
  59.1  微粒的空氣阻力系數(shù)的計算
  59.2  微?？諝庾枇ο禂?shù)討論及動力學行為分析
    59.2.1  微粒的空氣阻力系數(shù)
    59.2.2  空氣阻力與速度的關系
    59.2.3  微粒動力學行為的分析
  59.3  結語
60  一種基于電容傳感器的液體密度測量電路的設計
  60.1  液體密度測量電路原理
  60.2  各部分工作原理
    60.2.1  電容傳感器檢測液體密度原理
    60.2.2  放大電路
    60.2.3  A/D轉換電路
    60.2.4  單片機
    60.2.5  顯示電路
  60.3  液體密度測量電路
    60.3.1  硬件電路
    60.3.2  軟件流程設計
  60.4  測量舉例
    60.4.1  實驗裝置的校準
    60.4.2  實驗裝置的定標
    60.4.3  測量
  60.5  結語
61  人體在近0℃的溫度感知實驗模擬及分析
  61.1  “下雪不冷化雪冷”傳統(tǒng)解釋的問題
  61.2  人體在近0℃的溫度感知模擬實驗
  61.3  模擬數(shù)值比較及分析
  61.4  “下雪不冷化雪冷”現(xiàn)象形成的機理
參考文獻
后記

章節(jié)摘錄

　　對稱性又稱不變性，是指體系在某種操作下變成與原狀態(tài)相同或等價的狀態(tài)。這里的“操作”含義很廣，簡單的有空間操作（平移、轉動、鏡像反射、伸縮）和時間操作（時間平移、反演），復雜的如量子理論中的粒子置換、電荷共軛變換以及內部空間中的轉動等。對稱性是物理學中的重要概念。對于當代理論物理學，它起著重要乃至核心的作用；而對于經(jīng)典物理學，雖然它不如在理論物理學中那么重要，但也是簡化問題的利器?！　∮脤ΨQ性分析來簡化問題根源于“對稱性原理”：原因中的對稱性必反映在結果中，即結果中的對稱性至少有原因中的對稱性那么多?；蛘叻催^來說：結果中的不對稱性在原因中必有反映，即原因中的不對稱性至少有結果中的不對稱性那么多。在結果不唯一的情況下，上述原理修改為：原因中的對稱性必然反映在全部可能的結果中，即全部可能結果的集合中的對稱性至少有原因中的對稱性那么多?！　「鶕?jù)此原理，在電磁學中，如果場源（原因）具有某種對稱性，那么場強（結果）必然也具有這種對稱性。對于對稱性很高的體系，求場強的一般分析步驟如下：①對稱性分析。盡可能多地分析出場源的對稱性，從而在未求解前獲得關于場強的盡可能多的信息。②根據(jù)對稱性作出積分區(qū)域（閉合曲面或閉合路徑），把積分用場強顯示表達。這里積分區(qū)域的作法一定要使已有的對稱性盡可能地被利用上。③利用積分形式的物理定律求場強。根據(jù)上述一般步驟，我們對電磁學中幾種常見的問題重新進行處理，以達到明晰思路和邏輯的目的。在這種新的處理方式中，可以明顯地看出對稱性分析在此類問題中的重要地位。 　　……

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