大學(xué)物理教程

前言

作為自然科學(xué)的基礎(chǔ)，物理學(xué)的起源可以追溯到遙遠(yuǎn)的古代。老子提出了“道生一，一生二，二生三，三生萬物”的宇宙生成模型（假設(shè)），確認(rèn)宇宙萬物有共同的本原。亞里士多德提出“四因”解釋方案，用“質(zhì)料、形式、動力、目的”來回答“為什么”。16世紀(jì)，伽利略最先把實(shí)驗(yàn)方法引入物理學(xué)的研究中，開創(chuàng)了利用儀器研究自然規(guī)律的先河。1687年牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》出版，開辟了物理學(xué)的新紀(jì)元。20世紀(jì)初量子理論和愛因斯坦相對論的建立，使物理學(xué)進(jìn)入了當(dāng)代發(fā)展的快車道。21世紀(jì)物理學(xué)在材料物理、光學(xué)方面發(fā)展異常迅速，2009年“在光學(xué)通信領(lǐng)域在光纖中傳輸方面所取得的開創(chuàng)性成就”獲得諾貝爾物理學(xué)獎，標(biāo)志著物理學(xué)在應(yīng)用方面的巨大進(jìn)展。物理學(xué)的基本理論從根本上改變了人類理解自然的思維方式，而現(xiàn)代物理學(xué)的廣泛應(yīng)用從根本上改變了人類的生活方式。物理學(xué)已經(jīng)成為人類新時代的重要的文化背景之一。物理學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)往往是從方法論上突破前人思想方法的局限，進(jìn)而獲得成功的。物理學(xué)是包含科學(xué)方法最多的豐富的學(xué)科，在300種通用科學(xué)方法中，物理學(xué)中包含170多種。物理教學(xué)的理想模式是：創(chuàng)設(shè)問題情景（通過實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)象描述）一分析問題一找出解決問題的出發(fā)點(diǎn)（建立概念或提出系統(tǒng)參數(shù)）一找出解決問題的可能的途徑一從最佳途徑出發(fā)建立數(shù)學(xué)模型一求解數(shù)學(xué)模型一討論命題的物理意義和可能的技術(shù)應(yīng)用。這一過程就是研究復(fù)雜問題的全過程，也是解決復(fù)雜問題的基本方法。從方法論的角度看，許多重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)與解決一個物理問題完全一樣。因此，物理學(xué)方法是發(fā)明創(chuàng)造的思維武器，也是開發(fā)創(chuàng)造性思維的理論指導(dǎo)。

內(nèi)容概要

本書內(nèi)容包括：力學(xué)、振動與波、平衡態(tài)和熱力學(xué)基礎(chǔ)、電磁學(xué)、波動光學(xué)、狹義相對論和量子物理學(xué)。本書具有體系完整、簡明扼要，難度適中、課程設(shè)置較少的特點(diǎn)，力求貫徹理論聯(lián)系實(shí)際的原則，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思辨能力和解決實(shí)際問題的能力。本書中列舉了相當(dāng)多的例題，并配有適量習(xí)題和思考題，書末附有參考答案。    本書可作為高等院校非物理專業(yè)的大學(xué)物理課程教材，也可供有關(guān)教師、相關(guān)工程技術(shù)人員和自學(xué)者使用。

書籍目錄

第1章  質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動學(xué)  1．1  參考系坐標(biāo)系質(zhì)點(diǎn)  1．2  質(zhì)點(diǎn)的位矢、位移和速度  1．3  質(zhì)點(diǎn)的加速度  1．4  運(yùn)動描述的相對性伽利略變換第2章  牛頓運(yùn)動定律及牛頓力學(xué)中的守恒定律  2．1  牛頓運(yùn)動定律  2．2  功和動能定理  2．3  保守力和勢能  2．4  功能原理和機(jī)械能守恒定律  2．5  動量定理與動量守恒定律  2．6  角動量與角動量守恒定律  2．7  剛體力學(xué)基礎(chǔ)第3章  振動與波  3．1  簡諧振動  3．2  簡諧振動的合成  3．3  機(jī)械波的產(chǎn)生和傳播  3．4  平面簡諧波波的能量和強(qiáng)度  3．5  惠更斯原理波的衍射  3．6  波的疊加原理波的干涉  3．7  多普勒效應(yīng)第4章  平衡態(tài)與分子熱運(yùn)動的統(tǒng)計規(guī)律  4．1  熱力學(xué)平衡態(tài)  4．2  熱力學(xué)第零定律溫度  4．3  理想氣體狀態(tài)方程  4．4  壓強(qiáng)和溫度的統(tǒng)計意義  4．5  分子熱運(yùn)動的速率統(tǒng)計分布規(guī)律  4．6  能量按自由度均分定理理想氣體的內(nèi)能第5章  熱力學(xué)定律  5．1  內(nèi)能、熱量和功準(zhǔn)靜態(tài)過程  5．2  熱力學(xué)第一定律熱容量  5．3  循環(huán)過程  5．4  熱力學(xué)第二定律  5．5  熵熵增加原理第6章  靜電場  6．1  電荷庫侖定律  6．2  電場強(qiáng)度  6．3  高斯定理  6．4  環(huán)流定理電勢  6．5  靜電場中的導(dǎo)體  6．6  電介質(zhì)中的靜電場  6．7  靜電場能第7章  穩(wěn)恒磁場  7．1  磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度  7．2  畢奧-薩伐爾定律  7．3  磁高斯定理安培環(huán)路定理  7．4  磁場對載流導(dǎo)線的作用  7．5  帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動  7．6  介質(zhì)中的磁場第8章  變化的電磁場  8．1  電磁感應(yīng)定律  8．2  動生電動勢  8．3  感生電動勢  8．4  自感和互感磁場能量  8．5  位移電流  8．6  麥克斯韋電磁場方程組  8．7  電磁波的性質(zhì)第9章  波動光學(xué)  9．1  光的相干性  9．2  雙縫干涉  9．3  薄膜干涉  9．4  光的衍射現(xiàn)象  9．5  圓孔衍射和光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)  9．6  光柵衍射  9．7  光的偏振第10章  狹義相對論基礎(chǔ)  10．1  牛頓時空觀和力學(xué)相對性原理  lO．2  狹義相對論基本假設(shè)與洛倫茲變換  10．3  狹義相對論的時空觀  10．4  相對論的動量和能量第11章  量子光學(xué)基礎(chǔ)  11．1  黑體輻射普朗克的能量子假說  11．2  光電效應(yīng)康普頓散射  11．3  氫原子光譜玻爾理論第12章  量子力學(xué)基礎(chǔ)  12．1  實(shí)物粒子的波動性德布羅意物質(zhì)波  12．2  波函數(shù)及統(tǒng)計解釋不確定關(guān)系  12．3  薛定諤方程  12．4  一維無限深勢阱中的粒子隧道效應(yīng)

章節(jié)摘錄

插圖：一般來說，在討論實(shí)際物體的運(yùn)動時，物體的大小和形狀都要考慮。因?yàn)槲矬w內(nèi)部的各個部分的運(yùn)動情況往往不同，即物體各部分之間還有相對運(yùn)動，比如物體運(yùn)動過程的形變等。但在物體的一些運(yùn)動過程中，比如木塊沿斜面的下滑過程，木塊各部分的運(yùn)動情況（如位移、速度、加速度等）是完全一樣的，這時我們就可以把木塊看成是一個有質(zhì)量的幾何點(diǎn)，即質(zhì)點(diǎn)。木塊的運(yùn)動就可以用該質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動來替代。在很多情況下，比如高速公路上運(yùn)動的汽車，汽車的各個部分的運(yùn)動是不同的，車輪的轉(zhuǎn)動，發(fā)動機(jī)零件的高速運(yùn)轉(zhuǎn)等運(yùn)動各不相同。但是，如果我們只對汽車的整體運(yùn)動感興趣的話，汽車各部分的運(yùn)動就與考慮的問題無關(guān)，因此我們?nèi)钥梢园哑嚳闯墒且粋€質(zhì)點(diǎn)。另外，從運(yùn)動學(xué)的角度來看，如果物體的大小和它的運(yùn)動范圍相比很小時，也可以不考慮物體的大小和形狀對運(yùn)動問題的影響。比如，當(dāng)只研究地球繞太陽的公轉(zhuǎn)規(guī)律時，因?yàn)榈厍虻木€度與地球公轉(zhuǎn)軌道相比還不到萬分之一，因此，可以把地球看成是質(zhì)點(diǎn)。但是，即使對同一個研究對象，能否把它看成質(zhì)點(diǎn)，要根據(jù)研究的問題來定。比如，同樣對于地球，當(dāng)我們要研究地球表面的潮汐運(yùn)動規(guī)律時，就必須考慮太陽和月球?qū)Φ厍虮砻娌煌胤胶Ｋ囊ψ饔靡?guī)律，這時，就不能把地球看成質(zhì)點(diǎn)。

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