大学物理学简明教程

　　本书是供少学时（60～65学时）的工、农、医、商、邮、交通和采矿等本科各专业大学物理学课程的教学用书。本书是参照教育部物理基础课程教育指导分委员会颁布的《理工科类大学物理课程教学基本要求》而编写的。主要内容有力学、电学、机械振动与机械波、波动光学、热力学和量子物理简介等，每章列有问题、习题，习题附有解答。全书在内容的深、广度上做了必要的调整和损益，在论述和演证上尽去枝蔓，力求简便易读，相应的例题和习题在难易度和题量上以达到基本训练为度；在近代物理（如狭义相对论、量子物理学等）方面不做赘述，仅做简略介绍或提供一些相关的结论。这样，在不影响教学基本要求和可读性的前提下，与一般的同类教材相比，在篇幅上十去其五六。本书可兼作函授、网络教育和高等职业技术学院等的教学用书。

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前言
第0章预篇1
0.1物理学物理量及其单位1
0.1.1物理学1
0.1.2物理量标量和矢量1
0.1.3物理量的基准单位1
0.2法定计量单位量纲2
0.2.1法定计量单位2
0.2.2在本书中使用法定计量单位的方法和具体要求4
*0.2.3量纲5
习题06
第1章质点运动学7
1.1参考系和坐标系位矢、位移和路程7
1.1.1参考系7
1.1.2坐标系7
1.1.3位矢8
1.1.4运动函数轨道方程9
1.1.5位移9
1.2速度与加速度10
1.2.1速度速率10
1.2.2加速度11
1.3直线运动13
1.4抛体运动16
1.5圆周运动17
1.5.1变速圆周运动17
1.5.2圆周运动的角量描述19
问题121
习题122
第2章质点动力学的基本定律23
2.1牛顿运动定律23
2.1.1牛顿第一定律23
2.1.2牛顿第二定律24
2.1.3牛顿第三定律25
2.2力学中常见的力26
2.2.1万有引力重力26
2.2.2弹性力27
2.2.3摩擦力29
2.3牛顿运动定律的应用示例30
*2.4宇宙速度黑洞33
2.4.1第一宇宙速度33
2.4.2第二宇宙速度34
2.4.3第三宇宙速度35
2.4.4黑洞35
问题235
习题236
第3章力学中的守恒定律38
3.1功动能定理38
3.1.1功功率38
3.1.2动能定理39
3.1.3系统的动能定理40
3.2保守力的功系统的势能42
3.2.1保守力及其做功的特点42
3.2.2势能44
3.3系统的功能定理机械能守恒定律能量守恒定律45
3.3.1系统的功能定理45
3.3.2机械能守恒定律46
3.3.3能量守恒定律48
3.4冲量与动量质点的动量定理48
3.5系统的动量定理动量守恒定律51
3.5.1系统的动量定理51
3.5.2系统的动量守恒定律51
3.6碰撞53
3.6.1弹性碰撞54
3.6.2完全非弹性碰撞54
*3.7角动量力矩质点的角动量守恒定律55
3.7.1质点的角动量56
3.7.2力矩56
3.7.3质点的角动量定理57
3.7.4质点的角动量守恒定律57
3.8狭义相对论简介及牛顿力学的适用范围58
问题360
习题361
第4章刚体的定轴转动64
4.1刚体的基本运动64
4.1.1刚体的平动64
4.1.2刚体的定轴转动64
4.2刚体定轴转动的转动动能转动惯量67
4.2.1刚体定轴转动的转动动能67
4.2.2刚体的转动惯量67
4.3力矩的功刚体定轴转动的动能定理69
4.3.1力矩69
4.3.2力矩的功70
4.3.3刚体定轴转动的动能定理70
4.4刚体的定轴转动定律73
4.5刚体定轴转动的角动量定理角动量守恒定律75
4.5.1角动量冲量矩角动量定理75
4.5.2角动量守恒定律75
问题477
习题477
*第5章固体的弹性流体力学简介80
5.1固体的形变和弹性80
5.1.1固体的形变80
5.1.2应力与应变80
5.1.3胡克定律材料的弹性模量81
5.1.4梁的弯曲82
5.1.5杆的扭转82
5.1.6弹性极限和强度极限83
5.2流体的压强83
5.2.1静止流体内的压强83
5.2.2静止流体内各点的压强分布规律84
5.2.3帕斯卡定律86
5.2.4阿基米德原理86
5.3理想流体连续性方程87
5.3.1理想流体87
5.3.2定常流动88
5.3.3流线流管总流88
5.3.4连续性方程89
5.4理想流体定常流动的总流伯努利方程89
5.5实际流体定常流动的总流伯努利方程层流和湍流92
问题592
习题593
第6章静电学94
6.1电荷库仑定律94
6.1.1电荷电荷守恒定律94
6.1.2库仑定律95
6.1.3静电力叠加原理95
6.2电场电场强度96
6.2.1电场96
6.2.2电场强度96
6.2.3电场强度叠加原理97
6.3电通量高斯定量100
6.3.1电场线100
6.3.2电通量100
6.3.3高斯定理101
6.4电势104
6.4.1静电力的功静电场的环路定理104
6.4.2电势能电势电势差105
6.4.3电势的计算106
6.4.4等势面107
6.4.5电场强度和电势的关系108
6.5静电场中的导体和电介质108
6.5.1金属导体的静电平衡条件108
6.5.2尖端放电现象和静电屏蔽109
6.5.3电介质的极化现象110
6.6电容电容器静电场的能量111
6.6.1电容电容器111
6.6.2静电场的能量113
问题6114
习题6115
第7章稳恒电流117
7.1电流电流密度117
7.1.1电流117
7.1.2电流密度117
7.2直流电路电阻欧姆定律118
7.2.1直流电路118
7.2.2电阻118
7.2.3欧姆定律119
7.3电流的功焦耳定律119
7.3.1电流的功和功率119
7.3.2焦耳定律119
7.4电动势一段含源电路的欧姆定律120
7.4.1电源及电动势120
7.4.2闭合电路的欧姆定律121
7.4.3一段含源电路的欧姆定律121
7.5基尔霍夫定律122
7.5.1基尔霍夫第一定律122
7.5.2基尔霍夫第二定律123
问题7124
习题7125
第8章稳恒磁场126
8.1磁场磁感应强度126
8.1.1磁的基本现象126
8.1.2磁场126
8.1.3磁感应强度127
8.2磁通量高斯定理127
8.2.1磁感应线127
8.2.2磁通量磁场的高斯定理128
8.3毕奥萨伐尔定律及其应用129
8.3.1毕奥萨伐尔定律129
8.3.2直电流的磁场130
8.3.3圆电流轴线上的磁场131
8.3.4载流长直螺线管内部的磁场132
8.4安培环路定理132
8.5磁场对运动电荷的作用134
8.5.1洛伦兹力134
8.5.2带电粒子在电场和磁场中的运动135
8.6磁场对电流的作用137
8.6.1安培定律137
8.6.2两根长直平行载流导线间的相互作用力138
8.6.3矩形载流线圈在均匀磁场中所受的力矩138
8.7物质的磁性139
8.7.1磁介质磁导率139
8.7.2磁滞回线磁性材料及其应用140
问题8141
习题8142
第9章电磁感应电磁场简介145
9.1电磁感应的基本定律145
9.1.1电磁感应现象楞次定律145
9.1.2法拉第电磁感应定律146
9.2动生电动势和感生电动势148
9.2.1动生电动势148
9.2.2感生电动势149
9.3自感和互感150
9.3.1自感150
9.3.2互感151
9.4磁场的能量153
9.5位移电流麦克斯韦电磁场理论简介154
9.5.1位移电流全电流定律154
9.5.2麦克斯韦电磁场理论简介156
问题9156
习题9157
第10章机械振动和机械波160
10.1简谐运动160
10.1.1简谐运动的基本特征160
10.1.2简谐运动的表达式161
10.2描述简谐运动的基本物理量162
10.2.1周期频率与角频率162
10.2.2相位初相163
10.2.3相位差163
10.2.4振幅、初相与初始条件的关系164
10.2.5简谐运动的能量167
10.3同方向、同频率简谐运动的合成168
10.4阻尼振动受迫振动共振170
10.4.1阻尼振动170
10.4.2受迫振动共振171
10.5机械波172
10.5.1机械波的产生和传播172
10.5.2横波和纵波的描述173
10.6描述机械波的一些物理量波的几何表示174
10.6.1周期、频率、波长与波速174
10.6.2波的几何表示174
10.7平面简谐波的波动表达式波的能量175
10.7.1平面简谐波的波动表达式175
10.7.2波动表达式的物理意义176
10.7.3波的能量178
10.8惠更斯原理波的衍射、反射和折射179
10.8.1惠更斯原理179
10.8.2波的衍射180
10.8.3波的反射和折射181
10.9波的干涉驻波182
10.9.1波的叠加原理182
10.9.2波的干涉182
10.9.3驻波184
10.10声波超声波185
10.10.1声波185
10.10.2超声波187
10.10.3声波的多普勒效应187
问题10190
习题10191
第11章电磁振荡电磁波194
11.1电磁振荡194
11.2电磁波196
11.2.1电磁波的概念196
11.2.2电磁波的辐射和传播197
11.2.3电磁波的性质198
11.2.4电磁波的能量199
11.3电磁波谱200
问题11202
习题11202
第12章波动光学203
12.1光的相干性杨氏双缝实验203
12.1.1光的相干性203
12.1.2杨氏双缝实验204
12.1.3洛埃德镜实验206
12.2光程光程差207
12.3增透膜和增反膜208
12.4劈形膜牛顿环209
12.4.1劈形膜的干涉209
12.4.2牛顿环210
12.5单缝衍射212
12.5.1光的衍射现象惠更斯菲涅耳原理212
12.5.2夫琅禾费单缝衍射213
12.6衍射光栅光栅衍射光谱216
12.6.1衍射光栅216
12.6.2光栅公式光栅衍射光谱216
12.7自然光和偏振光马吕斯定律217
12.7.1偏振现象217
12.7.2自然光和偏振光218
12.7.3起偏和检偏219
12.7.4马吕斯定律219
12.8反射光和折射光的偏振光的双折射现象220
12.8.1反射光和折射光的偏振220
12.8.2光的双折射现象221
问题12222
习题12223
第13章热力学基础224
13.1热力学系统及其平衡态准静态过程224
13.1.1热力学系统平衡态224
13.1.2物态参量225
13.1.3准静态过程225
13.2气体的物态方程226
13.2.1气体的实验定律理想气体226
13.2.2理想气体的物态方程227
*13.2.3实际气体的物态方程229
13.3热力学第一定律229
13.3.1系统的内能功与热的等效性229
13.3.2热力学第一定律及其应用230
13.3.3功和热量的计算231
13.4热力学第一定律对理想气体热力学过程的应用233
13.4.1等容过程233
13.4.2等压过程233
13.4.3等温过程234
13.4.4绝热过程235
13.5循环过程237
13.5.1循环过程简介237
13.5.2正循环热机的效率238
13.5.3逆循环制冷机的效率239
13.6热力学第二定律卡诺定理241
13.6.1自发过程的不可逆性241
13.6.2热力学第二定律241
13.6.3卡诺定理242
13.7卡诺循环242
问题13244
习题13244
第14章气体动理论基础246
14.1气体动理论的基本观点246
14.2气体分子热运动及其统计规律性248
14.2.1气体分子热运动的图景248
14.2.2大量分子热运动服从统计规律249
14.2.3分子运动的速率分布249
14.2.4气体分子的碰撞251
14.3理想气体的压强公式和温度公式251
14.3.1理想气体的微观模型251
14.3.2理想气体的压强公式252
14.3.3理想气体的温度公式254
14.4理想气体的内能255
14.5热力学第二定律的统计意义256
习题14257
第15章量子物理简介258
15.1热辐射和普朗克能量子假设258
15.1.1热辐射258
15.1.2普朗克能量子假设258
15.2光电效应和爱因斯坦方程259
15.2.1光电效应的实验规律259
15.2.2用经典理论解释光电效应时遇到的困难260
15.2.3爱因斯坦的光量子假设爱因斯坦方程260
15.2.4光电效应的应用261
15.2.5光的波粒二象性262
15.3氢原子光谱玻尔的氢原子理论262
15.3.1氢原子光谱的规律性262
15.3.2玻尔的氢原子理论264
15.4微观粒子运动的一些基本特征266
15.4.1德布罗意波266
15.4.2不确定关系266
15.4.3用四个量子数描述原子中电子的运动状态267
参考文献269