新世紀(jì)物理學(xué)

前言

　　在我國當(dāng)代高等教育由“精英教育”向“大眾教育”轉(zhuǎn)變時(shí)期，以培養(yǎng)“應(yīng)用型人才”為主要目標(biāo)的獨(dú)立學(xué)院的創(chuàng)建與發(fā)展，是振興中華、提高全民族文化素質(zhì)和科學(xué)素質(zhì)的重大舉措之一?！　〈髮W(xué)物理是高等教育的基礎(chǔ)課。物理學(xué)是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)的最基本、最普遍的規(guī)律的學(xué)科，也是人類文明進(jìn)步的動(dòng)力，新技術(shù)、新發(fā)明的先導(dǎo)和源泉之一。大學(xué)物理是重要的基礎(chǔ)課，掌握物理學(xué)的基本概念和規(guī)律、分析問題及解決問題的方法，不但對(duì)理工科的學(xué)生來說是至關(guān)重要的，而且對(duì)人文、經(jīng)濟(jì)、法律、社會(huì)政治乃至文化藝術(shù)等學(xué)科的學(xué)生也是有益的?！　谴蠼淌谥骶幍摹缎率兰o(jì)物理學(xué)》，是他和辛勤耕耘在獨(dú)立學(xué)院的同行們?cè)陂L期的教學(xué)實(shí)踐中，根據(jù)教學(xué)大綱要求，緊密結(jié)合學(xué)生的實(shí)際編寫而成的。本教材既達(dá)到了大學(xué)本科的基本水平，又突出了應(yīng)用型、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，具有如下鮮明的特點(diǎn)：　　一、圍繞基本要求，對(duì)物理學(xué)的基本知識(shí)和應(yīng)用能力的培養(yǎng)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，使兩者緊密結(jié)合、相互配合。在闡述物理基礎(chǔ)知識(shí)方面，明晰了概念引入、概念形成和概念應(yīng)用，繼承、發(fā)揚(yáng)了理工科精品教材中知識(shí)的系統(tǒng)性、科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性等特點(diǎn)，同時(shí)強(qiáng)調(diào)中學(xué)物理和大學(xué)物理的聯(lián)系和過渡，突出物理學(xué)中的科學(xué)方法和創(chuàng)新思維?！　《⒔?jīng)典理論與其在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用緊密結(jié)合。與此同時(shí)，增加了趣味性、故事性、生動(dòng)性素材的引入，將會(huì)提高同學(xué)們學(xué)習(xí)物理學(xué)的興趣。　　三、教材以物理模型、例題分析、知識(shí)拓展為主線貫穿始終，力求促進(jìn)能力和素質(zhì)培養(yǎng)。對(duì)基本現(xiàn)象、基本概念和基本原理的闡述，深入淺出，增加了典型例題。解題時(shí)，強(qiáng)調(diào)物理過程、解題思路、抽象思維、形象思維、辯證思維以及科學(xué)方法。培養(yǎng)學(xué)生的觀察力、思維力、自學(xué)力和創(chuàng)新能力?！　∷摹⒃诤霌P(yáng)中華數(shù)千年科技文明的同時(shí)，本教材還在將中西方兩種教育方式的優(yōu)點(diǎn)和諧地統(tǒng)一起來方面進(jìn)行了有意義的探索，努力將注重基礎(chǔ)理論和知識(shí)傳授的傳統(tǒng)和學(xué)習(xí)能力及創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)的理念結(jié)合起來?！　‰S著我國高等教育的發(fā)展和高校教學(xué)改革的不斷深入，結(jié)合獨(dú)立學(xué)院實(shí)際、適合應(yīng)用性人才培養(yǎng)的精品教材必將進(jìn)一步促進(jìn)我國高校教學(xué)質(zhì)量的提高。

內(nèi)容概要

　　當(dāng)代教育由“精英教育”向“大眾教育”迅猛發(fā)展，高等教育正由以傳授知識(shí)為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕴岣吣芰?、加?qiáng)素質(zhì)培養(yǎng)為主，這種精神也特別要在教材方面予以體現(xiàn)。《新世紀(jì)物理學(xué)（第2版）》是根據(jù)高等院校大學(xué)物理課程教學(xué)的基本要求，汲取國內(nèi)外精品教材的精華，在教學(xué)改革的實(shí)踐中總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)編寫而成的?！　∪珪譃榈谝黄W(xué)，第二篇電磁學(xué)，第三篇熱學(xué)（統(tǒng)計(jì)物理學(xué)基礎(chǔ)和熱力學(xué)基礎(chǔ)），第四篇振動(dòng)、波動(dòng)與波動(dòng)光學(xué)（機(jī)械振動(dòng)、機(jī)械波基礎(chǔ)和波動(dòng)光學(xué)），以及第五篇近代物理學(xué)（狹義相對(duì)論力學(xué)基礎(chǔ)和量子力學(xué)基礎(chǔ)）?！　　缎率兰o(jì)物理學(xué)（第2版）》可作為高等工科院校、各獨(dú)立學(xué)院的大學(xué)物理課程的教材；也可供綜合大學(xué)非物理專業(yè)、高等師范、成人教育和職工大學(xué)等院校作為大學(xué)物理課程的教材或參考書。

書籍目錄

第一篇 力學(xué)第1章 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)1.1 機(jī)械運(yùn)動(dòng)的基本特征及其描述方法1.1.1 基本概念1.1.2 基本特征1.1.3 運(yùn)動(dòng)的描述1.2 質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程1.2.1 基本概念1.2.2 質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和軌跡方程1.3 位移速度1.4 加速度1.5 圓周運(yùn)動(dòng)的角量描述1.6 相對(duì)運(yùn)動(dòng)思考題習(xí)題第2章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律2.1 牛頓運(yùn)動(dòng)定律2.1.1 基本概念2.1.2 牛頓運(yùn)動(dòng)定律2.2 幾種常見的力和基本的自然力2.2.1 幾種常見的力2.2.2 基本的自然力2.3 牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用習(xí)題第3章 動(dòng)量守恒3.1 沖量與動(dòng)量定理3.1.1 沖量3.1.2 質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量定理3.1.3 質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理3.2 動(dòng)量守恒定律習(xí)題第4章 功和能4.1 功保守力的功4.1.1 功4.1.2 示功圖4.1.3 功率4.1.4 保守力的功4.2 動(dòng)能定理4.2.1 質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能定理4.2.2 質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能定理應(yīng)用舉例4.3 質(zhì)點(diǎn)系的勢(shì)能4.3.1 保守力場(chǎng)4.3.2 勢(shì)能4.4 機(jī)械能守恒定律能量守恒定律4.4.1 機(jī)械能守恒定律4.4.2 功能原理4.4.3 能量守恒定律4.4.4 立用舉例4.5 對(duì)稱性與守恒定律4.6 理想流體的流動(dòng)4.6.1 穩(wěn)定流動(dòng)4.6.2 流線與流管4.6.3 理想流體的連續(xù)性方程4.6.4 伯努利方程4.6.5 伯努利方程的應(yīng)用思考題習(xí)題第5章 剛體力學(xué)5.1 質(zhì)點(diǎn)的角動(dòng)量質(zhì)點(diǎn)的角動(dòng)量守恒5.1.1 質(zhì)點(diǎn)的角動(dòng)量5.1.2 質(zhì)點(diǎn)的角動(dòng)量定理5.1.3 質(zhì)點(diǎn)角動(dòng)量守恒定律5.2 剛體的基本運(yùn)動(dòng)5.2.1 剛體5.2.2 剛體的平動(dòng)5.2.3 剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)5.3 剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)5.3.1 基本角量5.3.2 力矩5.3.3 轉(zhuǎn)動(dòng)定理5.3.4 剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算5.3.5 轉(zhuǎn)動(dòng)定理的應(yīng)用5.4 剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的功和能5.4.1 力矩的功5.4.2 剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能5.4.3 動(dòng)能定理5.5 剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角動(dòng)量5.5.1 剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角動(dòng)量5.5.2 剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角動(dòng)量定理5.5.3 剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角動(dòng)量守恒定律思考題習(xí)題第二篇 電磁學(xué)第6章 真空中的靜電場(chǎng)6.1 庫侖定律及靜電力疊加原理6.1.1 電荷6.1.2 庫侖定律6.1.3 靜電力疊加原理6.2 電場(chǎng)強(qiáng)度的定義及計(jì)算6.2.1 電場(chǎng)強(qiáng)度6.2.2 場(chǎng)強(qiáng)疊加原理6.2.3 電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算6.3 電通量高斯定理6.3.1 電場(chǎng)線6.3.2 電場(chǎng)強(qiáng)度通量6.3.3 高斯定理6.3.4 高斯定理的應(yīng)用6.4 靜電場(chǎng)的環(huán)路定理6.4.1 靜電場(chǎng)力的功6.4.2 靜電場(chǎng)的環(huán)路定理6.5 電勢(shì)6.5.1 電勢(shì)能6.5.2 電勢(shì)的定義6.5.3 電勢(shì)差6.5.4 電勢(shì)疊加原理6.5.5 求解靜電場(chǎng)中電勢(shì)的幾種方法6.5.6 等勢(shì)面6.5.7 電勢(shì)與電場(chǎng)強(qiáng)度的微分關(guān)系思考題習(xí)題第7章 靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體和電介質(zhì)7.1 靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體7.1.1 靜電感應(yīng)現(xiàn)象7.1.2 導(dǎo)體靜電平衡條件7.1.3 導(dǎo)體存在時(shí)靜電場(chǎng)的分析與計(jì)算7.2 電容電容器7.2.1 孤立導(dǎo)體的電容7.2.2 電容器7.2.3 電容器儲(chǔ)存的靜電場(chǎng)的能量7.2.4 靜電場(chǎng)的能量能量密度7.3 靜電場(chǎng)中的電介質(zhì)電介質(zhì)的極化7.3.1 電介質(zhì)及其分類7.3.2 電介質(zhì)的極化7.3.3 電介質(zhì)對(duì)電場(chǎng)的影響7.3.4 幾種電介質(zhì)的相對(duì)介電常量7.3.5 電介質(zhì)的擊穿7.4 電介質(zhì)中的高斯定理電位移矢量習(xí)題第8章 穩(wěn)恒磁場(chǎng)8.1 電流8.1.1 電流和電流密度8.1.2 恒定電流的重要性質(zhì)8.2 磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度8.2.1 磁力與電荷的運(yùn)動(dòng)8.2.2 磁感應(yīng)強(qiáng)度8.3 畢奧-薩伐爾定律及應(yīng)用8.3.1 電流元……第9章 變化的電磁場(chǎng)第三篇 熱學(xué)第10章 統(tǒng)計(jì)物理學(xué)基礎(chǔ)第11章 熱力學(xué)基礎(chǔ)第四篇 振動(dòng)、波動(dòng)與波動(dòng)光學(xué)第12章 機(jī)械振動(dòng)第13章 機(jī)械波基礎(chǔ)第14章 波動(dòng)光學(xué)第五篇 近代物理第15章 狹義相對(duì)論力學(xué)基礎(chǔ)第16章 量子力學(xué)基礎(chǔ)附錄一 國際單位制（SI）附錄二 常用基本物理常數(shù)表附錄三 習(xí)題參考答案參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第一篇 力學(xué)　　力學(xué)是一門古老的學(xué)科。在我國，其淵源可追溯到公元前5世紀(jì)《墨經(jīng)》中關(guān)于杠桿原理的論述；在西方，可追溯到公元前4世紀(jì)古希臘學(xué)者柏拉圖認(rèn)為圓運(yùn)動(dòng)是天體的最完美的運(yùn)動(dòng)和亞里士多德關(guān)于力產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的說教。但是，力學(xué)（以及整個(gè)物理學(xué)）成為一門科學(xué)理論應(yīng)該說是從17世紀(jì)伽利略論述慣性運(yùn)動(dòng)，繼而牛頓提出運(yùn)動(dòng)三定律，才逐漸形成的。以牛頓運(yùn)動(dòng)三定律為基礎(chǔ)的力學(xué)理論叫做牛頓力學(xué)或經(jīng)典力學(xué)。它曾經(jīng)被尊為完美無缺的普遍的理論而興盛了約300年。20世紀(jì)初，雖然發(fā)現(xiàn)了它的局限性，在高速領(lǐng)域被相對(duì)論所取代，在微觀領(lǐng)域被量子力學(xué)所取代，但是在一般的技術(shù)領(lǐng)域，包括機(jī)械制造、土木建筑，甚至航空航天技術(shù)中，經(jīng)典力學(xué)仍然保持著充沛的活力，起著基礎(chǔ)理論的作用。它的這種實(shí)用性是我們學(xué)習(xí)經(jīng)典力學(xué)的一個(gè)重要原因。所以，學(xué)習(xí)力學(xué)的基本原理對(duì)于研究物理學(xué)的其他內(nèi)容以及自然科學(xué)的其他科學(xué)也具有重要的意義。　　經(jīng)典力學(xué)一向被認(rèn)為是決定論的。但在20世紀(jì)60年代，由于計(jì)算機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)經(jīng)典力學(xué)問題大部分不是決定論的。且是不可預(yù)測(cè)的。牛頓力學(xué)告訴人們：在物體受力已知的情況下，給定初始條件，物體以后的運(yùn)動(dòng)情況（任何時(shí)刻的位置、速度等）就完全確定了，并且可以預(yù)測(cè)，這就是決定論的可預(yù)測(cè)性。但實(shí)際上，牛頓力學(xué)顯示出來的決定論的可預(yù)測(cè)性，只是那些受力和位置或速度有線性關(guān)系的系統(tǒng)（這樣的系統(tǒng)叫線性系統(tǒng)）才具有，而對(duì)于受力比較復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，雖然受牛頓力學(xué)的決定論的支配，結(jié)果卻是不可預(yù)測(cè)的?！　Q定論的不可預(yù)測(cè)性是19世紀(jì)法國偉大的數(shù)學(xué)家龐加萊在研究三體問題時(shí)提出來的，但沒有引起物理學(xué)家的注意。直到美國氣象學(xué)家洛侖茲使用計(jì)算機(jī)發(fā)現(xiàn)混沌運(yùn)動(dòng)時(shí)，才指出：長期的天氣預(yù)報(bào)是不可能的。他把這種天氣預(yù)報(bào)對(duì)于初值的極端敏感反應(yīng)用一個(gè)很風(fēng)趣的詞“蝴蝶效應(yīng)”來表述——“今天在北京一只蝴蝶拍動(dòng)一下翅膀，可能下月在紐約引起一場(chǎng)暴風(fēng)雪”。在自然界中，決定與混沌（或隨機(jī)）共存而且緊密聯(lián)系。目前，對(duì)混沌現(xiàn)象的研究不但在自然科學(xué)領(lǐng)域受到人們的極大關(guān)注，而且已經(jīng)擴(kuò)展到人文科學(xué)，比如在經(jīng)濟(jì)學(xué)和社會(huì)學(xué)等領(lǐng)域，混沌現(xiàn)象也受到了極大的關(guān)注?！　∽匀唤绲囊磺形镔|(zhì)都處于永恒的運(yùn)動(dòng)中。物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的形式是多種多樣的，其中機(jī)械運(yùn)動(dòng)是最簡(jiǎn)單、最基本的運(yùn)動(dòng)。所謂機(jī)械運(yùn)動(dòng)是指物體的位置隨時(shí)間的改變而改變的運(yùn)動(dòng)。力學(xué)就是研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及其應(yīng)用的科學(xué)，而牛頓運(yùn)動(dòng)定律是經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)。　　本篇著重闡述下列3個(gè)問題：　?。?）如何描述物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在運(yùn)動(dòng)學(xué)中，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是用位置矢量和速度矢量來描述的，而物體運(yùn)動(dòng)的變化則是用加速度矢量來描述。通過速度和加速度等概念的建立，加深對(duì)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性、瞬間性、矢量性和疊加性等基本性質(zhì)的認(rèn)識(shí)?！　。?）從牛頓運(yùn)動(dòng)三定律出發(fā)，首先得出現(xiàn)代物理學(xué)表征機(jī)械運(yùn)動(dòng)的3個(gè)基本量：動(dòng)量、角動(dòng)量和動(dòng)能，然后再進(jìn)一步揭示機(jī)械運(yùn)動(dòng)的三大守恒定律和定理——?jiǎng)恿渴睾愣?、角?dòng)量守恒定律和能量守恒定律，以及動(dòng)量定理、角動(dòng)量定理和動(dòng)能定理?！　。?）利用矢量代數(shù)和微積分知識(shí)，通過舉例說明，如何在給定條件下建立和解出物體的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程、軌跡方程，從而對(duì)物體運(yùn)動(dòng)過程的全貌有一定的認(rèn)識(shí)。

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