图书简介
本书参照了教育部物理基础课程教学指导分委员会制订的《理工科非物理类专业大学物理课程教学基本要求》,涵盖了基本要求中的核心内容。在内容选取上采用压缩经典,简化近代;削枝强干,突出重点;简约理论论证,适度增加应用等方法,以适应不同院校和专业对大学物理的要求。同时考虑到技术应用型院校的特点和实际情况,在保证必要的基本训练的基础上,适度降低了例题和习题的难度。
全书分上、下两册。上册内容包括力学、机械振动、机械波和热学。下册包括电磁学、光学、狭义相对论和量子物理。
本书可作为技术应用型高等院校工科类各专业大学物理课程的教材,可作为非物理专业大学物理课程的教材或参考书,也可供文理科相关专业选用和社会读者阅读。
前言
物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式以及相互作用规律的科学,是人类探索自然奥秘的过程中形成的学科。物理学最初是从对力学运动规律的研究发展起来的,后来又研究热现象、电磁现象、光现象以及辐射的规律。到19世纪末,物理学已经形成了一个完整的体系,被称为经典物理学。在20世纪初的30年里,物理学经历了一场伟大的革命——相对论和量子力学诞生了,从此产生了近代物理学。相对论和量子力学是现代物理学的两大理论支柱,直接促进了现代科学技术的发展。超大规模的集成电路、人工设计的新型材料、激光技术的应用和发展、低温与超导、新能源的开发和应用等,究其根源,无不以现代物理学基本原理为基础。
以经典物理学、近代和现代物理学基础为主要内容的大学物理课程,是高等院校非物理专业学生的一门重要的学习课程。该课程在学生科学素质的培养、科学技术的学习中起着重要的作用。
随着时代的发展,年轻人的兴趣和志向更加多元化,我国高等教育的大众化的步伐,使得人才培养模式发生了重大变化。因此作者和教师的任务就是探索如何在新形势下,教好大学物理这门课,以适应21世纪对高素质人才的科学素质的需要。本书就是为了满足培养技术应用型人才的高等学校对大学物理课程改革发展和实际教学的要求而编写的。以下几点是本书编写的主要思路与特点。
(1)提高全民族科学文化素质,培养具有一定理论知识和较强实践能力的技术应用型人才,是技术应用型人才教育的价值取向。在这样的教育思想指导下,以“基本要求”中的核心内容构成本书的基本框架,同时选取少量的拓展内容作为知识的扩展和延伸,所有拓展内容
均冠以“*”号,删去它们并不影响全书的系统性和连贯性。并且选取了一定数量的与教材内容相配合的原理应用的内容和阅读材料
,以便使学生了解物理学的基础性、前瞻性,以及物理学与人们生活的密切相关性,增加学生学习的趣味性,拓宽视野和创新意识。
(2) 在内容选取上,一方面,尽可能地从现代物理学的认识高度,自上而下审视经典物理学内容;另一方面,现代物理学内容较抽象,涉及的数学深奥、复杂,对于低年级非物理专业学生实施教学有一定的难度,因此在处理这部分内容时,可采用普通物理学的教学方法。本书在注重物理概念准确性的基础上,尽可能避免复杂的数学推证,采用图形图像,在物理概念、物理规律的阐述上力求运用辩证唯物主义观点,做到由浅入深、由易到难、由具体到抽象、由特殊到一般。文字流畅、通俗易懂、便于自学。
(3)本书在内容衔接上,避免了与中学物理内容的简单重复,而是在中学物理的基础上深入提高,并增加了许多高等工科大学应有的物理内容。考虑到不同地区、不同专业大学物理教学的情况,并且考虑了中学物理课程改革对大学物理课程教学可能带来的影响,适度地降低了部分内容的起点,希望能较好地与中学物理基础相衔接。
(4)本书的一个特点是加强例题和习题的基础性、应用性和典型性。有些题目与实践的联系较密切,且物理原理清楚,有较强的实际应用意义和一定的趣味性。并且习题内容和数量选择与教材内容相配合,类型有填空题、选择题和计算题,难度由浅到深,有较好的适用性。 (5)本书还注意了以现代观点审视传统物理教学内容,根据现代教育思想理念,充分利用各种现代教育技术手段,全面整合文字和数字等资源,构成较为完整的教学资源体系。由纸质教材、纸质辅助教材、电子教案和网络课程等组成立体化系列教材。
全书采用国际(SI)单位制,书后有矢量运算、物理量的名称、符号及单位、常用物理常量表、习题参考答案及参考文献。
本书分为上、下两册。由袁艳红教授主编,陈锐老师统稿。
袁艳红老师编写了正文;陈锐老师编写了第5、6、7、8、13、14、15章的习题,并画了相应章节的图;赵华老师编写了第1、2、3、4章的习题,并画了第11、12章的图;金华老师编写了第9、10、11、12章的习题,并画了第9、10章的图;柯磊老师编写了英语的物理名词和部分原理的应用;林星星老师画了第1、2、3、4、7、8章的图。陈锐、赵华、林璠老师对本书进行了校对。
本书由陕西师范大学的苗润才教授和上海电机学院的杨若凡教授担任主审工作,他们在评审时对原稿提出了十分详尽和具体的修改意见。在本书的编写和修改过程中,得到了上海电机学院的孙振武教授和朱泰英教授的帮助和关心。在此谨向他们表示诚挚的感谢。
由于编者学识和教学经验所限,可能对基本要求理解不深,处理不当,书中缺点和错误在所难免,真诚企盼使用本书的读者批评指正。
编者
2010年8月
目录
第9章静电场
9.1电荷和库仑定律
9.1.1电荷的量子化
9.1.2电荷守恒定律
9.1.3库仑定律
9.1.4静电力叠加原理
9.2电场和电场强度
9.2.1电场
9.2.2电场强度
9.2.3点电荷的电场强度
9.2.4电场强度叠加原理
9.2.5任意带电体(连续带电体)的电场强度
原理应用喷墨打印机
9.3电场强度通量高斯定理
9.3.1电场线
9.3.2电场强度通量
9.3.3高斯定理
9.3.4高斯定理的应用
9.4静电场的环路定理电势
9.4.1静电场力是保守力
9.4.2静电场的环路定理
9.4.3电势能电势和电势差
9.4.4电势的计算
9.5电势与电场强度的关系
9.5.1等势面
9.5.2电势与电场强度的关系
原理应用离子推进器
内容提要
习题
第10章静电场中的导体和电介质
10.1静电场中的导体
10.1.1导体的静电平衡条件
10.1.2静电平衡时导体上电荷的分布
10.1.3静电屏蔽
原理应用静电除尘器
10.2静电场中的电介质
10.2.1电介质对电场的影响相对电容率
10.2.2电介质的极化
10.2.3电极化强度矢量
10.3电位移有电介质时的高斯定理
10.3.1有电介质时的高斯定理
10.3.2电场强度、电极化强度和电位移之间的关系
10.4电容电容器
10.4.1孤立导体的电容
10.4.2电容器的电容
10.4.3电容器的并联和串联
10.5静电场的能量
原理应用心脏除颤器
内容提要
习题
第11章稳恒磁场
11.1恒定电流
11.1.1电流电流密度
11.1.2恒定电流
11.1.3电动势
11.2磁场磁感应强度
11.2.1磁的基本现象
11.2.2磁感应强度
11.3毕奥萨伐尔定律
11.3.1磁场叠加原理
11.3.2毕奥萨伐尔定律
11.3.3毕奥萨伐尔定律的应用举例
11.3.4磁矩
11.4磁场的高斯定理
11.4.1磁感应线
11.4.2磁通量
11.4.3磁场的高斯定理及其应用
11.5安培环路定理
11.5.1安培环路定理
11.5.2安培环路定理的应用
11.6磁场对载流导线的作用
11.6.1安培定律
11.6.2磁场对平面载流线圈作用的力矩
原理应用电力系统中母线所受的安培力
11.7磁场对运动电荷的作用
11.7.1洛伦兹力带电粒子在均匀磁场中的运动
11.7.2带电粒子在现代电磁场技术中的应用举例
11.8磁场中的磁介质
11.8.1磁介质磁化强度
11.8.2磁介质中的安培环路定理磁场强度
原理应用超导
内容提要
习题
第12章电磁感应与电磁场
12.1电磁感应现象及其基本规律
12.1.1电磁感应现象
12.1.2法拉第电磁感应定律
12.1.3楞次定律
原理应用电吉他
12.2动生电动势和感生电动势
12.2.1动生电动势
12.2.2感生电动势
12.2.3涡电流
原理应用磁悬浮技术
12.3互感和自感
12.3.1互感现象互感和互感电动势
12.3.2自感现象自感和自感电动势
12.4磁场的能量
12.4.1载流长直螺线管的磁能
12.4.2磁场的能量
*12.5麦克斯韦电磁场理论简介
12.5.1位移电流全电流的安培环路定理
12.5.2涡旋电场
12.5.3麦克斯韦方程的积分形式
*12.6电磁振荡电磁波
12.6.1电磁波的产生与传播
12.6.2真空中的平面电磁波及其特性
12.6.3真空中电磁波的能量
12.6.4电磁波谱
原理应用核磁共振及其医学成像原理
内容提要
习题
第13章光学
*13.1几何光学的基本原理
13.1.1光的直线传播定律
13.1.2光的反射和折射定律
13.1.3全反射
*13.2光在平面和球面上的成像以及薄透镜成像规律
13.2.1光在平面上的反射、折射成像
13.2.2光在球面上的折射和反射成像
13.2.3薄透镜
*13.3光学仪器
13.3.1照相机
13.3.2显微镜
13.3.3望远镜
13.4相干光
13.4.1光的相干性
13.4.2普通光源的发光机制
13.4.3相干光的获得
13.5杨氏双缝干涉劳埃德镜
13.5.1杨氏双缝干涉实验
13.5.2劳埃德镜实验
13.6光程薄膜干涉
13.6.1光程
13.6.2薄膜干涉
原理应用激光干涉仪
13.7光的衍射单缝衍射
13.7.1光的衍射现象
13.7.2惠更斯菲涅耳原理
13.7.3单缝衍射
13.8光栅光栅衍射
13.8.1光栅
13.8.2光栅衍射
13.9光的偏振
13.9.1光的偏振线偏振光和自然光
13.9.2偏振片起偏和检偏
13.9.3马吕斯定律
13.9.4反射光和折射光的偏振
*13.10激光简介
13.10.1激光的基本原理
13.10.2氦氖激光器
13.10.3激光的特点及应用
原理应用全息摄影
内容提要
习题
第14章狭义相对论
14.1伽利略变换牛顿力学相对性原理遇到的困难
14.1.1伽利略相对性原理伽利略变换
14.1.2经典力学的时空观
14.1.3光速依赖于惯性参考系的选取吗
14.2狭义相对论的基本原理洛伦兹变换
14.2.1狭义相对论的基本原理
14.2.2洛伦兹变换式
*14.2.3洛伦兹速度变换式
14.3狭义相对论的时空观
14.3.1同时性的相对性
14.3.2时间的延缓
14.3.3长度收缩
14.4狭义相对论动力学基础
14.4.1质量与速度的关系
14.4.2相对论的动量
14.4.3相对论的动能
14.4.4相对论能量质能关系
14.4.5相对论的动量和能量关系
原理应用原子核裂变和聚变
原理应用光伏发电简介
内容提要
习题
第15章量子物理
15.1黑体辐射普朗克能量子假设
15.1.1黑体黑体辐射
15.1.2黑体辐射的瑞利金斯公式经典物理的困难
15.1.3普朗克假设普朗克黑体辐射公式
15.2光电效应爱因斯坦方程
15.2.1光电效应的实验规律
15.2.2光的波动说遇到的困难
15.2.3爱因斯坦方程
15.2.4光的波粒二象性
15.3康普顿效应
15.4氢原子的玻尔理论
15.4.1氢原子光谱的规律性
15.4.2氢原子的玻尔理论
15.5德布罗意波实物粒子的二象性
15.5.1德布罗意假设
15.5.2德布罗意假设的实验验证
原理应用扫描隧穿显微镜
15.6不确定关系
*15.7波函数薛定谔方程及简单应用
15.7.1波函数及其统计解释
15.7.2薛定谔方程
15.7.3薛定谔方程的应用
原理应用碳纳米管及其应用
内容提要
习题
附录G电磁学、光学和近代物理的量和单位
习题参考答案
参考文献