新世紀物理學

前言

　　在我國當代高等教育由“精英教育”向“大眾教育”轉(zhuǎn)變時期，以培養(yǎng)“應用型人才”為主要目標的獨立學院的創(chuàng)建與發(fā)展，是振興中華、提高全民族文化素質(zhì)和科學素質(zhì)的重大舉措之一。　　大學物理是高等教育的基礎課。物理學是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運動的最基本、最普遍的規(guī)律的學科，也是人類文明進步的動力，新技術(shù)、新發(fā)明的先導和源泉之一。大學物理是重要的基礎課，掌握物理學的基本概念和規(guī)律、分析問題及解決問題的方法，不但對理工科的學生來說是至關重要的，而且對人文、經(jīng)濟、法律、社會政治乃至文化藝術(shù)等學科的學生也是有益的。　　吳大江教授主編的《新世紀物理學》，是他和辛勤耕耘在獨立學院的同行們在長期的教學實踐中，根據(jù)教學大綱要求，緊密結(jié)合學生的實際編寫而成的。本教材既達到了大學本科的基本水平，又突出了應用型、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，具有如下鮮明的特點：　　一、圍繞基本要求，對物理學的基本知識和應用能力的培養(yǎng)進行科學設計，使兩者緊密結(jié)合、相互配合。在闡述物理基礎知識方面，明晰了概念引入、概念形成和概念應用，繼承、發(fā)揚了理工科精品教材中知識的系統(tǒng)性、科學性、嚴謹性等特點，同時強調(diào)中學物理和大學物理的聯(lián)系和過渡，突出物理學中的科學方法和創(chuàng)新思維?！　《?、將經(jīng)典理論與其在現(xiàn)代科學技術(shù)中的應用緊密結(jié)合。與此同時，增加了趣味性、故事性、生動性素材的引入，將會提高同學們學習物理學的興趣?！　∪⒔滩囊晕锢砟Ｐ?、例題分析、知識拓展為主線貫穿始終，力求促進能力和素質(zhì)培養(yǎng)。對基本現(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，強調(diào)物理過程、解題思路、抽象思維、形象思維、辯證思維以及科學方法。培養(yǎng)學生的觀察力、思維力、自學力和創(chuàng)新能力?！　∷摹⒃诤霌P中華數(shù)千年科技文明的同時，本教材還在將中西方兩種教育方式的優(yōu)點和諧地統(tǒng)一起來方面進行了有意義的探索，努力將注重基礎理論和知識傳授的傳統(tǒng)和學習能力及創(chuàng)新意識培養(yǎng)的理念結(jié)合起來?！　‰S著我國高等教育的發(fā)展和高校教學改革的不斷深入，結(jié)合獨立學院實際、適合應用性人才培養(yǎng)的精品教材必將進一步促進我國高校教學質(zhì)量的提高。

內(nèi)容概要

　　當代教育由“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為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕴岣吣芰Α⒓訌娝刭|(zhì)培養(yǎng)為主，這種精神也特別要在教材方面予以體現(xiàn)?！缎率兰o物理學（第2版）》是根據(jù)高等院校大學物理課程教學的基本要求，汲取國內(nèi)外精品教材的精華，在教學改革的實踐中總結(jié)教學經(jīng)驗編寫而成的。　　全書分為第一篇力學，第二篇電磁學，第三篇熱學（統(tǒng)計物理學基礎和熱力學基礎），第四篇振動、波動與波動光學（機械振動、機械波基礎和波動光學），以及第五篇近代物理學（狹義相對論力學基礎和量子力學基礎）?！　　缎率兰o物理學（第2版）》可作為高等工科院校、各獨立學院的大學物理課程的教材；也可供綜合大學非物理專業(yè)、高等師范、成人教育和職工大學等院校作為大學物理課程的教材或參考書。

書籍目錄

第一篇 力學第1章 質(zhì)點運動學1.1 機械運動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 運動的描述1.2 質(zhì)點的運動學方程1.2.1 基本概念1.2.2 質(zhì)點的運動學方程和軌跡方程1.3 位移速度1.4 加速度1.5 圓周運動的角量描述1.6 相對運動思考題習題第2章 牛頓運動定律2.1 牛頓運動定律2.1.1 基本概念2.1.2 牛頓運動定律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 牛頓運動定律的應用習題第3章 動量守恒3.1 沖量與動量定理3.1.1 沖量3.1.2 質(zhì)點的動量定理3.1.3 質(zhì)點系的動量定理3.2 動量守恒定律習題第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 動能定理4.2.1 質(zhì)點的動能定理4.2.2 質(zhì)點的動能定理應用舉例4.3 質(zhì)點系的勢能4.3.1 保守力場4.3.2 勢能4.4 機械能守恒定律能量守恒定律4.4.1 機械能守恒定律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 對稱性與守恒定律4.6 理想流體的流動4.6.1 穩(wěn)定流動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 伯努利方程的應用思考題習題第5章 剛體力學5.1 質(zhì)點的角動量質(zhì)點的角動量守恒5.1.1 質(zhì)點的角動量5.1.2 質(zhì)點的角動量定理5.1.3 質(zhì)點角動量守恒定律5.2 剛體的基本運動5.2.1 剛體5.2.2 剛體的平動5.2.3 剛體的定軸轉(zhuǎn)動5.3 剛體的定軸轉(zhuǎn)動5.3.1 基本角量5.3.2 力矩5.3.3 轉(zhuǎn)動定理5.3.4 剛體的轉(zhuǎn)動慣量的計算5.3.5 轉(zhuǎn)動定理的應用5.4 剛體定軸轉(zhuǎn)動的功和能5.4.1 力矩的功5.4.2 剛體定軸轉(zhuǎn)動的動能5.4.3 動能定理5.5 剛體定軸轉(zhuǎn)動的角動量5.5.1 剛體定軸轉(zhuǎn)動的角動量5.5.2 剛體定軸轉(zhuǎn)動的角動量定理5.5.3 剛體定軸轉(zhuǎn)動的角動量守恒定律思考題習題第二篇 電磁學第6章 真空中的靜電場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 電場強度的定義及計算6.2.1 電場強度6.2.2 場強疊加原理6.2.3 電場強度的計算6.3 電通量高斯定理6.3.1 電場線6.3.2 電場強度通量6.3.3 高斯定理6.3.4 高斯定理的應用6.4 靜電場的環(huán)路定理6.4.1 靜電場力的功6.4.2 靜電場的環(huán)路定理6.5 電勢6.5.1 電勢能6.5.2 電勢的定義6.5.3 電勢差6.5.4 電勢疊加原理6.5.5 求解靜電場中電勢的幾種方法6.5.6 等勢面6.5.7 電勢與電場強度的微分關系思考題習題第7章 靜電場中的導體和電介質(zhì)7.1 靜電場中的導體7.1.1 靜電感應現(xiàn)象7.1.2 導體靜電平衡條件7.1.3 導體存在時靜電場的分析與計算7.2 電容電容器7.2.1 孤立導體的電容7.2.2 電容器7.2.3 電容器儲存的靜電場的能量7.2.4 靜電場的能量能量密度7.3 靜電場中的電介質(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)對電場的影響7.3.4 幾種電介質(zhì)的相對介電常量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題第8章 穩(wěn)恒磁場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 磁場磁感應強度8.2.1 磁力與電荷的運動8.2.2 磁感應強度8.3 畢奧-薩伐爾定律及應用8.3.1 電流元……第9章 變化的電磁場第三篇 熱學第10章 統(tǒng)計物理學基礎第11章 熱力學基礎第四篇 振動、波動與波動光學第12章 機械振動第13章 機械波基礎第14章 波動光學第五篇 近代物理第15章 狹義相對論力學基礎第16章 量子力學基礎附錄一 國際單位制（SI）附錄二 常用基本物理常數(shù)表附錄三 習題參考答案參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第一篇 力學　　力學是一門古老的學科。在我國，其淵源可追溯到公元前5世紀《墨經(jīng)》中關于杠桿原理的論述；在西方，可追溯到公元前4世紀古希臘學者柏拉圖認為圓運動是天體的最完美的運動和亞里士多德關于力產(chǎn)生運動的說教。但是，力學（以及整個物理學）成為一門科學理論應該說是從17世紀伽利略論述慣性運動，繼而牛頓提出運動三定律，才逐漸形成的。以牛頓運動三定律為基礎的力學理論叫做牛頓力學或經(jīng)典力學。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世紀初，雖然發(fā)現(xiàn)了它的局限性，在高速領域被相對論所取代，在微觀領域被量子力學所取代，但是在一般的技術(shù)領域，包括機械制造、土木建筑，甚至航空航天技術(shù)中，經(jīng)典力學仍然保持著充沛的活力，起著基礎理論的作用。它的這種實用性是我們學習經(jīng)典力學的一個重要原因。所以，學習力學的基本原理對于研究物理學的其他內(nèi)容以及自然科學的其他科學也具有重要的意義?！　〗?jīng)典力學一向被認為是決定論的。但在20世紀60年代，由于計算機的發(fā)明和應用，人們發(fā)現(xiàn)經(jīng)典力學問題大部分不是決定論的。且是不可預測的。牛頓力學告訴人們：在物體受力已知的情況下，給定初始條件，物體以后的運動情況（任何時刻的位置、速度等）就完全確定了，并且可以預測，這就是決定論的可預測性。但實際上，牛頓力學顯示出來的決定論的可預測性，只是那些受力和位置或速度有線性關系的系統(tǒng)（這樣的系統(tǒng)叫線性系統(tǒng)）才具有，而對于受力比較復雜的非線性系統(tǒng)，雖然受牛頓力學的決定論的支配，結(jié)果卻是不可預測的?！　Q定論的不可預測性是19世紀法國偉大的數(shù)學家龐加萊在研究三體問題時提出來的，但沒有引起物理學家的注意。直到美國氣象學家洛侖茲使用計算機發(fā)現(xiàn)混沌運動時，才指出：長期的天氣預報是不可能的。他把這種天氣預報對于初值的極端敏感反應用一個很風趣的詞“蝴蝶效應”來表述——“今天在北京一只蝴蝶拍動一下翅膀，可能下月在紐約引起一場暴風雪”。在自然界中，決定與混沌（或隨機）共存而且緊密聯(lián)系。目前，對混沌現(xiàn)象的研究不但在自然科學領域受到人們的極大關注，而且已經(jīng)擴展到人文科學，比如在經(jīng)濟學和社會學等領域，混沌現(xiàn)象也受到了極大的關注。　　自然界的一切物質(zhì)都處于永恒的運動中。物質(zhì)運動的形式是多種多樣的，其中機械運動是最簡單、最基本的運動。所謂機械運動是指物體的位置隨時間的改變而改變的運動。力學就是研究物體機械運動的規(guī)律及其應用的科學，而牛頓運動定律是經(jīng)典力學的基礎?！　”酒仃U述下列3個問題：　?。?）如何描述物體的運動狀態(tài)。在運動學中，物體的運動狀態(tài)是用位置矢量和速度矢量來描述的，而物體運動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，加深對運動的相對性、瞬間性、矢量性和疊加性等基本性質(zhì)的認識?！　。?）從牛頓運動三定律出發(fā)，首先得出現(xiàn)代物理學表征機械運動的3個基本量：動量、角動量和動能，然后再進一步揭示機械運動的三大守恒定律和定理——動量守恒定律、角動量守恒定律和能量守恒定律，以及動量定理、角動量定理和動能定理?！　。?）利用矢量代數(shù)和微積分知識，通過舉例說明，如何在給定條件下建立和解出物體的運動學方程、軌跡方程，從而對物體運動過程的全貌有一定的認識。

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